Радиометрический способ регистрации слабого широкополосного радиоизлучения



Радиометрический способ регистрации слабого широкополосного радиоизлучения
Радиометрический способ регистрации слабого широкополосного радиоизлучения

 


Владельцы патента RU 2431852:

Закрытое акционерное общество "Радиоэлектронная технологическая аппаратура" (ЗАО "РЭЛТА") (RU)

Изобретение относится к радиоастрономии и может использоваться в радиометрах, регистрирующих шумовую температуру или мощность принимаемого широкополосного шумового сигнала в полосе пропускания радиометра. Достигаемый технический результат - повышение точности измерения энергетических параметров (шумовой температуры, мощности) широкополосного радиосигнала при воздействии узкополосных радиопомех, в том числе непрерывных и сравнительно маломощных (не превышающих уровень собственных шумов радиотелескопа). Указанный результат достигается за счет того, что в заявленном способе, основанном на измерении разности мощностей сигналов в широкополосном приемном канале, получаемых при настройке на источник радиоизлучения и при отстройке от него, сигналы в широкополосном канале преобразуют в последовательности цифровых выборок и методом быстрого преобразования Фурье вычисляют и накапливают энергетические спектры, после чего исключают спектральные компоненты, превышающие заданное значение, и суммируют оставшиеся спектральные компоненты. При накоплении вычисляемых реализаций энергетического спектра смеси принимаемого сигнала, собственного шума радиотелескопа и радиопомех сглаживаются флюктуации амплитуд спектральных компонентов и становятся заметными даже слабые узкополосные радиопомехи. Сравнение мощности, вычисленной после исключения компонентов спектра на частотах радиопомех с мощностью собственного шума радиотелескопа дает мощность исследуемого сигнала. 2 ил.

 

Изобретение относится к радиоастрономии и может использоваться в радиометрах, регистрирующих шумовую температуру или мощность принимаемого широкополосного шумового сигнала в полосе пропускания радиометра, т.е. выполняющих радиометрические измерения в континууме. Измеряемыми и регистрируемыми энергетическими параметрами, характеризующими широкополосный радиосигнал от космического источника, являются мощность Ps принятого радиосигнала в полосе пропускания Δf широкополосного канала радиометра и его шумовая температура Ts=Ps/kΔf, где k≈1,38·10-23 Вт/(Гц·К) - постоянная Больцмана. По этим параметрам определяют плотность потока электромагнитной энергии, поступающей от источника радиоизлучения. Современными радиометрами измеряются и регистрируются весьма слабые радиосигналы, шумовая температура Ts которых на несколько порядков (например, на 30-40 дБ) меньше температуры Tc собственных шумов радиотелескопа.

Для регистрации слабого широкополосного радиоизлучения применяют радиометры, в которых с помощью амплитудного детектора с квадратичной характеристикой измеряется мощность шумового сигнала в полосе пропускания Δf широкополосного приемного канала. Напряжение на выходе квадратичного амплитудного детектора, пропорциональное мощности шумового сигнала, интегрируется с заданной постоянной времени τ, что позволяет уменьшить флюктуации. Чтобы определить мощность исследуемого сигнала, измеряют суммарную мощность сигнала и собственных шумов радиотелескопа и мощность собственных шумов без сигнала, а затем их сравнивают (взаимно вычитают).

По принципу действия различают радиометры двух типов: компенсационные и модуляционные. В компенсационных радиометрах детектируется смесь принятых антенной радиосигналов и собственных шумов приемной системы радиотелескопа, выделяется и измеряется постоянная составляющая напряжения на выходе детектора. Затем измеряется напряжение на выходе детектора при отстройке антенны от исследуемого источника радиоизлучения и по разности двух напряжений определяется мощность принятого радиосигнала в полосе пропускания широкополосного приемного канала (до детектора). Из-за нестабильности коэффициента усиления приемного канала и изменений шумов антенны точность измерений шумовой температуры сигнала этим способом оказывается невысокой.

