Розробка схеми приймача цифрової тропосферної станції (стр. 2 из 7)
- важливою вимогою до АЦП є його вартість, адже враховуючи велику кількість АЦП в одному приймачі, їх ціна повинна бути низькою.
Варіанти антенних пристроїв тропосферної станції
Доцільним буде розглянути такий важливий елемент, розробленого приймача, як антенний пристрій. В розробленому приймачі велика увага приділяється саме антенному пристрою в зв’язку з тим, що саме він визначає параметри приймача в цілому.
Розробка структурної схеми приймального тракту для систем тропосферного зв’язку має на меті модернізацію його основних складових на основі сучасних досягнень радіоелектроніки. В даній роботі запропонована розробка приймальної антени, як складової приймального тракту, на основі використання цифрових антенних решіток, а також, як варіант обробки сигналів в антенних решітках запропоновано метод максимальної правдоподібності.
В багатьох практичних задачах радіолокації, радіонавігації, радіозв’язку необхідно знати кутові координати джерел випромінювань, що одночасно формують сигнали з однаковими несучими частотами. До подібних сигналів відносяться навмисні перешкоди, що створюються противником із різних точок простору працюючим радіоелектронним засобам, а також природні завади, котрі обумовлені особливостями розповсюдження сигналів в навколоземному просторі, що призводить до багатопроменевості в точці прийому.
Як показує аналіз [6], системи обробки сигналів на фоні неізотропних за простором (локальних) завад доцільно будувати на базі антенних решіток по схемі з компенсацією завад на виходах зформованих допоміжних просторових сигналів. Останні забезпечують оптимальне виділення локальних завад на фоні внутрішніх шумів і мають такі ж діаграми направленості, як і сигнальний (основний) канал. Для формування допоміжних каналів у складі РЕЗ необхідно мати спеціальний пристрій оцінки числа і кутових параметрів ДВ, алгоритм функціонування якого можуть бути засновані на спектральних методах оцінки. Відомо [8], що спектральні методи оцінки на основі даних вимірів, що отримані за допомогою АР, дозволяють зформувати максимально достовірні оцінки кутових координат ДВ. Задача визначення напрямку ДВ за допомогою АР еквівалентна задачі оцінки спектру сигналу [5]. Алгебраїчний підхід до обробки сигналів в АР дозволяє створювати все нові алгоритми спектральної оцінки. На сьогодні відома досить велика кількість вказаних методів.
Одним з найбільш відомих алгоритмів обробки сигналів в АР, що володіє достатньо високою вирішуючою здатністю, являється метод максимальної правдоподібності. Цей алгоритм вперше був запропонований Кейпоном [7]. Відповідна оцінка будується шляхом знаходження вектора пеленгаційного (опорного) напрямку А, при введені якого результуючий сигнал
має максимальну потужність при обмеженні 
, де F0 – являє собою вектор, що характеризує ідеальну плоску хвилю, що розповсюджуються по лінії візирування. Зміст прийнятого обмеження заключається в тому, що для кожного напрямку спостереження рівень приймаємого сигналу під час обробки АР не змінювався.Для знаходження комплексного вектора А мінімізується функція
, де 
– множник Лагранжа. В результаті рішення приймає вигляд [5]: 
. ( 1)Потужність результуючого сигналу АР, що орієнтована в напрямку, котрий заданий вектором F0, описується виразом:
. ( 2)Дж.Кейпон назвав
оцінкою високого вирішення, так як описаний вище метод оцінки володіє досить високою вирішуючою здатністю. Спектральна оцінка за даним методом описує відносні компоненти спектру і не є оцінкою істинної спектральної щільності потужності [8]. Тому назва методу є не зовсім точною, так як даний метод не дає оцінку максимальної правдоподібності для функції спектральної щільності потужності. До переваг максимальної правдоподібності оцінки необхідно віднести те, що вона дає спектр, висоти піків в якому, прямо пропорційні потужності гармонік, котрі присутні в аналізуємому процесі.Згідно виразу ( 2) процес визначення спектру складається з двох етапів.
На першому етапі по вхідним даним x обраховується матриця R.
