Многоканальное устройство радиомониторинга
Владельцы патента RU 2710104:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в автоматизированных приемных центрах радиоконтроля и радиосвязи стационарного и мобильного типов. Устройство радиомониторинга содержит антенную решетку, состоящую из N приемных антенн, N блоков первичной обработки и фильтрации сигнала, каждый из которых соединен с соответствующей приемной антенной и включает в себя последовательно соединенные блок первичной обработки сигнала и управляемый блок фильтров, включающий в себя K фильтров, а также первый и второй коммутаторы, блок обнаружения и слежения, K блоков обработки и хранения данных и G блоков окончательной обработки и отображения информации, входы каждого из которых соединен с соответствующими выходами второго коммутатора. Каждый из блоков первичной обработки сигнала содержит аналоговый приемный блок, аналогово-цифровой преобразователь и понижающий преобразователь частоты, соединенные последовательно, а также блок управления, блок синхронизации каналов приема и блок тестовых сигналов. Блок обнаружения и слежения включает в себя блок пространственной обработки сигнала, блок преобразования Фурье, блок обнаружения и единичных замеров и блок траекторного сопровождения объектов, соединенные последовательно, а также блок расчета коэффициентов диаграммы направленности и блок управления обзором. Каждый из блоков обработки и хранения данных включает в себя блок пространственной обработки сигнала, ячейку хранения данных с управляемой задержкой и блок выборки данных, соединенные последовательно, а также блок расчета коэффициентов диаграммы направленности. Технический результат заключается в повышении надежности устройства и в увеличении максимального времени задержки отложенного доступа. 5 ил.
Многоканальное устройство радиомониторинга относится к радиоэлектронике и может быть использовано в автоматизированных приемных центрах радиоконтроля и радиосвязи стационарного и мобильного типов.
Известно устройство радиомониторинга (см. патент RU 2523913, МПК H01Q 21/00, опубл. 27.07.2014), содержащее антенную решетку, состоящую из N приемных антенн, N блоков первичной обработки и фильтрации сигнала, каждый из которых соединен с соответствующей приемной антенной и включает в себя последовательно соединенные блок первичной обработки сигнала и блок фильтров, включающий в себя K фильтров, а также первый и второй коммутаторы, K фиоков обработки и хранения данных, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные блок сжатия и блок хранения данных с управляемой задержкой (FITO - First In Таре Out), выходы которого соединены с входами второго коммутатора, выходы которого соединены с входами каждого из G блоков окончательной обработки и отображения информации.
Блок сжатия уменьшает нагрузку на блок хранения данных с управляемой задержкой, но при этом требуются дополнительные ресурсы на вычисление параметров сигнального пространства, а также на сжатие и синтез сигнала.
Пространственно-временная обработка сигнала происходит после синтеза сигнала, сохраненного в сжатом виде, таким образом, невозможна отдельная запись сигнала приоритетного объекта радиоконтроля.
Вследствие изложенного, принципы и алгоритмы обработки сигнала в известном устройстве обуславливают избыточность данных, поступающих на блок хранения данных с управляемой задержкой в сложной сигнально-помеховой обстановке. Это приводит к ограничению максимального времени задержки отложенного доступа и ухудшению надежностных характеристик устройства радиомониторинга, по причине того, что ресурс надежности устройств памяти резко снижается по мере увеличения числа циклов перезаписи данных.
Известное устройство радиомониторинга принято в качестве ближайшего аналога заявленного устройства.
Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является создание устройства радиомониторинга, лишенного указанных недостатков.
В результате достигается технический результат, заключающийся в увеличении максимального времени задержки отложенного доступа и повышении надежности устройства радиомониторинга.
