Аппаратно-программный радиокомплекс для дистанционного зондирования атмосферы

Авторы патента:

G01S19/00 - Радиопеленгация; радионавигация; измерение расстояния или скорости с использованием радиоволн; определение местоположения или обнаружение объектов с использованием отражения или переизлучения радиоволн; аналогичные системы с использованием других видов волн (обнаружение масс или объектов способами, не использующими отражение или переизлучение радиоволн, звуковых или других волн G01V)

Владельцы патента RU 2774313:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" (RU)

Изобретение относится к радиотехнике, предназначено для дистанционного зондирования атмосферы Земли и может использоваться в радиокомплексах для краткосрочного прогнозирования условий распространения радиоволн на трассах связи. Технический результат состоит в обеспечении получения оперативной информации о состоянии атмосферы с возможностью получения амплитудно-частотных (АЧХ) и дистанционно-частотных характеристик (ДЧХ) радиолиний в реальном масштабе времени. Для этого аппаратно-программный радиокомплекс состоит из передающей и приемной частей. Передающая часть содержит синхронометр с приемником GPS/ГЛОНАСС 1, цифровой вычислительный синтезатор 2, умножитель частоты 15, управляющую ЭВМ 3, широкополосный усилитель мощности 4, антенно-фидерный тракт 5. Приемная часть содержит приемную антенну 6, усилитель высокой частоты 7, полосовой фильтр 8, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, синхронометр с приемником GPS/ГЛОНАСС 10, цифровой вычислительный синтезатор 11, умножитель частоты 16, ПЛИС 12, обрабатывающую ЭВМ 13, монитор 14. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, предназначено для дистанционного зондирования атмосферы Земли и получения амплитудно-частотных (АЧХ) и дистанционных частотных характеристик (ДЧХ) радиолиний, и может быть использовано для краткосрочного прогнозирования условий распространения радиоволн на трассах связи.

Известна система дистанционного зондирования трансионосферного распространения радиоволн, содержащая две приемо-передающие части, одна приемо-передающая часть состоит из термостатированного кварцевого генератора, фильтра нижних частот, двухсистемного приемника навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, цифроаналогового преобразователя (ЦАП); делителя с переменным коэффициентом деления, сравнителя частот с цифровым интерфейсом (TDC), вычислительного устройства, усилителя-формирователя, первого и второго накопителя; блока управления, первого и второго блока обработки сигналов; первого и второго цифровых вычислительных синтезаторов (ЦВС); первого смесителя, широкополосного усилителя мощности; передающего антенно-фидерного устройства, приемного антенно-фидерного устройства; блока входных фильтров; аналого-цифрового преобразователя (двухканального АЦП); второго и третьего смесителей [1].

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является базовая станция дистанционного зондирования атмосферы состоящая из передающей и приемной частей. Передающая часть содержит двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS; синхронометр; цифровой вычислительный синтезатор; широкополосный усилитель мощности; антенно-фидерное устройство. Приемная часть содержит антенно-фидерное устройство; усилитель высокой частоты; аналого-цифровой преобразователь (двухканальный АЦП); цифровой гетеродин DDC; цифровой вычислительный синтезатор; синхронометр; двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS; ЭВМ и монитор.

Положительный технический результат – получение оперативной информации о состоянии ионосферы или тропосферы, построение АЧХ и ДЧХ радиолиний в реальном масштабе времени.

Технический результат достигается за счет того, что в аппаратно-программный радиокомплекс для дистанционного зондирования атмосферы, состоящий из передающей и приемной частей; передающая часть содержит синхронометр с приемником навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, цифровой вычислительный синтезатор, широкополосный усилитель мощности, антенно-фидерное устройство; приемная часть содержит приемную антенну, аналого-цифровой преобразователь, цифровой вычислительный синтезатор, синхронометр с приемником навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, ЭВМ, монитор, причем новым является то, что введены два умножителя частоты, управляющая ЭВМ, полосовой фильтр, ПЛИС; передающая часть аппаратно-программного радиокомплекса содержит последовательно соединенные синхронометр, цифровой вычислительный синтезатор, усилитель мощности, антенно-фидерное устройство, выход синхронометра подключен к входу умножителя частоты, выход последнего подключен к тактовому входу цифрового вычислительного синтезатора; выход управляющей ЭВМ подключен к входу цифрового вычислительного синтезатора; приемная часть содержит последовательно соединенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь, ПЛИС, обрабатывающую ЭВМ, монитор; выход синхронометра подключен к входу запуска цифрового вычислительного синтезатора и к входу умножителя частоты; выход умножителя частоты подключен к тактовому входу цифрового вычислительного синтезатора, выход последнего подключен к входу ПЛИС.

Аппаратно-программный радиокомплекс для дистанционного зондирования атмосферы состоит из передающей и приемной частей. Передающая часть содержит синхронометр с приемником GPS/ГЛОНАСС 1, цифровой вычислительный синтезатор 2, управляющую ЭВМ 3, широкополосный усилитель мощности 4, антенно-фидерный тракт 5. Приемная часть содержит приемную антенну 6, усилитель высокой частоты 7, полосовой фильтр 8, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, синхронометр с приемником GPS/ГЛОНАСС 10, цифровой вычислительный синтезатор 11, умножитель частоты 16, ПЛИС 12, обрабатывающую ЭВМ 13, монитор 14, умножитель частоты 15.

Передающая часть аппаратно-программного радиокомплекса состоит из последовательно соединенных синхронометра 1, цифрового вычислительного синтезатора 2, широкополосного усилителя мощности 4, антенно-фидерного устройства 5; выход синхронометра 1 подключен к тактовому входу управляющей ЭВМ 3 и входу умножителя частоты 15, выход последнего подключен к тактовому входу цифрового вычислительного синтезатора 2.

Приемная часть аппаратно-программного радиокомплекса состоит из последовательно соединенных приемной антенны 6, усилителя высокой частоты 7, полосового фильтра 8, аналого-цифрового преобразователя 9, ПЛИС 12, ЭВМ 13, монитора 14; последовательно соединенных синхронометра 10, цифрового вычислительного синтезатора 11, ПЛИС 12, причем выход синхронометра 10 подключен к входу умножителя частоты 16, выход которого подключен к тактовому входу цифрового вычислительного синтезатора 11.

Аппаратно-программный радиокомплекс для дистанционного зондирования атмосферы работает следующим образом.

Синхронометр 1 вырабатывает «синусоидальный» сигнал опорной частоты, который через умножитель частоты 15 поступает на тактовый вход цифрового вычислительного синтезатора 2, также синхронометр 1 вырабатывает секундный импульс запуска для цифрового вычислительного синтезатора 2. Для увеличения стабильности частоты в синхронометре 1 и привязке импульса запуска к сигналам точного времени используется приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS.

Сигнал с выхода ЦВС 2 подается на усилитель мощности 4 и через антенно-фидерное устройство 5 излучается в атмосферу Земли.

Приемная часть аппаратно-программного радиокомплекса дистанционного зондирования атмосферы работает следующим образом. Приемная антенна 6 принимает сигнал, который поступает на вход усилителя высокой частоты 7, и затем повергается фильтрации в полосовом фильтре 8 и преобразуется в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 9. Сигнал с выхода АЦП 9 подается на первый вход ПЛИС 12, а на второй вход ПЛИС 12 поступает сигнал с ЦВС 11.

Синхронометр 10 вырабатывает сигнал опорной частоты для умножителя частоты 16, а также импульс запуска для ЦВС 11. Частота сигнал опорной частоты f₀=10 МГц умножается в 80 раз в умножителе частоты 16 и поступает на тактовый вход ЦВС 11.

В ПЛИС 12 частота оцифрованного входного сигнала умножается на сигнал с выхода ЦВС 11 и разностный сигнал промежуточной частоты поступает в ЭВМ 13, где при помощи программного обеспечения Adobe Audioedition строятся АЧХ и ДЧХ радиолиний. Монитор 14 подключен к ЭВМ 13 и служит для отображения АЧХ и ДЧХ радиолиний.

Возможен следующий режим работы аппаратно-программного радиокомплекса.

Во-первых, это режим построения АЧХ радиолинии.

Предварительно составляют расписание работы передатчика, где указывается время синхронизации, начальная частота излучения, скорость изменения частоты передатчика, минуту запуска и длительность снятия АЧХ.

Передатчик базовой станции излучает реперный ЛЧМ сигнал длительностью 1 секунду (это режим синхронизации). На приемном конце радиолинии, изменяя задержку момента запуска Δt ЦВС, добиваются появления гармонического тонального сигнала; при этом отраженный сигнал попадает в полосу пропускания приемника.

После синхронизации аппаратуры производится дистанционное зондирование атмосферы Земли в широком диапазоне частот f_c=3-100 МГц.

ПЛИС 12 на приемном конце радиолинии производит предварительную обработку информации. Амплитуда огибающей изменяется во времени, но построение АЧХ соответствует определенной частоте зондирующего сигнала

U(f) = Δt × f ' (1)

где U(f) – АЧХ радиолинии;

Δt – задержка запуска ЦВС приемника;

f ' – скорость изменения частоты.

Во-вторых, это режим построения ДЧХ.

При помощи программного БПФ (быстрое преобразование Фурье) вычисляется спектр принятого сигнала; затем производится срез спектрограммы во времени по определенному уровню компарирования. Далее эти срезы записываются в разные моменты времени, и строится ДЧХ:

t_гр(F) = t₁(f) + t₂(f) + t₃(f) +…+ t_n(f)(2)

где t_гр(F) – время группового запаздывания;

t_n(f) – n-ая мода сигнала.

Литература

1. Патент № 2650196 Российской Федерации. МПК G01S 1/08. Система дистанционного зондирования трансионосферного распространения радиоволн для метеорной радиосвязи/ Рябов И.В., Толмачев С.В., Стрельников И.В., Дегтярев Н.В. Заявл. 03.05.2017. Опубл. 11.04.2018. Бюл. №13. – 9 с. (прототип).

2. Патент № 2611587 Российской Федерации. МПК G01S 19/14, G01S 13/95. Базовая станция дистанционного зондирования атмосферы / Рябов И.В., Толмачев С.В., Чернов Д.А., Юрьев П.М., Стрельников И.В., Клюжев Е.С. Заявл. 23.12.2015. Опубл. 28.02.2017. Бюл.№7.– 7 с. (прототип).

Аппаратно-программный радиокомплекс для дистанционного зондирования атмосферы, состоящий из передающей и приемной частей; передающая часть содержит синхронометр с приемником навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, цифровой вычислительный синтезатор, широкополосный усилитель мощности, антенно-фидерное устройство; приемная часть содержит приемную антенну, аналого-цифровой преобразователь, цифровой вычислительный синтезатор, синхронометр с приемником навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, ЭВМ, монитор, отличающийся тем, что введены два умножителя частоты, управляющая ЭВМ, полосовой фильтр, ПЛИС; передающая часть аппаратно-программного радиокомплекса содержит последовательно соединенные синхронометр, цифровой вычислительный синтезатор, усилитель мощности, антенно-фидерное устройство, выход синхронометра подключен к входу умножителя частоты, выход которого подключен к тактовому входу цифрового вычислительного синтезатора; выход управляющей ЭВМ подключен к входу цифрового вычислительного синтезатора; приемная часть содержит последовательно соединенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь, ПЛИС, обрабатывающую ЭВМ, монитор; выход синхронометра подключен к входу запуска цифрового вычислительного синтезатора и к входу умножителя частоты; выход умножителя частоты подключен к тактовому входу цифрового вычислительного синтезатора, выход которого подключен к входу ПЛИС; при этом управляющая ЭВМ выполнена с возможностью задания режимов работы комплекса, ПЛИС выполнена с возможностью получения разностного сигнала промежуточной частоты, а обрабатывающая ЭВМ выполнена с возможностью построения характеристик АЧХ И ДЧХ с помощью программного обеспечения.

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано при проектировании и создании цифровых радиолокационных станций (РЛС) с широкополосным непрерывным линейно-частотно-модулированным сигналом и с широкоугольным электронным сканированием диаграммы направленности антенны. Технический результат состоит в разработке радиолокационной станции с широкополосным непрерывным зондирующим ЛЧМ-сигналом и с широкоугольным электронным сканированием диаграммы направленности антенны, обеспечивающей формирование двумерной диаграммы направленности, повышение точности диаграммообразования, электронное управление диаграммой направленности в широком угловом секторе с коррекцией возникающих при этом искажений фазовой структуры спектра сигнала и амплитудно-фазового распределения поля на апертуре антенны.

Способ многопозиционной радиолокации // 2770827

Изобретение относится к радиолокационной технике, а именно к способам построения радиолокационных станций (РЛС) и может быть использовано для построения многопозиционной РЛС различного назначения, например управления воздушным движением. Техническим результатом является возможность обзора пространства путем электронного сканирования ДН и улучшение пространственной селекции обнаруживаемых объектов за счет использования активных фазированных антенных решеток.

Способ коррекции погрешности дискретизации дальномерного кода // 2769113

Изобретение относится к области радионавигации, а именно к формированию, приему и обработке широкополосных радионавигационных сигналов, и может быть использовано для формирования дальномерного кода в аппаратных и программных имитаторах и приемниках сигналов радионавигационных систем спутниковой и наземной радионавигации, включая прецизионную аппаратуру метрологического класса, приемники, расположенные на космических аппаратах, аппаратуру временной синхронизации по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем.