На другому етапі задається деякий початковий опорний напрям r і, відповідно, початковий вектор F0, для якого розраховується значеня РМП. Потім вводиться наступне значення опорного напрямку і розрахунок повторюється. Розрахунок проводиться у всьому допустимому діапазоні кутів візирування в окремих напрямках, що розміщенні досить близько. Оскільки метод МП відноситься до групи послідовних методів, далі відшукуються положення максимумів. За положенням останніх оцінюється кутові координати ДВ, а за їх кількістю – кількість ДВ. Поряд із алгоритмом ( 2) Кейпона для оцінки кутових координат ДВ можна застосувати статистики Кейпона:
. ( 3)Необхідність використання статистики Кейпона виникає під час прийому негаусівських та нестаціонарних сигналів ДВ великої інтенсивності [8]. Необхідно зауважити, що в подібній ситуації кращі показики мають більш складні за розрахунком, але близькі за структурою алгоритми за статистиками «відношення Релея» і «теплового шуму», що мають відповідно вигляд:
; ( 4) 
. ( 5)Оцінка кутових координат, що пеленгуються ДВ, знаходяться за максимумом функцій, котрі описують дані статистики, шляхом послідовного пошуку. Для більш повного розуміння значення саме антенного пристрою у формуванні параметрів приймача, необхідно розглянути варіанти побудови антен. Для практичної реалізації антени в розробленому приймачі раціонально застосувати фазовану антенну решітку. Фазована антенна решітка не являється чимось новим у сучасній техніці, вона широко використовується в радіолокації, але саме застосування її в якості антени в техніці зв’язку є досить перспективним. На сучасному етапі розвитку модулі, які застосовуються в активних фазованих решітках, мають в своєму складі керуємі фазоповертачі, схеми управління та контролю. Крім того, специфіка АФАР, які будуть застосовуватися в техніці зв’язку внесе свої особливості в функціональну схему модуля. Загальною вимогою для модулів АФАР являється ідентичність їх фазочастотних характеристик, причому при роботі приймальних модулів в умовах значної зміни рівня вхідного сигналу (що особливо важливо в тропосферному зв’язку) додається також вимога ідентичності фазоамплітудних характеристик
 |
Рис. 8,б. Прийомо-передавальний модуль АФАР
Розглянемо особливості побудови функціональних схем прийомо-передаючих модулів АФАР. На рис. 8. зображено схеми прийомо-передаючих модулів з перетворенням і без перетворення частоти відповідно.
Особливістю модуля виконаного по схемі рис. 8,а, являється застосування множників частоти на чотири як в приймальній так і в передаючій частині. Це в свою чергу дозволяє, по-перше, підвищити діапазон робочих частот модуля, по-друге, реалізувати фазоповертачі на більш низькій частоті і з меншими фазовими зсувами. Як видно зі схеми, в приймальній частині модуля відсутній МШП. Принцип роботи такого модуля заключається в слідуючому: в режимі прийому за допомогою двох перемикачів на змішувач подаються потужності вхідного сигналу і гетеродину, а в режимі передачі за допомогою цих же перемикачів на випромінювач подається потужний вихідний сигнал модуля. Недоліком модуля являється те, що перемикач, підключений до випромінювача, в режимі передачі працює на високому рівні потужності, що знижує ККД модуля. Даний недолік відсутній в модулі, що зображений на рис. 8,б, за рахунок введення циркулятора. Перемикач винесений в приймальну частину модуля, яка крім нього мітить в своєму складі діодний обмежувач, МШП, фільтр і дискретний атенюатор. Фазоповертач в ній використовується і на прийом і на передачу. Так як обидва перемикачі працюють на низькому рівні потужності, вони можуть бути уніфікованими. Дискретний атенюатор дозволяє синтезувати діаграму направленості АФАР в режимі прийому.
Розглянемо особливості приймальних модулів АФАР. В модулі по схемі рис. 9,а сигнал приймається випромінювачем, підсилюється, фазується і поступає в систему первинної обробки синалів, яка в найпростішому випадку представляє собою багатоканальний суматор, на інші входи якого поступають вихідні сигнали інших модулів.
 |
а)  |
б)
Рис. 9. Приймальні модулі АФАР
В модулі по схемі рис. 9,б додатково включено змішувач і ППЧ, що з одного боку вимагає в складі АФАР ще однієї розподільчої системи для підведення потужності гетеродина до всіх модулів, а з іншого боку, розподільча система для підключення виходу кожного модуля до системи первинної обробки сигналів виявляється простіша, так як на проміжній частоті неточності довжин ліній передачі значно менше впливають на ідентичність фазочастотних характеристик модулів [14]. Крім того, фазоповертачі можуть розташовуватися в тракті гетеродина і відповідно, виконуються на фіксованій частоті або в тракті проміжної частоти і виконуються більш точними і дешевими. Чутливість АФАР повинна бути більша за чутливість пасивної ФАР, в противному випадку АФАР не буде мати одної з основних переваг у порівнянні з пасивною ФАР. Це обмеження пред’являє певні вимоги до підсилювачів і шумових властивостей вузлів приймального модуля. Для коефіцієнта шуму модуля по схемі рис. 9: