СИСТЕМА ПЕЛЕНГАЦИИ УЗКОПОЛОСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ КВ-ДИАПАЗОНА С МАЛОЙ БАЗОЙ

May 21, 2012 by admin Комментировать »

Теплов В. Ю., Бочкарев В. В., Петрова И. Р. Казанский государственный университет Ул. Кремлевская д. 18, Казань 420008, Россия Тел. +7(8432) 380081; e-mail: vteplov@ksu.ru

Аннотация – Рассмотрены методы измерения параметров узкополосных сигналов коротковолнового (КВ) – диапазона в условиях загоризонтного распространения. Рассматриваются вопросы построения антенной системы разнесенного приема с малой базой и методики цифровой обработки многомодового сигнала.

I.    Введение

Возможность дальнего загоризонтного распространения радиоволн КВ – диапазона (1-30 МГц) обуславливается наличием ионизированных слоев в термосфере Земли. Таким образом появляется возможность как чисто практического применения (передача информации на дальние и сверхдальние расстояния), так и исследовательского использования радиоволн КВ – диапазона. Во втором случае исследования различных динамических процессов в термосфере Земли носят глобальный характер в связи с тем, что зона обзора имеет размеры порядка сотен и тысяч км. В качестве измерительных систем в этих случаях используются как простейшие системы разнесенного приема, так и большие амплитудные матрицы и фазированные антенные решетки [1]. Недостатком классических методов формирования пространственной апертуры является необходимость обеспечения больших размеров для базы антенной системы, что существенно удорожает приемную систему и делает невозможным ее использования в условиях пространственных ограничений (подвижные платформы) [2]. Дополнительные возможности по упрощению приемно-измерительного комплекса появляются при использовании при использовании не только разделения в пространстве, но и в частотной области [3,4].

II.   Основная часть

Рис. 1. Многоканальный измерительный стенд. Fig. 1. Multichannel measuring bench

В Казанском государственном университете при исследованиях динамических и волновых процессов в ионосфере применяется пассивный доплеровский фазоугломерный комплекс «Спектр». В качестве зондирующих сигналов используются сигналы различных широковещательных AM – станций и станции точного времени (диапазон 1 – 20 МГц.). В большей части проведенных экспериментов применялась антенная система из 4 5 или 10 метровых вертикальных вибраторов. Главными ограничивающими факторами при измерении параметров многомодовых сигналов наклонного зондирования ионосферы методом доплеровской интерферометрии являются нестационарность сигнала и сложная поляризационная структура. Разделяемые по доплеровскому сдвигу частоты моды могут быть уверенно разделены классическими методами спектрального анализа только на соответствующих временных апертурах, ограниченных в свою очередь временами стационарности ионосферных процессов. В зависимости от рабочей частоты, различных условий распространения и методов определения времени стационарности разные авторы указывают диапазон 40 – 300 сек [2, 5, 6, 7].

Проведенное численное моделирование работы пеленгатора с малой базой и симметричной вертикальной антенной системой показало, что на среднеширотных трассах при достигнутом уровне аппаратурных погрешностей (неидентичность каналов разнесенного приема, нестабильность фазовых характеристик каналов и др.) среднеквадратичная ошибка измерения составляет для нашей установки 0.07° при измерении разности фаз. Это обуславливает «технический» предел углового разрешения. Согласно расчетам среднеквадратической ошибки определения углов, соответствующие этой величине минимальной ошибки измерения фазы получено, что зависимость от частоты радиосигнала – обратно- пропорциональная и для характерных значений углов прихода (угол места 9 = 20°, азимут а соответствует направлению на Москву ) имеет вид 8а = 0.308/f, 89 = 1.09/f, где f – частота в мегагерцах. В зависимости от азимута точность (при частоте 10 МГц и 9=20°) изменяется в пределах 0.075°н-0.12° для угла места и 0.028°н-0.034° для азимута. Дальнейшее ухудшение точности определения связано со сложностью интерференционной картины (многомодовость, поляризация). Как показывает расчет, зависимость ошибки определения углов <75а, и* от ошибки в определении фаз стф можно считать почти линейной вплоть до значений порядка стфи 3-4°. Для f = 10 МГц, 9=20° стф в пределах 0.2-2° ошибки можно примерно оценить следующей линейной аппроксимацией (все величины в градусах):

ст = 0.44-СТф+0.086, ст = 1.81 -стф – 0.19

При использовании вертикальных вибраторов достаточно уверенно определяется азимутальный угол. Сложности определения угла места вызваны неудачной конфигурацией антенной системы (вертикальные вибраторы) по отношению к вертикальному углу. Возникающие сложности можно устранить при совмещении методов пространственно разнесенного приема и спектрально поляризационного метода [8] (на основе результатов численного моделирования авторы статьи [2] показывают, что в этом случае можно добиться точности определения углов порядка 1°, но только при условии надежного спектрального разделения мод).

Антенная система в этом случае строится из нескольких наклонных к уровню горизонта вибраторов, сходящихся к общей центральной точке. Для уменьшения влияния неидентичности квадратурных каналов на определение углов прихода радиолуча нами применена система многоканального цифрового приема на основе цифрового сигнального процессора TMS320C6416 [9]. Спектральная обработка сигналов производится с использованием как классических, так и (в случае наличия значительной отраженной составляющей) параметрических методов [10].

