Способ и устройство прямого преобразования частоты для приемников спутниковой навигации глонасс



Способ и устройство прямого преобразования частоты для приемников спутниковой навигации глонасс
Способ и устройство прямого преобразования частоты для приемников спутниковой навигации глонасс

 


Владельцы патента RU 2562443:

Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в приемниках спутниковых навигационных систем с использованием прямого преобразования частоты. Технический результат заключается в обеспечении повышения помехоустойчивости приемника и упрощении его конструкции. Способ прямого преобразования частоты для приемников спутниковой навигации ГЛОНАСС включает расщепление гетеродинного сигнала на два парафазных сигнала с частотой, равной половине частоты входного сигнала, которые подают на затворы встречно-управляемых полевых транзисторов смесителя, перемножение на встречно-управляемых полевых транзисторах смесителя входного сигнала и сигналов гетеродина, преобразование полученных сигналов фильтром нижних частот, формирование парафазных напряжений гетеродина с помощью стандартного парафазного усилителя блока управления, реализацию двухстороннего ограничения входного сигнала перед встречно-управляемыми полевыми транзисторами смесителя и увеличение до 12 МГц частоты среза фильтра нижних частот. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Группа изобретений относится к области радиотехники и предназначена для применения в приемниках спутниковых навигационных систем с использованием прямого преобразования частоты.

Известно техническое решение (Патент РФ №2414042, Н02М 5/16, опубл. 10.03.2011), описывающее способ, в котором осуществляют перемножение входного сигнала и сигнала гетеродина; в устройстве аналога имеются смесители, гетеродин, расщепитель входного сигнала и расщепитель сигнала гетеродина. В устройство введены фазорасщепители входного сигнала и сигнала гетеродина на квадратурные проекции, косинусную и синусную. В качестве смесителя в данном устройстве используют четыре перемножителя - балансных смесителя, которые нагружают на первый (RH 1) и второй (RH 2) нагрузочные резисторы и связи между ними.

Недостатки аналога: способ формирования сигналов не позволяет достичь приемлемой помехустойчивости, а устройство обладает аппаратной избыточностью, которая приводит к ухудшению точностных характеристик, чувствительности, а также существенному усложнению конструкции в целом.

Наиболее близкими по технической сущности способом и устройством (прототипами) к заявляемой группе изобретений являются способ и устройство, реализованные в приемнике спутниковых навигационных систем (СНС) (В.Т. Поляков. Трансиверы прямого преобразования, ДОСААФ. 1984, стр. 22, 25, http://publ.lib.ru/ARCHIVES/P/POLYAKOV_Vladimir_Timofeevich/_Polyakov_ V.T..html).

Способ включает расщепление гетеродинного сигнала с частотой, равной половине частоты входного сигнала, на два парафазных сигнала, которые подают на затворы встречно-управляемых полевых транзисторов смесителя, перемножают с входным сигналом, далее преобразуют полученные сигналы фильтром нижних частот. Устройство прототипа включает смеситель с парой встречно-управляемых полевых транзисторов. К входу смесителя подключен блок управления с гетеродином, а к выходу - фильтр нижних частот.

Недостатки прототипа: описанный способ формирования сигналов не позволяет достичь приемлемой помехоустойчивости приемника, а наличие симметрирующих трансформаторов парафазного разделения гетеродинного сигнала крайне затрудняет микроминиатюрное исполнение смесителя, существенно усложняет конструкцию в целом, приводит к ухудшению точностных характеристик и чувствительности приемника.

Техническим результатом заявляемого технического решения (способа) является повышение помехоустойчивости приемника, улучшение его точностных характеристик и чувствительности.

Технический результат достигается тем, что способ прямого преобразования частоты для приемников спутниковой навигации ГЛОНАСС включает формирование парафазных напряжений гетеродина с помощью стандартного парафазного усилителя блока управления, расщепление гетеродинного сигнала с частотой, равной половине частоты входного сигнала на два парафазных сигнала, которые подают на затворы встречно-управляемых полевых транзисторов смесителя, перемножение на встречно-управляемых полевых транзисторах смесителя входного сигнала и сигнала гетеродина, преобразование полученных сигналов фильтром нижних частот. Причем перед встречно-управляемыми полевыми транзисторами смесителя реализуют двухстороннее ограничение сигнала, а частоту среза фильтра нижних частот увеличивают до 12 МГц.

Способ прямого преобразования частоты для приемника спутниковой навигации ГЛОНАСС осуществляется следующим образом. С помощью парафазного усилителя блока управления 2 формируются парафазные сигналы (напряжения) гетеродина 5 с частотой, равной половине частоты входного сигнала, их подают на затворы встречно-управляемых полевых транзисторов смесителя 1, входной сигнал и сигналы гетеродина перемножают на встречно-управляемых полевых транзисторах смесителя 1, далее преобразуют полученные сигналы фильтром нижних частот 4 (далее - ФНЧ). Перед встречно-управляемыми полевыми транзисторами смесителя 1 выполняют двухстороннее ограничение входного сигнала повторителем напряжения 3, а частоту среза ФНЧ 4 увеличивают до 12 МГц.

В отличие от прототипа, формирование в предложенном способе с помощью парафазного усилителя блока управления парафазных напряжений гетеродина, реализация двухстороннего ограничения входного сигнала перед встречно-управляемыми полевыми транзисторами смесителя, а также увеличение до 12 МГц частоты среза фильтра нижних частот позволяет повысить помехоустойчивость приемника, улучшить его точностные характеристики и чувствительность.

Техническим результатом заявляемого технического решения (устройства) является упрощение конструкции устройства.

Заявленный технический результат достигается тем, что устройство, реализующее предлагаемый способ, включает смеситель с парой встречно-управляемых полевых транзисторов, ко входу которого подключен блок управления, а выход которого соединен с фильтром нижних частот, к входу блока управления подключен гетеродин. Причем блок управления содержит парафазный усилитель, перед смесителем включают повторитель напряжения с парой встречно-параллельных диодов-ограничителей.

Сущность изобретений, их реализуемость и возможность промышленного применения поясняются чертежами.

На Фиг. 1 представлена блок-схема на встречно-управляемых полевых транзисторах.

На Фиг. 2 представлена структурная блок-схема прямого преобразования частоты для приемников спутниковой навигации ГЛОНАСС.

Устройство прямого преобразования частоты для приемников спутниковой навигации ГЛОНАСС содержит следующие блоки:

1 - смеситель;

2 - блок управления;

3 - повторитель напряжения;

4 - фильтр нижних частот;

5 - гетеродин.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит в смесителе 1 (Фиг. 1) пару встречно-управляемых полевых транзисторов. На вход смесителя 1 (Фиг. 2) подаются сигналы управления от блока 2 управления. Блок управления 2 содержит стандартный парафазный усилитель ( не показан). На блок управления 2 поступает сигнал от блока 5 гетеродина. Перед смесителем 1 включают повторитель 3 напряжения с парой встречно-параллельных диодов-ограничителей. Выход смесителя 1 подключен к фильтру 4 нижних частот (ФНЧ). Полосу пропускания ФНЧ 4 увеличивают до 12 МГц, которая включает спектр всех литерных частот ГЛОНАСС и спектр ПСП дальномерного кода.

В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве используется парафазный усилитель в блоке управления, перед смесителем включают повторитель напряжения с парой встречно-параллельных диодов-ограничителей, что позволяет предложенному техническому решению упростить конструкцию устройства.

Работа устройства, реализующего способ, осуществляется следующим образом.

При поступлении входного сигнала на повторитель 3 напряжения происходит его двустороннее ограничение. Далее этот сигнал подается на исток встречно-управляемых полевых транзисторов смесителя 1, одновременно на затворы подаются сигналы с блока 2 управления, представляющие собой два парафазных сигнала, которые получены расщеплением сигнала, поступившего с гетеродина (гетеродинный сигнал). Далее на встречно-управляемых транзисторах смесителя 1 происходит перемножение входного сигнала и сигналов гетеродина 5. Полученные сигналы преобразуются ФНЧ 4.

В предполагаемой схеме на Фиг. 2 для приемника ГЛОНАСС ФНЧ 4 должен выделить все множество поступивших на вход литерных частот с шагом 9/10=0,5625 МГц. Все литерные частоты ГЛОНАСС укладываются в диапазон 7,875 МГц. С учетом спектра дальномерного кода ГЛОНАСС, эту величину расширяют до 12 МГц характеристикой ФНЧ 4 (для общедоступного СТ сигнала - сигнала стандартной точности).

В справочной литературе приводится множество ФНЧ 4 с частотой среза, равной примерно 12 МГц (например, микроминиатюрные ПАВ-фильтры). Неравномерность ФЧХ и АЧХ вблизи частот среза ФНЧ 4 обычно нормируется и не превышает 3 дБ.

Поскольку аналог любого ФНЧ 4 - это последовательность RC интегрирующих звеньев (или RCC звеньев), то сигнал с выхода смесителя 1 на встречно-управляемых транзисторах с частотой сложных импульсов 1602 МГц будет накапливаться на емкостях ФНЧ 4.

Ширина спектра импульсов на выходе смесителя 1 составляет 1602 МГц (по первым нулям). Частота среза ФНЧ 4 выбрана в значении 12 МГц. При этом мощность шумов в сигнале в полосе 1 Гц (спектральная плотность мощности) определяется шумовой температурой смесителя 1 и не меняется при последующих преобразованиях смеси сигнала с шумом.

В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве блок управления содержит парафазный усилитель, перед смесителем 1 включают повторитель 3 напряжения с парой встречно-параллельных диодов-ограничителей. В качестве такого повторителя 3 напряжения может быть использован эмиттерный или истоковый повторитель. Коэффициент передачи повторителя 3 напряжения по напряжению близок к единице, а по току - определяется отношением сопротивления в эмиттере (истоке), что равно 1000 Ом к волновому сопротивлению радиочастотного фильтра (РЧФ) (примерно 75 Ом), это составляет 22,5 дБ по мощности. Повторитель 3 напряжения, нагрузка которого через разделительную емкость шунтирована парой встречно-параллельных диодов, ограничивает мощные помехи в сигнале.

Перемножение входного сигнала с гетеродинным сигналом ожидаемой частоты 2·801 МГц выполняет функцию (совместно с ФНЧ 4) коррелятора в широкой полосе частот, выходной спектр которого содержит все литерные частоты ГЛОНАСС. Выходной спектр расширен до частоты среза ФНЧ 4 - 12 МГц и включает спектр дальномерного кода и частотную подставку 6,135 МГц=1602 - 2·78·10,23, где 10,23 Мгц - частота единого опорного кварцевого генератора для GPS и ГЛОНАСС. В частотную подставку также входит частота 15 кГц, обеспечивающая однозначное измерение доплеровского сдвига частоты сигнала.

Эквивалентная схема любого ФНЧ 4 может быть представлена последовательным соединением инерционных звеньев RC (или RLC). На емкостях этих звеньев происходит накопление амплитуд импульсов сигнала с выхода смесителя 1. Это накопление составляет 1602/12=133,5 раза - 21,25 дБ по напряжению (42,5 дБ по мощности).

Если учесть нормальное входное отношение S/N в 25-27 дБ, то суммарное отношение S/N на входе бинарного квантователя вычислителя приемника ГЛОНАСС может достичь 90-92 дБ. Это означает, что МШУ (малошумящий усилитель) в предлагаемый аналоговый тракт включать не требуется.

Данные способ и устройство прямого преобразования частоты можно реализовать в приемниках спутниковой навигации ГЛОНАСС.

Таким образом, существенные признаки предложенной группы изобретений позволяет повысить помехоустойчивость приемника спутниковой навигации ГЛОНАСС, улучшить точностные характеристики и чувствительность устройства, а также упростить его конструкцию.

1. Способ прямого преобразования частоты для приемников спутниковой навигации ГЛОНАСС, включающий расщепление гетеродинного сигнала на два парафазных сигнала с частотой, равной половине частоты входного сигнала, которые подают на затворы встречно-управляемых полевых транзисторов смесителя, перемножение на встречно-управляемых полевых транзисторах смесителя входного сигнала и сигналов гетеродина, преобразование полученных сигналов фильтром нижних частот, отличающийся тем, что парафазные напряжения гетеродина формируют с помощью стандартного парафазного усилителя блока управления, перед встречно-управляемыми полевыми транзисторами смесителя реализуют двухстороннее ограничение входного сигнала, а частоту среза фильтра нижних частот увеличивают до 12 МГц.

2. Устройство прямого преобразования частоты для приемников спутниковой навигации ГЛОНАСС, включающее смеситель с парой встречно-управляемых полевых транзисторов, ко входу которого подключен блок управления, а выход которого соединен с фильтром нижних частот, к входу блока управления подключен гетеродин, отличающееся тем, что блок управления содержит парафазный усилитель, перед смесителем включают повторитель напряжения с парой встречно-параллельных диодов-ограничителей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и может быть использовано для создания устройств усиления и частотной демодуляции. Достигаемый технический результат - увеличение линейного участка частотной демодуляционной характеристики и увеличение динамического диапазона.

Изобретение относится к области приема цифровых сигналов, передаваемых методом относительной фазовой модуляции (ОФМ), и может быть использовано для построения устройств демодуляции.

Изобретение относится к области передачи информации с использованием шумоподобных сигналов (ШПС) путем формирования частотно-временной матрицы (ЧВМ) ШПС, передачи частотно-временных элементов (ЧВЭ) и средств извлечения из принятых сигналов ЧВМ переданной информации.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в различных системах цифровой обработки сигналов. Технический результат заключается в повышении достоверности обнаружения фазоманипулированного сигнала за счет увеличения уровня сигнала по отношению к уровню шума на выходе устройства и оценки уровня шума для формирования порога принятия решения о наличии сигнала.

Цифровой демодулятор сигналов с частотной модуляцией относится к области радиотехники и может быть использован в устройствах приема дискретной и аналоговой информации для цифровой демодуляции сигналов с частотной модуляцией или манипуляцией (ЧМ).

Изобретение относится к области радиосвязи и радиолокации. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости приемника.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для формирования фазоманипулированных, а также фазомодулированных сигналов или их демодуляции. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости приемника.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть одновременно использовано для демодуляции и фильтрации фазомодулированных, а также фазоманипулированных сигналов.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть одновременно использовано для формирования требуемых амплитудно-манипулированных или амплитудно-модулированных сигналов, а также для демодуляции указанных типов сигналов.

Изобретение относится к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбы и может быть использовано для обеспечения амплитудной, фазовой и частотной модуляции.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для обработки сигналов при приеме частотно-модулированных сигналов. Способ демодуляции частотно-модулированных сигналов заключается в преобразовании частотно-модулированного сигнала в цифровую форму и получении двух квадратурных сигналов. Затем отсчеты квадратурных сигналов пропускают через цифровой фильтр нижних частот, вычисляют значение модуля отсчетов сигнала, при этом каждый квадратурный сигнал дополнительно пропускают через цифровой дифференцирующий фильтр, импульсная характеристика которого соответствует производной от импульсной характеристики фильтра нижних частот, отсчеты сигналов с выходов низкочастотных и дифференцирующих фильтров прореживают, значения модуля отсчетов сигнала вычисляют из прореженных отсчетов с выхода низкочастотного фильтра, после чего осуществляют сглаживающую фильтрацию модуля сигнала, прореженные реальные отсчеты с выхода низкочастотного фильтра умножают на мнимые отсчеты с выхода дифференцирующего фильтра, а мнимые отсчеты с выхода низкочастотного фильтра умножают на реальные отсчеты с выхода дифференцирующего фильтра, результаты умножения вычитают, осуществляют деление на сглаженный модуль сигнала. Способ демодуляции позволяет проводить демодуляцию частотно-модулированных сигналов при существенно меньших соотношениях сигнал/шум, а также снизить необходимую вычислительную производительность цифрового демодулятора. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для детектирования частотно-модулированных сигналов. Техническим результатом изобретения является повышение точности преобразования частоты в напряжение за счет формирования линейного участка с большой крутизной амплитудно-частотной характеристики преобразователя частотной модуляции в амплитудно-частотную посредством последовательного соединения по меньшей мере двух фильтров верхних/нижних частот второго порядка, резонансные частоты и добротности которых определяют из условия минимизации отклонения амплитудно-частотной характеристики преобразователя частотной модуляции в амплитудно-частотную модуляцию от заданной линейной характеристики преобразования частоты в напряжение в рабочей полосе частот. 2 ил.

Изобретение относится к способам демодуляции фазоманипулированных сигналов и может быть использовано в системах обнаружения или самонаведения, а также телеметрии подводных аппаратов. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости демодуляции фазоманипулированных сигналов путем осуществления полной синхронизации модуляционного сигнала с помощью инвариантных последовательностей независимых от случайности фазы принимаемого сигнала. В способе усиливают или ограничивают сигнал, осуществляют дискретизацию его по переходам через нуль, преобразуют в двоичный код и запоминают в оперативной памяти, измеряют несущую и сравнивают с пороговым уровнем. Двоичный сигнал, поступающий из оперативной памяти, подвергают декодированию в виде кода, при этом выделяют максимальный по уровню сигнал, соответствующий декодируемому коду, и вычитают его из поступающего из оперативной памяти сигнала. Полученную несущую подвергают прямому булевому преобразованию над полем Галуа GF(2n), складывают сопряженные преобразования и полученный вектор подвергают последовательно унитарному преобразованию над полем Галуа GF(2n) и преобразованию Уолша. По достижении порогового уровня определяют несущую демодулированную частоту. 3 ил., 3 табл.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при передаче дискретных сигналов по радиоканалам. Достигаемый технический результат - упрощение процесса обработки сигналов. В способе обработки сигналов с фазами 0° и 180° осуществляют фильтрацию входных демодулированных сигналов, оцифрование мгновенных значений входных сигналов, вычисление суммы модулей отсчетов единичного А1 и нулевого А0 сигналов, сравнение с порогом, принятие решения считать сигнал логичекой единицей, если А1 ≥ (А1 + А0)/2, или считать сигнал логическим нулем, если А0 < (А1 + А0)/2. 3 ил.
Наверх