В более совершенных радиометрах модуляционного типа поочередно, с относительно низкой частотой модуляции (около 1 кГц) детектируются и затем сравниваются (вычитаются) с помощью синхронного детектора шумовой сигнал, состоящий из смеси принимаемых радиосигналов и собственных шумов приемной системы радиотелескопа, и шумовой сигнал, вводимый на вход приемного устройства от высокостабильного генератора шума. Разностное напряжение на выходе синхронного детектора пропорционально разности мощностей сигналов в указанные полупериоды модуляции и, следовательно, пропорционально мощности принимаемого антенной радиосигнала. Относительно медленные изменения коэффициента усиления канала при сравнении сигналов синхронным детектором взаимно компенсируются, вследствие чего точность измерений повышается.

Подробную информацию о средствах регистрации слабых широкополосных радиосигналов космического происхождения и о принципах действия радиометров можно найти в книгах: Есепкина Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. «Радиотелескопы и радиометры». - М.: «Наука», 1973, Кисляков А.Г., Разин В.А., Цейтлин Н.М., «Введение в радиоастрономию», Учебное пособие. В 2-х ч. Ч.1. - М.: Физматлит, 1995.

Все известные радиометры, хоть и различаются по схемотехническим решениям, основаны на: квадратичном детектировании сигналов в полосе пропускания широкополосного приемного канала (до детектора), и на последующем сравнении напряжений, получаемых при прохождении исследуемого сигнала в смеси с собственным шумом приемной системы радиотелескопа и при прохождении только собственного шума системы без исследуемого сигнала. Регистрируемое разностное напряжение пропорционально мощности и шумовой температуре исследуемого сигнала. Измеренное разностное напряжение пересчитывают в шумовую температуру (или мощность) сигнала, наведенного в антенне, для чего применяют традиционные методы калибровки радиометра. Методы калибровки описаны, например, в учебном пособии: Ипатов А.В., Кольцов Н.Е. «Радиометры», СПб: Изд-во СПб ГЭТУ «ЛЭТИ», 2007, стр.20.

Один из основных недостатков всех широкополосных радиометров - низкая защищенность от радиопомех, принимаемых антенной и попадающих в полосу пропускания приемного устройства. Такие радиопомехи детектируются вместе с исследуемым сигналом и искажают результаты измерений, причем после детектирования практически невозможно исключить внесенные помехой ошибки. Чувствительность радиометра повышается при расширении полосы пропускания приемно-усилительного канала (до амплитудного детектора) пропорционально корню квадратному из полосы. Поэтому при исследовании широкополосного космического радиоизлучения обычно используют приемные устройства с весьма широкой полосой пропускания (десятки-сотни мегагерц и более). На 32-метровых радиотелескопах комплекса «Квазар», например, приемные устройства имеют полосы 900 МГц, что дает возможность регистрировать широкополосные шумовые радиосигналы, уровень которых в 10000 раз (на 40 дБ) ниже уровня собственных шумов радиотелескопа. При приеме слабых широкополосных сигналов первостепенной становится задача борьбы с радиопомехами, создаваемыми средствами радиосвязи, радиолокации и другими радиотехническими системами, причем с расширением полосы пропускания приемного устройства повышается вероятность попадания в нее мешающих радиосигналов.

Наиболее близким по назначению и технической сущности является способ регистрации широкополосного космического радиоизлучения, который реализован в радиометрах радиоастрономических обсерваторий комплекса «Квазар». Способ и аппаратура регистрации описаны в статье Ипатов А.В., Кольцов Н.Е., Крохалев А.В. Радиометрическая система радиотелескопа РТФ-32. «Приборы и техника эксперимента», №4, 2005. С.66-75. Этот радиометр модуляционного типа, реализующий предлагаемый способ регистрации космического радиоизлучения, установлен на 32-метровых радиотелескопах комплекса «Квазар» и обеспечивает регистрацию широкополосных сигналов, шумовая температура которых в 103-104 раз меньше температуры собственных шумов радиотелескопа. Он содержит последовательно соединенные широкополосный (900 МГц) приемно-усилительный канал (ШПК), амплитудный квадратичный детектор, узкополосный канал с синхронным детектором и выходное регистрирующее устройство, состоящее из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и компьютера. Ко входу ШПК подключены высокостабильный эквивалент шумов антенны, генерирующий шумовые импульсы с частотой модуляции (около 1 кГц), и генератор шумов небольшого уровня (около 1К), используемый для калибровки радиотелескопа. Напряжение на выходе квадратичного детектора, выделяемое узкополосным каналом, на одном полупериоде модуляции пропорционально суммарной мощности принимаемых антенной сигналов и собственных шумов радиотелескопа, а на другом - мощности собственных шумов. Синхронным детектором, работающим на модулирующей частоте, эти напряжения сравниваются (вычитаются). Полученное разностное напряжение, пропорциональное мощности и шумовой температуре сигналов, принимаемых антенной, регистрируется компьютером. Это напряжение далее известными в радиоастрономии методами пересчитывается в шумовые температуры сигналов, наведенных в антенне источниками радиоизлучений. Коэффициенты пропорциональности, необходимые для пересчета, определяются при калибровке радиометра.

Недостатком известного способа и устройства являются значительные ошибки радиометрических измерений, появляющиеся при воздействии узкополосных радиопомех в рабочей полосе частот радиометра, которые могут создаваться средствами радиосвязи и другими радиотехническими системами. При приеме такие радиопомехи детектируются вместе с исследуемым сигналом и изменяют выходное напряжение радиометра, что ведет не только к значительным ошибкам измерений, но при большом числе радиопомех может даже полностью исключить возможность исследований. Дополнительная мощность, вносимая даже слабыми радиопомехами, уровень которых ниже собственного шума радиотелескопа, может стать соизмеримой с мощностью исследуемого шумового сигнала, что даст значительные ошибки измерений. Поскольку мощности многих радиопомех (например, помех от систем мобильной радиосвязи) меняются, ошибка измерений носит случайный характер. Это крайне затрудняет, например, исследование источников нестационарного космического излучения, так как изменения мощностей радиопомех невозможно отличить от изменений интенсивности излучения (нестационарности) самого исследуемого сигнала.

Применяемые технические средства борьбы с помехами недостаточно эффективны. Не всегда помогают, например, режекторные фильтры на входе приемного устройства, так как количество радиопомех и их частоты могут меняться, а сами фильтры имеют недостаточную избирательность и вносят дополнительные потери, снижающие чувствительность радиотелескопа. Иногда пытаются селектировать по времени выбросы напряжения на выходе детектора, создаваемые достаточно короткими радиоимпульсами (например, радиолокационными), но этот способ может дать какой-то эффект лишь при большой мощности импульсов (больше мощности собственного шума в широкой полосе пропускания приемного канала). Непрерывные радиопомехи и маломощные импульсные помехи этим способом вообще не устраняются. Вокруг некоторых радиотелескопов приходится организовывать защитные зоны, что крайне сложно, а во многих случаях невозможно выполнить.

Целью изобретения является повышение точности измерения энергетических параметров (шумовой температуры, мощности) широкополосного радиосигнала при воздействии узкополосных радиопомех, в том числе непрерывных и сравнительно маломощных (не превышающих уровень собственных шумов радиотелескопа).

Эта цель достигается тем, что в радиометрическом способе регистрации слабого широкополосного радиоизлучения, основанном на измерении разности мощностей сигналов в широкополосном приемном канале, получаемых при настройке на источник радиоизлучения и при отстройке от него, сигналы в широкополосном канале преобразуют в последовательности цифровых выборок и методом быстрого преобразования Фурье вычисляют и накапливают энергетические спектры, после чего исключают спектральные компоненты, превышающие заданное значение, и суммируют оставшиеся спектральные компоненты.

При накоплении вычисляемых реализаций энергетического спектра смеси принимаемого сигнала, собственного шума радиотелескопа и радиопомех уменьшаются отклонения измеренных амплитуд спектральных компонентов от истинных значений (сглаживаются флюктуации спектра). В результате становятся заметными даже слабые узкополосные радиопомехи: амплитуды спектральных компонентов на частотах радиопомех будут превышать уровень остаточных флюктуаций усредненного плоского спектра, характеризующего смесь исследуемого широкополосного сигнала и собственного шума радиотелескопа. Исключение из рассмотрения компонентов спектра на частотах, занятых радиопомехами, и суммирование оставшихся компонентов дает суммарную мощность исследуемого сигнала и собственного шума радиотелескопа в полосе Δf1=Δf-Δfx, где Δfx - суммарная полоса частот, занятых узкополосными помехами. Вычитая из полученной мощности мощность собственного шума радиотелескопа в той же полосе, получаем мощность исследуемого сигнала в полосе Δf1. При этом исключается влияние любых узкополосных радиопомех независимо от их длительности и вида модуляции. Поскольку для узкополосных радиопомех Δfx<<Δf, сужение полосы частот Δf1 по сравнению с исходной полосой Δf невелико и почти не влияет на чувствительность радиометра. Мощность собственного шума радиотелескопа в полосе Δf1 можно измерить аналогично методом БПФ, но, в принципе, можно применить и какой-либо известный способ, так как на подавление радиопомех это не влияет.

Предлагаемый способ можно реализовать как радиометрами модуляционного типа, к которым относится прототип, так и компенсационными радиометрами.

На фиг.1 и 2 показаны блок-схемы радиометров, реализующих заявляемый способ регистрации широкополосного радиосигнала. Первый радиометр (фиг.1) работает в модуляционном режиме, второй (фиг.2) - в компенсационном режиме.

На фиг.1 и 2 обозначено:

1. - Широкополосный приемно-усилительный канал (ШПК).

2. - Высокоскоростной аналого-цифровой преобразователь напряжения (АЦП).

3. - Высокоскоростной вычислитель спектра мощности.

4. - 1-й накопитель спектров.

5. - Амплитудный селектор спектральных компонентов.

6. - Сумматор спектральных компонентов.

7. - Устройство регистрации (записи) сигналов.

8. - Программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС).

9. - Компьютер.

10. - 2-й накопитель спектров.

11. - Вычитающее устройство.

12. - Эквивалент шумов антенны.

13. - Переключатель.

В устройстве по схеме (фиг.1) ШПК 1, АЦП 2, вычислитель 3, накопитель 4, амплитудный селектор 5, сумматор 6 и регистрирующее устройство 7 соединены последовательно. АЦП 2 и вычислитель 3, вычисляющий реализации спектра по методу быстрого преобразования Фурье (БПФ), работают на частоте, которая должна в 2 раза превышать максимальную частоту широкополосного сигнала на выходе ШПК. Поэтому их быстродействие должно быть очень высоким. В настоящее время на рынке радиокомпонентов имеются АЦП, работающие на частотах до 2 ГГц и даже выше. На таких частотах могу работать и ПЛИС, приспособленные для вычисления спектра методом БПФ. Поэтому вычислитель 3 и накопитель вычисленных реализации спектра 4 можно выполнить на одной ПЛИС 8. Дальнейшая обработка усредненных спектров не требует очень больших скоростей, и, следовательно, функции селектора 5, сумматора 6 и регистрирующего устройства 7 может выполнить обычный компьютер 9.

Устройство, собранное по схеме (фиг.2), отличается от рассмотренного устройства (фиг.1) тем, что содержит второй накопитель спектров 10, соединенный с вычислителем 3, разностное устройство 11, соединенное с выходами накопителей 4 и 10 и селектором 5, а также эквивалент шумов антенны 12, подключенный ко входу приемного канала 1 через переключатель 13, управляющий вход которого соединен с вычислителем 3. Структура современной ПЛИС 8 (например, ПЛИС типа XC4VLX25) дает возможность разместить в ней второй накопитель 10 и разностное устройство 11 вместе с вычислителем 3 и первым накопителем 4.

Реализация обоих устройств не вызывает принципиальных трудностей, так как имеется необходимая элементная база. Широкополосные каналы 1 выполняются на высокочастотных микросхемах, используемых в радиоприемной технике. При регистрации сигналов в сравнительно неширокой полосе (до 32 МГц) можно использовать, например, АЦП AD9218 и ПЛИС XC4VLX25. При регистрации сигналов в широкой полосе (сотни мегагерц) можно применить, например, 10-разрядный АЦП AT84AS008, работающий в полосе частот до 2,2 ГГц. Амплитудный селектор 5 и сумматор 6, на которые усредненный спектр поступает с невысокой скоростью (обычно период накопления tнак составляет десятые доли-единицы секунд), можно выполнить даже на сравнительно низкочастотных микросхемах. Если в качестве регистрирующего устройства 7 используется компьютер, то функции амплитудного селектора 5 и сумматора 6 можно возложить на этот компьютер.

В устройстве (фиг.1) принятый антенной широкополосный шумовой сигнал космического источника излучения в аддитивной смеси с собственным шумом радиотелескопа усиливается ШПК 1 и поступает на АЦП 2. Если имеются радиопомехи, то они также усиливаются в ШПК вместе с широкополосным сигналом. В ШПК обычно переносят полосу исследуемых радиочастот к более низким (промежуточным) частотам, поскольку АЦП во избежание потерь информации о сигнале должен работать на частоте, вдвое превышающей максимальную частоту fmax входного шумового сигнала. Но наличие или отсутствие преобразователя частоты в ШПК 1 в данном случае не имеет значения.

АЦП 2 преобразует шумовой сигнал на выходе ШПК 1 в последовательность цифровых выборок с достаточно высокой скоростью, при которой исключаются потери информации (частота считывания сигнала в 2 раза больше его максимальной частоты). Вычислитель спектра 3, выполненный на ПЛИС, в реальном времени (циклически) вычисляет реализации спектра мощности. Каждая реализация спектра мощности представлена в виде набора компонентов на дискретных частотах fi в пределах полосы пропускания ШПК, которые разнесены на заданный интервал Δf частотного разрешения.

Реализации спектра вычисляются следующим образом. С частотой 2fmax АЦП 2 считывает цифровые выборки сигнала, которые поступают на высокоскоростной вычислитель спектра 3, вычисляющий спектр мощности методом быстрого преобразования Фурье (БПФ). Для этого последовательно набираются пакеты выборок сигнала объемом N=2fmax/Δf Каждый пакет выборок аналогового шумового сигнала на входе АЦП набирается за время t1=1/Δf; После набора каждого пакета выборок по нему вычисляется реализация спектра мощности шумового сигнала на входе АЦП. Время, затрачиваемое на вычисления реализации спектра, не превышает значения t1, т.е. за время набора очередного пакета выборок вычисляется реализация спектра мощности по предыдущему пакету выборок. Вычисление реализации спектра идет циклически с периодом t1. При этом сигнал на выходе ШПК считывается без перерывов и потерь времени приема исследуемого сигнала нет. Реализация такого быстродействия возможна при выполнении вычислителя спектра на ПЛИС.

Вычисленные реализации спектра поступают в накопитель спектров 4, который набирает реализации спектров на заданном временном интервале накопления (например, tнaк=1 с) и усредняет их по ансамблю. Каждая реализация спектра выражена N спектральными компонентами. Компонент спектра - это отсчет мощности сигнала на входе АЦП, которая определена в элементарной частотной полосе Δf около дискретной частоты fi, где i=1, 2,…, N. Среднеквадратическое отклонение (СКО) отсчетов мощностей шумового сигнала в одной реализации спектра достаточно большое, и каждая реализация спектра выглядит как сильно зашумленная дорожка (широкая «шумовая дорожка»). Поэтому слабая узкополосная помеха не просматривается на ее фоне.

СКО каждого компонента спектра, не содержащего помехи, определяется, в основном, сравнительно сильным собственным шумом радиотелескопа. Но далее реализации спектра в накопителе 4 усредняются в течение заданного интервала времени tнак. СКО каждого компонента в усредненном спектре уменьшается в корень из m раз, где m=tнак/t1 - число накопленных реализации спектра. При достаточно большом значении m усредненный спектр мощности широкополосного шумового сигнала с равномерным (или близким к равномерному) спектром выглядит как прямая линия с небольшими флюктуациями. Узкополосные помехи, если они попадали в полосу пропускания ШПК 1, на фоне усредненного спектра четко просматриваются в виде выбросов (пиков).

Амплитудный селектор 5 запрещает прохождение и дальнейшую обработку тех компонентов усредненного спектра, которые превышают по амплитуде заданный порог. Порог в накопителе 5 устанавливается на уровне верхнего края (или немного выше) «шумовой дорожки» на линии усредненного спектра. После исключения частотных компонентов, содержащих узкополосные радиопомехи, оставшиеся компоненты усредненного спектра суммируются. В результате, полученный на выходе сумматора 6 код будет соответствовать суммарной мощности исследуемого широкополосного сигнала и собственных шумов радиотелескопа в полосе частот ΔF=(N-n)Δf, где n - число исключенных компонентов спектра, содержащих радиопомехи. Этот код регистрируется устройством записи 7 и используется при дальнейшем анализе известными в радиоастрономии методами.

Чтобы определить мощность исследуемого радиосигнала, необходимо вычесть мощность собственного шума радиотелескопа. Для измерения последней отстраивают антенну радиотелескопа от источника космического радиоизлучения и вычисляют мощность описанным способом. Мощность, полученная в результате сравнения двух измеренных мощностей, несет информацию только об исследуемом широкополосном радиоизлучении и не зависит от узкополосных радиопомех.

Как и во всяком радиометре компенсационного типа, в рассмотренном устройстве (фиг.1) на точность измерений влияют изменения коэффициента усиления и уровня собственного шума ШПК 1 в процессе проводимых наблюдений. Указанный недостаток устраняется при использовании устройства модуляционного типа (фиг.2). В этом устройстве ШПК 1 периодически (с относительно низкой частотой порядка 1 кГц) подключается то к антенне, то к эквиваленту шумов 12, причем эти переключения синхронизированы с циклами вычисления реализаций спектров. При подключении антенны устройство (фиг.2) работает так же, как устройство (фиг.1), и накопитель 4 усредняет реализации спектра шумового сигнала, содержащего шумы радиотелескопа, исследуемый сигнал и помехи. При подключении эквивалента шумов антенны устройство работает аналогично, но реализации спектра, полученные с вычислителя 3, усредняет второй накопитель 10. Этот усредненный спектр отображает только собственные шумы радиотелескопа (без исследуемого сигнала и радиопомех). После вычитания спектров устройством 11 остается спектр исследуемого широкополосного сигнала и узкополосных радиопомех. После селекции компонентов спектра, относящимся к радиопомехам, остается только спектр исследуемого сигнала. Далее энергетические параметры широкополосного сигнала вычисляются традиционным способом.

Использование патентуемого способа дает возможность исключить влияние на радиометр, работающий в широкой полосе частот, узкополосных радиопомех, в том числе сравнительно слабых радиопомех, уровень которых ниже уровня собственного шума радиотелескопа. За счет этого исключаются потери реальной чувствительности радиометра и точности измерений, связанные с радиопомехами. При этом не имеют значения и изменения мощности при модуляции радиопомехи или при движении источника помехи.

Преимущества патентуемого способа можно проиллюстрировать на примере радиометра модуляционного типа с полосой пропускания ΔF и временем накопления tнак=1 с. При ΔF=900 МГц и отсутствии радиопомех радиометр способен регистрировать широкополосное космическое радиоизлучение с шумовой температурой Ts min≈9·10-5Tc, где Tc - температура собственных шумов радиотелескопа (шумы антенны и ШПК, пересчитанные по входу радиометра). При тех же условиях радиометр с полосой ΔF=32 МГц регистрирует сигналы с шумовой температурой Ts min≈5·10-4Tc. Если на радиометр воздействуют слабые узкополосные помехи, которые занимают, например, 10% полосы пропускания и в среднем на 10 дБ ниже уровня собственного шума радиотелескопа, то в известном радиометре такие помехи вносят погрешность измерений, равную 10-2Тc. Вносимая радиопомехами ошибка в 111 раз превышает уровень потенциальной (без радиопомех) чувствительности Ts min для радиометра с полосой 500 МГц и в 20 раз для радиометра с полосой 32 МГц. Во столько же раз ухудшается реальная чувствительность радиометра и точность измерения шумовой температуры исследуемого сигнала. Поскольку мощности радиопомех обычно изменяются во времени и их уровень априори не известен, их невозможно учесть в известном радиометре. При этом даже увеличение времени накопления не дает никакого улучшения реальной чувствительности и точности.

Патентуемый способ в рассматриваемой ситуации дает совершенно иные результаты. Если, например, вычислитель 3 дает спектр, состоящий из 2048 компонентов (дискретных частот), что нетрудно реализовать на ПЛИС, то в радиометре с полосой 100-1000 МГц (ΔF=900 МГц) одна реализация спектра будет получена за время t1=1/(ΔF/N)≈2,28 мкс. При накоплении на интервале 1 с усредняются m=438000 реализаций спектра, что повысит отношение мощностей спектральных компонентов радиопомех к остаточным флюктуациям усредненного спектра в m0.5=660 раз (на 24,3 дБ). Средний уровень этих компонентов более чем на 14 дБ превысит остаточную шумовую дорожку на линии спектра, что вполне обеспечивает их селекцию по амплитудному принципу. При этом исключаются все названные выше негативные эффекты от воздействия радиопомех. При исключении спектральных компонентов на частотах радиопомех на 10% сужается частотная полоса анализа, что приводит к снижению чувствительности радиометра (увеличению Ts min) всего на 5%. Эти потери ничтожны по сравнению с потерями реальной чувствительности известных радиометров даже при слабых радиопомехах (до 111 раз в рассматриваемом случае). В радиометре относительно неширокой полосой (ΔF=32 МГц) при том же числе компонентов спектра (2048) из-за уменьшения интервала частотного разрешения Δf время вычислений увеличивается до 64 мкс и в течение 1 с будут усреднены 15622 реализации спектра. Это улучшит отношение мощностей флюктуациям спектра в 124 раза (на 21 дБ). Этого достаточно, чтобы селектировать помехи по амплитудам спектральных компонентов. При необходимости можно увеличить время накопления, например, до 4-5 с, чтобы достичь такого же увеличения отношения помеха/шум, как и в радиометре с полосами 500-900 МГц.

В настоящее время разработаны схема и конструкция радиометров с полосами 32 МГц и 500 МГц. Был изготовлен макет радиометра с полосой 32 МГц, испытания которого подтвердили работоспособность в условиях воздействия узкополосных радиопомех (как относительно слабых, так и достаточно сильных). Достигнутый в экспериментах положительный эффект практически совпадает с расчетным показателем. Начато изготовление опытного образца радиометра с полосой 500 МГц, реализующего заявляемый радиометрический способ регистрации сигналов.

Радиометрический способ регистрации слабого широкополосного радиоизлучения, основанный на сравнении суммарной мощности наведенных в антенне сигналов и мощности собственного шума приемной системы с мощностью собственного шума этой системы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений энергетических параметров широкополосного сигнала при воздействии узкополосных радиопомех, сигналы в широкополосном канале, настроенном на источник радиоизлучения, преобразуют в последовательности цифровых выборок и методом быстрого преобразования Фурье вычисляют и накапливают энергетические спектры, после чего исключают спектральные компоненты, превышающие заданное значение, и путем суммирования не исключенных спектральных компонентов определяют мощность смеси принимаемого широкополосного сигнала и собственного шума приемной системы, а затем определяют разность этой мощности и мощности собственного шума, измеренной при отстройке от источника радиоизлучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения спектральных характеристик автогенераторов, преимущественно кварцевых, а также в случаях, требующих большого динамического диапазона измерений.