III. Заключение

Таким образом разработанная и опробованная система КВ – пеленгации позволяет сохранить возможности системы разнесенного приема с малой базой и использовать спектрально-поляризационные методы. Использование современных систем цифровой обработки сигналов (высокоскоростные АЦП, цифровой сигнальный процессор, системы цифрового синтеза опорных частот) позволяет повысить надежность, стабильность параметров и точность системы многоканального приема. Использование адаптивных методов спектрального оценивания с повышенной разрешающей способностью позволяет ослабить ограничения, вызванные нестационарностью измеряемого сигнала. Разработанные алгоритмы обработки сигналов и антенная система позволяют более устойчиво решать задачу разделения мод и определения углов прихода для многомодового узкополосного сигнала наклонного зондирования ионосферы.

IV. Список литературы

1.      Афраймович Э. П. Интерференционные методы радиозондирования ионосферы. М.: Наука. 1982. 198 с.

2.      Э. Я Афраймович, К. С. Паламарчук. Спектральнополяризационный метод анализа интерференционной картины радиосигнала. Изв. ВУЗов Радиофизика, 1998, т. XL1 № 6.

3.      Егоров Н. Е., Нагорский П. М., Смирнов В. Ф. и др. При- емно-измерительный комплекс доплеровского наклонного зондирования ионосферы // Электронный журнал «Исследовано в России», 76, 839-846, 2003. http://zhurnal.ape.relarn.ru/artides/2003/076. pdf

4.      В. В. Бочкарев, И. Р. Петрова, В. Ю. Теплое и др. Многоканальный измерительный фазо-угломерный комплекс КВ -диапазона. // Сб. «Прием и обработка сигналов в сложных информационных системах».

Вып.21 Изд-во КГУ, 2004 г., с. 113-121.

5.      Бочкарев В. В., Петрова И. Р., Теплое В. Ю. Учет нестационарное™ ионосферного сигнала в задачах пеленгации. // Сборник докладов Байкальской школы по фундаментальной физике, Иркутск, 2003г, с. 101-102.

6.      Бочкарев В. В., Петрова И. Р., Теплое В. Ю. Стабильность фазовых характеристик сигнала наклонного зондирования ионосферы. // Сборник докладов Байкальской школы по фундаментальной физике, Иркутск,

2003 г, с. 108-109.

7.      Барабашов Б. Г., Вертоградов Г. Г. Время стационарности ионосферного канала // Регион. 23 Конф. По рас- прост. Радиоволн. Санкт-Петербург, 28-29 окт., 1997г.: Тез. докл.- СПб. 1997, с. 30.

8.       Calvert W. et. al. //Radio Science, 1995. V.30. № 5. P.1577.

9.      Цифровые радиоприемные системы // Под ред.

М. И. Жодзишского, М.: «Радио и связь», 1990. – 208 с.

10.   А. Н. Плеухов, В. В. Бочкарев., И. Р. Петрова,

В. Ю. Теплое. Спектральная обработка сигналов наклонного зондирования ионосферы с помощью параметрических методов // Изв. Вузов Радиофизика, 2000, т. XL1, №7, с. 607-616.

SMALL-BASE LOCATION SYSTEM FOR NARROWBAND SW-SOURCES

TeplovV. Yu., Bochkarev V. V., Petrova I. R.

Kazan State University 18 Kremievskaya Str., Kazan – 420008, Russia phone: +7 (8432) 388132 e-mail: vteplov@ksu.ru

Abstract – The paper proposes a new technique for measuring parameters of narrow-band shortwave signals in the over- the-horizon propagation environment. Issues of small-base diversity-reception antenna design and digital processing of multimode signals are discussed.

I.  Introduction

The technique of tilt ionospheric sounding is widely applied in the global research of processes occurring in the lower Earth thermosphere.

The multichannel passive RF-monitoring allows for the research to be carried out without involving radio transmitters.

To measure the radio-signal arrival angles both the simplest diversity-reception systems and large phased antenna arrays are used.

II.  Main part

Non-stationarity of signals and their complex polarization structure are the principal factors limiting the measurements of multi-mode signal parameters during the tilt ionospheric sounding. Stationarity periods of ionospheric signal constrain the resolution of processing techniques. The range for the stationarity period estimates is between 40 and 300 seconds.

The angle definition accuracy for small-base systems using the spectral polarization technique is 1-3°. The proposed antenna system may incorporate several sloping dipoles.

The system of multichannel digital reception has been applied using the TMS320C6416 digital signal processor. Spectral processing is made using both classical and parametrical methods.

III.  Conclusion

The designed system of shortwave reception allows for the potential of diversity reception to be retained, at the same time employing spectral-polarizing techniques.

The implementation of modern digital signal processing systems offers increased reliability, parameter stability and accuracy in multichannel reception systems.

The developed algorithms of signal processing and the designed antenna system allow for a more reliable mode separation and determination of angles of arrival for multimode narrowband tilt ionospheric sounding signals.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты