КОНТРОЛЬНО-ПРОВЕРОЧНАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ МАЛОВЫСОТНЫХ РАДИОАЛЬТИМЕТРОВ

February 20, 2013 by admin Комментировать »

Дмитриев Н. И., Бабковский А. П., Селезнев Н. Е. ФГУП ФНПЦ НИИ измерительных систем им. Ю. Е. Седакова ГСП-486, Н. Новгород, 603950, Россия тел.: 8312-666202, доб.295, e-mail: babkovsky@niiis.nnov.ru

Аннотация – Рассматривается контрольно проверочная аппаратура для регулировки и различных испытаний маловысотных радиоальтиметров, позволяющей имитировать отраженный сигнал, с изменяемой задержкой и заданным ослаблением.

■.Введение

При разработке и производстве маловысотных радиоальтиметров со сложными видами модуляции и когерентной обработкой сигналов при приеме возникает необходимость контролировать их основные характеристики.

Стандартная измерительная аппаратура не позволяет в полном объеме контролировать все параметры таких устройств, что заставляет разработчиков конструировать и изготавливать сложные комплексы контрольно-проверочной аппаратуры (КПА) для имитации задержки, ослабления, а также формирования доплеровского сдвига частоты отраженного сигнала [1].

Вкпючение в состав КПА ПЭВМ позволяет существенно сэкономить временные, финансовые и людские ресурсы при разработке системы.

Управление работой КПА в режиме отладки, калибровки, а также при контроле и тестировании радиоальтиметров возлагается на программное обеспечение ПЭВМ. Возможность управления основными узлами КПА по общей цифровой шине данных обеспечивает широкий спектр функциональных возможностей при минимальных изменениях в аппаратной части КПА.

II.                               Основная часть

Для регулировки и испытаний маловысотного радиоальтиметра была разработан, изготовлен и отлажен макет КПА.

Структурная схема такой КПА изображена на рисунке 1.

Где 1 – входной фиксированный аттенюатор,

2  – развязывающее устройство на основе Y- циркулятора и 2-х вентилей в портах 2 и 3,

3  – преобразователи частоты вниз,

4  – блок коммутируемой линии задержки,

5  – опорный генератор,

6  – цифровой аттенюатор,

7  – преобразователь частоты вверх.

Сигнал с выхода тестируемого радиоальтиметра поступает на вход У-циркулятора через фиксированный аттенюатор, обеспечивающий ослабление входного сигнала до половинного значения от максимального уровня имитируемого отраженного сигнала. Сигнал со 2-го порта развязывающего устройства переносится на промежуточную частоту с помощью двойного балансного смесителя. В качестве гетеродина в преобразователе частоты используется PLL синтезатор. Частота гетеродина выбрана выше частоты входного сигнала. Фильтрация сигнала на выходе смесителя осуществляется с помощью фильтра нижних частот. В блоке коммутируемой линии задержки осуществляется регулируемая задержка сигнала в требуемых пределах. С помощью цифрового аттенюатора осуществляется установка мощности задержанного сигнала до минимального уровня имитируемого сигнала с дискретным шагом. Сигнал с выхода аттенюатора поступает на смеситель преобразователя частоты вверх. Для преобразования частоты используется синтезатор частоты, как в первом преобразователе. В качестве опорного генератора обоих синтезаторов используется общий кварцевый генератор, что обеспечивает их когерентность. Имитация доплеровского смещения частоты сигнала осуществляется за счет смещения частоты второго синтезатора на заданную величину доплеровского сдвига. Преобразованный сигнал через полосовой фильтр, образованный комбинацией ФНЧ и ФВЧ, и усилитель и 3 порт развязывающего устройства проходит вновь через фиксированный аттенюатор на тестируемый радиоальтиметр.

Загрузка частоты синтезаторов, установка требуемой задержки, ослабления цифрового аттенюатора осуществляется микроконтроллером по сигналу с ПЭВМ.

Для управления работой КПА разработана специальное программное обеспечение для операционной системы Windows ХР SP2, позволяющее тестировать радиоальтиметры в следующих режимах:

1.               Статические измерения при заданных значениях ослабления и/или задержки;

2.               Динамические измерения при заданном ослаблении и задержкой, изменяющейся с выбранной скоростью;

3.               Динамические измерения при заданной величине задержки и ослаблении, изменяющемся с выбранной скоростью;

4.               Измерение времени срабатывания тестируемого прибора с момента включения зондирующего сигнала до поступления выходной команды, соответствующей заданной высоте;

5.               Измерение токов, питающих напряжений и уровней выходных команд тестируемого радиоальтиметра.

Результаты тестирования сохраняются в файлах протоколов и могут быть выведены на печать.

Программа позволяет проводить измерения в автоматическом режиме. Оператор задает только исходные данные: диапазон изменения ослабления и задержки, скорость изменения ослабления и задержки, величину доплеровского сдвига частоты и форму представления результатов (график/таблица).

Рассмотрим устройство основных узлов КПА.

Развязывающее устройство построено на основе малогабаритного Υ-циркулятора и двух СВЧ-венти- лей на основе того же У-циркулятора. Конструкция этих устройств выполнена на сосредоточенных элементах на «переплетенных рамках» [2], обеспечивающих полосу пропускания не менее 12% от центральной частоты.

В преобразователях частоты используется балансный смеситель производства компании Mini- Circuits ADE-42MH. Синтезатор частоты выполнен по схеме, подробно описанной в [3]. В синтезаторе частоты используется микросхема PLL с дробным переменным коэффициентом деления СХ72302-11 компании Skyworks и ГУН ROS-2650 компании Mini- Circuits. Применение такого синтезатора позволяет реализовать минимальный шаг регулировки доплеровского смещения частоты в КПА не более 150Гц при частоте опорного генератора 10 МГц.

Фильтры преобразователей частоты реализованы на сосредоточенных элементах с чип- индуктивностями компании Coilcraft.

Рабочая полоса КПА определяется в основном рабочей полосой развязывающего устройства на входе, диапазоном перестройки синтезаторов и возможностью изменения полос пропускания фильтров на выходе смесителей преобразователей частоты.

При использовании соответствующих циркуляторов и вентилей полоса пропускания развязывающего устройства может иметь октавную полосу.

Синтезатор частоты при замене ГУНа на ROS- 2500 будет обеспечивать возможность изменения частоты синтезаторов от 1,6 до 2,5 ГГц с тем же минимальным шагом.

Изменение частот срезов фильтров на выходах преобразователей частоты возможно путем подключения соответствующих емкостей с помощью арсе- нид-галлиевых переключателей SW-438 компании МА-СОМ по командам с ПЭВМ.

В схеме коммутатора применяется частотная и амплитудная коррекция коэффициентов передачи отрезков кабеля в рабочей полосе частот.

Схема и конструкция блока коммутируемой линии задержки подробно рассмотрена в [4].

Дпя регулировки ослабления использован 50- Омный аттенюатор с цифровым управлением 50Р- 686 компании JFW с диапазоном ослаблений О…127 дБ, дискретностью изменения 1дБ, погрешностью установки ослабления ±0,4дБ или 2% в полосе частот от 500 до ЮООМГц и временем переключения ослабления 5мкс.

При изменении времени задержки от максимального до минимального, значение затухания в коммутаторе линии задержки меняется в больших пределах. Для поддержания постоянного уровня ослабления вносимого линией задержки при различных комбинациях коммутируемых отрезков (дополнительно к амплитудной коррекции в отрезках кабелей) производится выравнивание ослабления цифровым аттенюатором при калибровке КПА с помощью анализатора цепей Agilent Е5070В серии ΕΝΑ. Значения ослабления для каждого состояния коммутатора записываются в память контроллера и автоматически учитываются независимо от заданного ослабления при тестировании.

Динамические режимы измерений, анализ состояния выходных команд, интерфейс связи с ПЭВМ, измерение потребляемого тока и питающего напряжения тестируемого прибора и КПА также реализуются контроллером. В качестве контроллера используется микроконтроллер Atmega8535-16AI компании ATMEL. Для связи КПА с ПЭВМ используется интерфейс USB 1.1.

В схеме КПА используется простой принцип проверки работоспособности. При включении КПА контроллер анализирует исправность синтезаторов частоты, проверяя наличие «сигнала захвата», измеряет напряжения источников питания КПА и тестируемого прибора, а также токи потребления по цепям питания и после сравнения с предельно допустимыми значениями, записанными в программе принимает решение и сигнализирует об исправности устройств.

Конструктивно КПА выполнена в корпусе 3U производства компании Hoffman – Schroff с габаритными размерами 480x436x158 мм.

III.                                  Заключение

Разработанная конструкция КПА позволяет в полном объеме производить регулировку, измерение комплекс рабочих параметров и испытания маловысотных радиоальтиметров дециметрового диапазона в октавной полосе рабочих частот с девиацией частоты до 29%.

Применение в составе КПА ПЭВМ повышает оперативность испытаний за счет автоматизации измерений и повышает гибкость комплекса при изменении требований к параметрам тестируемого радиоальтиметра.

[1 ] Бастраков В. А., Рындовский Э. К., Смирнов А. П., Чернов Ю. В. Контрольно-моделирующий комплекс для приборов ближней радиолокации. Международная специализированная выставка-конференция военных и двойных технологий. «Новые технологии в радиоэлектронике и системах управления». Тезисы докладов. 3-5 апреля 2002 г., г. Нижний Новгород.

[2]   В. Н. Бородин, В. А. Козлов. Широкополосные Υ- циркуляторы метрового и дециметрового диапазонов длин волн на сосредоточенных элементах. Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы». Тезисы докладов и сообщений 11 Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», под редакцией В. А. Неганова и

Г. П. Ярового 7-13 сентября 2003 г. Самара 2003.

[3]   Бабковский А. П., Селезнев Н. Е. Быстродействующий октавный синтезатор СВЧ-диапазона с малым шагом перестройки частоты. – В кн. «13-я Международная крымская конференция «СВЧ техника и коммуникационные технологии». Материалы конференции. [Севастополь 8-12 сентября 2003г.]. Севастополь: Вебер, 2003, стр. 136 -138.

[4]   Бабковский А. П., Селезнев Н. Е. Блок коммутируемой линии задержки. – В кн. «16-я Международная крымская конференция «СВЧ техника и коммуникационные технологии». Материалы конференции. [Севастополь 11-15 сентября 2006 г.]. Севастополь: Вебер, 2006, стр. 835-836.

TEST APPARATUS FOR LOW-ALTITUDE RADIO ALTIMETERS

N. Dmitriev, A. Babkovsky, N. Seleznev Measuring Systems Research Institute named after Yu. Ye.Sedakov GSP-486, Nizhniy Novgorod, 603950, Russia E-mail: babkovsky@niiis.nnov.ru

Abstract – There is considered control and testing apparatus allowing simulating reflected signal with variable delay and selected attenuation for low altitude altimeters adjusting and testing.

I.                                       Introduction

Designing and producing low altitude altimeters with sophisticated modulation and coherent signal processing in receiver causes the necessity to control its general parameters.

Standard measuring equipment does not allow to control parameters completely of such altimeters and results construction and production of sophisticated complexes’ control and testing systems (CTS) for simulating of delay, attenuation and Doppler offset ofthe reflected signal [1].

Applying personal computer in the CTS it is possible to save time, finances and human resources when designing the system.

PC Software accomplishes CTS control in the debug, calibration and in altimeters testing modes. Possibility to control CTS main parts by common digital data bus provides a wide spectrum of functional capabilities with minimum changes in СТА hardware.

II.                                         Main Part

CTS model was developed, produced and tuned for adjusting and testing the low altitude altimeter. The block diagram of such CTS is shown in Fig. 1.

Special program operating under Windows XP SP2 OS was developed to control the operation of CTS. This program allows testing radio altimeters in the following modes:

1.            Static measurements – with fixed attenuation and delay;

2.            Dynamic measurements – when attenuations fixed and delay changes with the selected speed;

3.            Dynamic measurement – when delay is fixed and attenuation changes with selected speed;

4.            Static measurement – the delay time measurement from the moment of the signal switching on to the moment of the altimeter output command arrival;

5.            Power source voltages, current consumption and altimeter output command level measurement mode.

Testing results are saved in the protocol files and may be printed.

The program allows testing altimeters in automatic mode. An operator selects only initial data: attenuation and delay variation range, attenuation and delay change speed, Doppler offset value and the way of results representation (Graph/Table);

The circuit and construction of the switchable delay line module is presented in [4].

In the switchable delay line commutation module is implemented magnitude correction of the transfer function within the operating frequency band.

For attenuation adjustment in the CTS 50 Ohm attenuator with digital control is used.

When changing the delay of the reflected signal from the maximum to the minimum value the signal attenuation value in the delay commutator changes within a wide range. To maintain the constant signal attenuation in the delay line at different combinations of commutated delays align operation by digital attenuator is carried out during CTS calibration using Network analyzer Agilent ENA E5070. Attenuation values for each commutator state are saved in controller memory and automatically taken into account independently on the setted attenuation value during the test.

Dynamic test modes, altimeter output commands analysis, interface with PC, voltages and currents of the tested device and СТА are fulfilled by СТА controller. For communications between СТА and PC USB 1.1 is used.

III.                                        Conclusion

CTS developed construction allows adjusting and testing all parameters of low altitude UHF radio altimeters in the octave frequency band with deviation at most 29%.

Using PC as a part of CTS increases the tests efficiency owing to the measurements automation and improves the system flexibility in case of changing requirements to the radio altimeter.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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