Указанный технический результат достигается созданием устройства радиомониторинга, содержащего антенную решетку, состоящую из N приемных антенн, N блоков первичной обработки и фильтрации сигнала, каждый из которых соединен с соответствующей приемной антенной и включает в себя последовательно соединенные блок первичной обработки сигнала и управляемый блок фильтров, включающий в себя K фильтров, а также первый и второй коммутаторы, блок обнаружения и слежения, K фиоков обработки и хранения данных и G блоков окончательной обработки и отображения информации, входы каждого из которых соединены с соответствующими выходами второго коммутатора. Каждый из блоков первичной обработки сигнала содержит аналоговый приемный блок, аналогово-цифровой преобразователь и понижающий преобразователь частоты, соединенные последовательно, а также блок управления, блок синхронизации каналов приема и блок тестовых сигналов, при этом каждый из соответствующих выходов блока управления соединен с каждым из информационных входов аналогового приемного блока, аналогово-цифрового преобразователя, понижающего преобразователя частоты и блока тестовых сигналов, соответственно, а вход соединен с одним из выходов блока синхронизации каналов приема, другой выход которого соединен с входом аналогово-цифрового преобразователя, к входу блока синхронизации каналов приема подсоединен канал общей синхронизации, выходы понижающего преобразователя частоты и блока тестовых сигналов соединены с входом управляемого блока-фильтров и с широкополосным входом первого коммутатора, а каждый из K выходов управляемого блока фильтров соединен с соответствующим входом первого коммутатора. Блок обнаружения и слежения включает в себя блок пространственной обработки сигнала, блок преобразования Фурье, блок обнаружения и единичных замеров и блок траекторного сопровождения объектов, соединенные последовательно, а также блок расчета коэффициентов диаграммы направленности и блок управления обзором, при этом N входов блока пространственной обработки сигнала соединены с соответствующими широкополосными выходами первого коммутатора, выход блока траекторного сопровождения объектов соединен с соответствующим входом второго коммутатора, соответствующий выход которого соединен с входом блока управления обзором, выход которого соединен с соответствующим входом блока пространственной обработки сигнала через блок расчета коэффициентов диаграммы направленности. Каждый из блоков обработки и хранения данных включает в себя блок пространственной обработки сигнала, ячейку хранения данных с управляемой задержкой и блок выборки данных, соединенные последовательно, а также блок расчета коэффициентов диаграммы направленности, при этом каждый из N входов блока пространственной обработки сигнала соединен с соответствующим выходом первого коммутатора, выход блока выборки данных соединен с соответствующим входом второго коммутатора, один из выходов которого соединен с соответствующим входом блока выборки данных, соответствующий выход которого соединен с соответствующим входом ячейки хранения данных с управляемой задержкой, а другой выход второго коммутатора соединен с соответствующим входом блока пространственной обработки сигнала через блок расчета коэффициентов диаграммы направленности.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства радиомониторинга в целом.
На фиг. 2 приведена функциональная схема блока первичной обработки и фильтрации сигнала.
На фиг. 3 приведена функциональная схема блока обнаружения и слежения.
На фиг. 4 приведена функциональная схема блока обработки и хранения данных.
На фиг. 5 приведена функциональная схема блока окончательной обработки и отображения информации.
Устройство радиомониторинга, показанное на фиг. 1, содержит антенную решетку, состоящую из N приемных антенн 1.1…1.N, N блоков первичной обработки и фильтрации сигнала 2.1…2.N, каждый из которых соединен с соответствующей приемной антенной, первый коммутатор 3, блок обнаружения и слежения 4, второй коммутатор 5, G блоков окончательной обработки и отображения информации 6.1…6.G и K фиоков обработки и хранения данных 7.1…7.K.
Каждый из блоков первичной обработки и фильтрации сигнала 2.i (где i=1…N), показанный на фиг,. 2, включает в себя последовательно соединенные блок первичной обработки сигнала 2.i.1 и управляемый блок фильтров 2.i.2, включающий в себя K фильтров. Блок первичной обработки сигнала 2.i.1 содержит аналоговый приемный блок 2.i.1.1, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 2.i.1.2 и понижающий преобразователь частоты (DDC - Digital Down Converter) 2.i.1.3, соединенные последовательно, а также блок управления 2.i.1.4, блок синхронизации каналов приема 2.i.1.5 и блок тестовых сигналов 2.i.1.6. Каждый из соответствующих выходов блока управления 2.i.1.4 соединен с информационным входом аналогового приемного блока 2.i.1.1, АЦП 2.i.1.2, DDC 2.i.1.3 и блока тестовых сигналов 2.i.1.6. Вход блока управления 2.i.1.4 соединен с одним из выходов блока синхронизации каналов приема 2.i.1.5, другой выход которого соединен с входом АЦП 2.i.1.2. К входу блока синхронизации каналов приема 2.i.1.5 подсоединен канал общей синхронизации. Выходы DDC 2.i.1.3 и блока тестовых сигналов 2.i.1.6 соединены с входом управляемого блока фильтров 2.i.2 и с широкополосным (на фигурах широкополосные сигналы обозначены толстыми стрелками) входом первого коммутатора 3. Каждый из К выходов управляемого блока фильтров 2.i.2 соединен с соответствующим входом первого коммутатора 3.
Блок обнаружения и слежения, показанный на фиг. 3, включает в себя блок пространственной обработки сигнала 4.1, блок преобразования Фурье 4.2, блок обнаружения и единичных замеров 4.3 и блок траекторного сопровождения объектов 4.4, соединенные последовательно, а также блок расчета коэффициентов диаграммы направленности 4.5 и блок управления обзором 4.6. Каждый из N входов блока пространственной обработки сигнала 4.1 соединен с соответствующим широкополосным выходом первого коммутатора 3. Выход блока траекторного сопровождения объектов 4.4 соединен с соответствующим входом второго коммутатора 5. Соответствующий выход второго коммутатора 5 соединен с входом блока управления обзором 4.6, выход которого соединен с входом блока расчета коэффициентов диаграммы направленности 4.5, выход которого соединен с соответствующим входом блока пространственной обработки сигнала 4.1.
Каждый из блоков обработки и хранения данных 7.j (где j=1…K), показанный на фиг. 4, включает в себя блок пространственной обработки сигнала 7.j.1, ячейку хранения данных с управляемой задержкой 7.j.2 и блок выборки данных 7.j.3, соединенные последовательно, и блок расчета коэффициентов диаграммы направленности 7.j.4. Каждый из N входов блока пространственной обработки сигнала 7.j.1 соединен с соответствующим выходом первого коммутатора 3. Выход блока выборки данных 7.j.3 соединен с соответствующим входом второго коммутатора 5. Один из выходов второго коммутатора 5 соединен с соответствующим входом блока выборки данных 7.j.3, соответствующий выход которого соединен с соответствующим входом ячейки хранения данных с управляемой задержкой 7.j.2. Другой выход второго коммутатора 5 соединен с соответствующим входом блока пространственной обработки сигнала 7.j.1 через блок расчета коэффициентов диаграммы направленности 7.j.4.
Каждый из блоков окончательной обработки и отображения информации 6.g (g=1…G), показанный на фиг. 5, включает блок отображения информации о сигнально-помеховой обстановке 6.g.1, блок отображения работоспособности 6.g.2, блок демодуляции и определения параметров сигналов 6.g.3 и блок управления и связи с оператором 6.g.4. Один из выходов второго коммутатора 5 соединен с соответствующими входами блока отображения информации о сигнально-помеховой обстановке 6.g.1 и блока демодуляции и определения параметров сигналов 6.g.3, а другой выход соединен с входом блока отображения работоспособности 6.g.2. Выходы блока управления и связи с оператором 6.g.4 соединены с входами второго коммутатора 5, блока отображения информации о сигнально-помеховой обстановке 6.g.1 и блока демодуляции и определения параметров сигналов 6.g.3. Выход блока демодуляции и определения параметров сигналов 6.g.3 соединен с соответствующим входом блока отображения информации о сигнально-помеховой обстановке 6.g.1.
Многоканальное устройство радиомониторинга функционирует следующим образом.
Приемные антенны 1.1…1.N регистрируют электромагнитное поле от источника радиоизлучения. Аналоговые сигналы от приемных антенн 1.1…1.N поступают на входы аналоговых приемных блоков 2.1.1.1-2.N.1.1, в каждом из которых аналоговый сигнал соответствующего аналогового приемного блока 2.i.1.1 поступает на вход соответствующего АЦП 2.i.1.2. Выходной цифровой сигнал с АЦП 2.1.1.2 преобразуется с целью понижения частоты сигнала в DDC 2.1.1.3. Управляемый блок фильтров 2.i.2 разделяет цифровой сигнал на К поддиапазонов согласно командам, поступающим от соответствующего блока управления и связи с оператором 6.g.4 через второй коммутатор 5. Сигналы указанных K поддиапазонов поступают на соответствующие входы первого коммутатора 3. На соответствующий вход первого коммутатора 3 поступает широкополосный сигнал с блока DDC 2.i.1.3. Блок управления 2.i.1.4 обеспечивает; управление аналоговым приемным блоком 2 л. 1.1, АЦП 2.i.1.2, DDC 2.i.1.3 и блоком тестовых сигналов 2.i.1.6, способным имитировать и заменять выходной сигнал блока DDC 2.i.5 в целях проведения контроля работоспособности многоканального устройства радиомониторинга. Контрольная информация передается в соответствующий блок отображения работоспособности 6.g.2.
Выходные сигналы управляемых фильтров 2.1.2…2.N.2 
перераспределяют в первом коммутаторе 3 между блоками обработки и хранения данных 7.1… 7.К, таким образом, что в блок обработки и хранения с номером j приходят сигналы с j-ого выхода каждого из управляемых блоков фильтров 2.i.2, которые поступают в соответствующий блок пространственной обработки 7.j.1.
Блок пространственной обработки 7.j.1 обрабатывает входные данные, формируя диаграммы направленности, используя коэффициенты, получаемые из блока расчета коэффициентов диаграммы направленности 7.j.4. Команды на формирование диаграммы направленности поступают из соответствующего блока управления и связи с оператором 6.g.4 через второй коммутатор 5.
Выходной сигнал блока пространственной обработки 7.j.1 поступает на вход соответствующей ячейки хранения данных с управляемой задержкой 7.j.2, которая по команде выдает данные в соответствующий блок выборки данных 7.j.3, откуда они по запросу поступают во второй коммутатор 5 и могут быть поданы на соответствующий блок демодуляции и определения параметров сигналов 6.g.3 или соответствующий блок отображения сигнальной обстановки 6.g.1.
Широкополосный сигнал с первого коммутатора 3 поступает в блок пространственной обработки 4.1 блока обнаружения и слежения 4. Пространственная обработка осуществляется в соответствии с алгоритмом, поступающим из блока управления обзором 4.6, с использованием информации, предоставляемой блоком расчета коэффициентов диаграммы направленности 4.5. Далее происходит анализ спектра сформированного блоком пространственной обработки 4.1, и, при помощи блоков 4.2, 4.3 и 4.4, обнаружение источников радиоизлучения и единичные замеры и траекторная обработка уже обнаруженных источников, соответственно.
Суммарно, блок обнаружения и слежения 4 выполняет функции поиска новых источников радиоизлучения в пространстве и локализует их частотное расположение. Для снижения потока данных слежение за обнаруженными источниками может осуществляться с некоторой скважностью.
В современной сигнально-помеховой обстановке может существовать множество источников радиоизлучения, некоторые из которых могут быть приоритетными, другие -не представлять интереса для наблюдения. Получив частотное и пространственное расположение приоритетных объектов радиоконтроля с помощью блока обнаружения и слежения 4, многоканальное устройство радиомониторинга автоматически настраивает каждый управляемый блок фильтров 2.i.2 для выделения участков спектра, содержащих полезный сигнал, а также передает информацию о пространственном расположении в блок пространственной обработки 7.j.1. Таким образом, поток данных, поступающих в К ячеек хранения данных с управляемой задержкой (FITO) 7.j.2, сильно уменьшается не только за счет отбрасывания шумовой составляющей принимаемого сигнала, но и за счет игнорирования неприоритетных сигналов.
Устройство радиомониторинга, содержащее антенную решетку, состоящую из N приемных антенн, N блоков первичной обработки и фильтрации сигнала, каждый из которых соединен с соответствующей приемной антенной и включает в себя последовательно соединенные блок первичной обработки сигнала и управляемый блок фильтров, включающий в себя K фильтров, а также первый и второй коммутаторы, блок обнаружения и слежения, K блоков обработки и хранения данных и G блоков окончательной обработки и отображения информации, входы каждого из которых соединены с соответствующими выходами второго коммутатора, в котором каждый из блоков первичной обработки сигнала содержит аналоговый приемный блок, аналогово-цифровой преобразователь и понижающий преобразователь частоты, соединенные последовательно, а также блок управления, блок синхронизации каналов приема и блок тестовых сигналов, при этом каждый из соответствующих выходов блока управления соединен с каждым из информационных входов аналогового приемного блока, аналогово-цифрового преобразователя, понижающего преобразователя частоты и блока тестовых сигналов соответственно, а вход соединен с одним из выходов блока синхронизации каналов приема, другой выход которого соединен с входом аналогово-цифрового преобразователя, к входу блока синхронизации каналов приема подсоединен канал общей синхронизации, выходы понижающего преобразователя частоты и блока тестовых сигналов соединены с входом управляемого блока фильтров и с широкополосным входом первого коммутатора, а каждый из K выходов управляемого блока фильтров соединен с соответствующим входом первого коммутатора, блок обнаружения и слежения включает в себя блок пространственной обработки сигнала, блок преобразования Фурье, блок обнаружения и единичных замеров и блок траекторного сопровождения объектов, соединенные последовательно, а также блок расчета коэффициентов диаграммы направленности и блок управления обзором, при этом N входов блока пространственной обработки сигнала соединены с соответствующими широкополосными выходами первого коммутатора, выход блока траекторного сопровождения объектов соединен с соответствующим входом второго коммутатора, соответствующий выход которого соединен с входом блока управления обзором, выход которого соединен с соответствующим входом блока пространственной обработки сигнала через блок расчета коэффициентов диаграммы направленности, каждый из блоков обработки и хранения данных включает в себя блок пространственной обработки сигнала, ячейку хранения данных с управляемой задержкой и блок выборки данных, соединенные последовательно, а также блок расчета коэффициентов диаграммы направленности, при этом каждый из N входов блока пространственной обработки сигнала соединен с соответствующим выходом первого коммутатора, выход блока выборки данных соединен с соответствующим входом второго коммутатора, один из выходов которого соединен с соответствующим входом блока выборки данных, соответствующий выход которого соединен с соответствующим входом ячейки хранения данных с управляемой задержкой, а другой выход второго коммутатора соединен с соответствующим входом блока пространственной обработки сигнала через блок расчета коэффициентов диаграммы направленности.