Способ контроля достоверности навигационных измерений, формируемых навигационной аппаратурой потребителя спутниковой радионавигационной системы воздушного судна // 2767506

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании и модернизации средств контроля достоверности навигационных измерений, формируемых навигационной аппаратурой потребителя (НАП) спутниковой радионавигационной системы (СРНС) воздушного судна (ВС). Технический результат состоит в повышении вероятности правильного контроля достоверности навигационных измерений, формируемых НАП СРНС.

Способ определения относительных местоположений по меньшей мере двух мобильных оконечных устройств // 2764060

Изобретение относится к области определения относительных местоположений мобильных оконечных устройств пользователей друг относительно друга. Техническим результатом является повышение точности информирования пользователя о том, в каком направлении он должен двигаться и каково расстояние до человека, которому он отправил запрос с помощью оконечного устройства.

Радиолокационный маяк-ответчик (рлмо) с передачей координат в цифровом виде // 2762231

Изобретение относится к области систем определения местоположения и предназначено для применения совместно с бортовой приемо-запросной аппаратурой летательных аппаратов (БПЗА ЛА), для обеспечения десантирования; обеспечения привода летательных аппаратов (ЛА) на необорудованные аэродромы; обозначения замаскированных объектов и участков местности; поиска и спасения.

Многочастотная система фазовой автоподстройки // 2760977

Изобретение относится к спутниковым технологиям определения местоположения и обработке радионавигационных сигналов. Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости системы слежения за фазами сигналов, излучаемых одним навигационным космическим аппаратом (НКА) спутниковых навигационных систем, как на одной, так и на разных несущих частотах, повышение точности измерения фаз сигналов принимаемых сигналов и повышение энергетики в контуре слежения за фазами сигналов.

Способ обработки радиолокационных сигналов в импульсно-доплеровской радиолокационной станции с активной фазированной антенной решеткой // 2760409

Изобретение относится к области радиолокации, конкретно к обработке радиолокационного сигнала в импульсно-доплеровских радиолокационных станциях (РЛС), и может быть использовано в системах обработки первичной радиолокационной информации импульсно-доплеровских РЛС различного назначения. Техническим результатом изобретения является обеспечение перераспределения мощности передатчика: уменьшение среднего энергетического потенциала активной фазированной антенной решетки (АФАР) в течение излучения пачки зондирующих импульсов при сохранении характеристик принятого для обработки сигнала либо уменьшение потерь на обработку сигнала при сохранении среднего энергетического потенциала АФАР.

Способ контроля достоверности навигационных измерений навигационной аппаратуры потребителя спутниковой радионавигационной системы воздушного судна // 2760345

Использование: изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании и модернизации средств контроля достоверности навигационных измерений навигационной аппаратуры потребителя (НАП) спутниковой радионавигационной системы (СРНС) воздушного судна (ВС). Сущность: на каждый контрольный момент времени осуществляется проверка достоверности измерений барометрического высотомера путем сопоставления фактических измерений высоты полета ВС, формируемых барометрическим высотомером, с прогнозируемыми значениями данного параметра.

Переносная заземляющая штанга контактной сети переменного тока // 2759704

Изобретение относится к ремонту контактных линий электроснабжения. Переносная заземляющая штанга контактной сети переменного тока содержит ручку в виде трубы, состоящую из нижней изолирующей части и верхней токопроводящей части, к которой прикреплены крюк, усовик, фиксирующая пружина и заземляющий трос.

Многофункциональный компенсатор для навигационной аппаратуры потребителей глобальной навигационной спутниковой системы с возможностью локальной навигации по сигналам отечественных средств радиоподавления // 2774402

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении качества координатно-навигационного обеспечения (КНО) объекта - носителя навигационной аппаратуры потребителя (НАП) ГНСС в условиях деструктивного воздействия радиопомех. Технический результат достигается за счет применения многофункционального компенсатора (МФК), подключаемого к НАП ГНСС, состоящего из K-элементной антенной решетки, K-канального радиоприемного устройства, K-канального аналого-цифрового преобразователя, пеленгатора, блока пространственного разделения сигналов, пространственного компенсатора, структурно-временного компенсатора, вычислителя компенсатора, модуля переноса спектра сигнала на рабочую частоту, вычислителя локальной навигационной системы, блока управления и подключаемого защищенного машинного носителя информации. 1 ил.