Изобретение относится к области цифровой обработки сигналов и может быть использовано для анализа сигналов различного происхождения. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в измерительных системах для измерения амплитуд и частот гармонических составляющих в исследуемых сигналах.

Изобретение относится к оптическим аналоговым устройствам для спектральной обработки изображений, например, поверхности моря, с использованием некогерентного света и может быть применено для решения ряда научно-технических задач, в частности, для измерения спектров изображения шероховатой поверхности, в том числе пространственного спектра волнения водной поверхности в реальном времени.

Изобретение относится к области систем обработки информации и измерительной технике и может быть использовано для определения спектрального состава периодического многочастотного сигнала при решении разнообразных задач передачи информации на расстоянии, контроля работоспособности электротехнических и электромеханических устройств.

Изобретение относится к области обработки информации и измерительной техники, может быть использовано при контроле электротехнических и электромеханических устройств.

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для оценки частотных искажений случайных сигналов. .

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для оценки частотных искажений случайных сигналов. .

Изобретение относится к способам спектрального анализа электрических сигналов

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для гармонического анализа периодических колебательных процессов, в частности электрических сигналов

Изобретение относится к технике дискретного спектрального анализа и может быть использовано в измерительной технике

Изобретение относится к области гидроакустики и радиотехники и может быть использовано для построения систем обнаружения сигнала

Изобретение относится к технике спектрального анализа электрических сигналов

Изобретение относится к способам определения спектра электрических сигналов
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам точной оценки частоты одиночного гармонического колебания в ограниченном диапазоне

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для целей радиоконтроля, радиомониторинга, определения характеристик источников радиоизлучения

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для выделения и фильтрации исследуемых сигналов из воспроизводимого стационарного случайного процесса и измерения в реальном времени параметров сигнала. Система обработки сигналов, содержащая перестраиваемый по частоте фильтр, характеризующаяся тем, что в систему введены виброиспытательный комплекс, анализатор, прибор визуального контроля, формирователь нестационарного процесса, источник управляющего сигнала и блок стробирования, при этом фильтр своим первым входом подключен к выходу виброиспытательного комплекса, а выходом соединен с входом прибора визуального контроля, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам анализатора, третьим входом соединенного с первым выходом формирователя нестационарного процесса, одновременно подключенного также ко входу виброиспытательного комплекса, причем анализатор своим четвертым входом соединен с первым входом системы, а выходом подключен к ее выходу, причем второй выход формирователя нестационарного процесса соединен с первым входом блока стробирования, выходом подключенного к второму входу фильтра, а вторым входом соединенного с выходом источника управляющего сигнала, входом подключенного к второму входу системы. Технический результат заключается в повышении точности обработки. 3 з.п. ф-лы, 16 ил.

Способ относится к области испытаний и исследований динамических систем. Способ определения амплитудно-фазовых частотных характеристик динамического объекта предполагает проведение анализа завершенности переходного процесса втягивания динамического объекта в вынужденные периодические колебания и проводится на каждой частоте входного моногармонического сигнала до тех пор, пока средние определяемые значения коэффициентов Фурье выходного сигнала не станут достаточно постоянными, т.е. до тех пор, пока относительные разности между вновь вычисленными средними значениями коэффициентов Фурье выходного сигнала и предыдущими значениями этих параметров не станут по модулю меньше наперед заданного точностного параметра. При этом анализ завершенности переходного процесса втягивания динамического объекта в вынужденные периодические колебания проводится по нескольким дополнительным гармоникам. В этом случае окончание переходного процесса втягивания динамического объекта в вынужденные периодические колебания определяется числом необходимых периодов для завершения переходного процесса той гармоники, для которой оно является максимальным. Технический результат - повышение точности определения амплитудно-фазовых частотных характеристик. 1 ил.
Наверх