Способ передачи телеметрической и видеоинформации с частотно-временным уплотнением радиоканала и аналого-цифровым методом частотной (фазовой) модуляции несущей частоты и устройство для его осуществления

Изобретение относится к передаче телеметрической и видеоинформации. Технический результат заключается в обеспечении передачи видеоизображения процессов в полосе частот используемого радиоканала. В способе и устройстве формируют для каждой информации синхронный поток, в каждом из которых по тактовой частоте осуществляют разделение каналов во времени со скважностью Q=2, при этом каждый поток отделен от соседнего по несущей частоте на частотный интервал, равный F_так×n, и сдвинут по времени на половину такта. Высокочастотный сигнал видеоинформации подвергается временной дискретизации, снижая разрешение и частоту кадров. Уплотненные потоки телеметрической и видеоинформации передаются по радиоканалу. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к системам радиотелеметрии, в частности к системам передачи телеметрической информации в космической отрасли.

Известен способ передачи телеметрической информации [1], основанный на формировании сигналов, пропорциональных изменению физических значений, сравнении этих сигналов с калибровочной шкалой, формировании разностных сигналов и передаче информации на приемную станцию.

Недостатком этого способа являются ограниченное число каналов при используемой полосе радиочастот и малые функциональные возможности при передаче информации о процессах.

Известен способ приема радиосигналов, излучаемых по принципу частотно-временной матрицы, в частности, для сигналов с побитовой ППРЧ и случайной двоичной частотной модуляцией, когда кодовые символы 0 и 1 выбираются независимо друг от друга во всей полосе частот Δf_общ, т.е. когда в одно и то же время передается М символов на различных частотах, используется многоканальное приемное устройство, число приемников в котором определяется числом М частотных позиций радиосигнала [2].

Однако реализация таких способа и устройства в телеметрии потребовала бы использования неоправданно большой полосы частот в эфире и применения М приемных трактов, что сложно и дорого. Также невозможно передать видеоинформацию о процессах на удаленном от земли объекте наблюдения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемым способу передачи телеметрической и видеоинформации и устройству для его осуществления является способ передачи телеметрической информации с частотно-временным уплотнением радиоканала и аналого-цифровым методом модуляции несущей частоты и устройство для его осуществления [3], при которых передача информации производится по N (где N=2, 4, 8, …) синхронным потокам, в каждом из которых на тактовой частоте F_так осуществляется разделение каналов во времени со скважностью Q=2; при этом каждый поток отделен от соседнего по несущей частоте на частотный интервал, равный Δfp=F_так×n (где n=5, 6, 7, …), и сдвинут по времени на половину такта $$\tau =\frac{1}{2F_{так}}$$ .

Устройство, реализующее этот способ, содержит: генератор тактовых частот; делитель частоты; формирователь маркерного импульса; фазовый детектор; частотный модулятор; управляемый генератор; усилитель мощности; опорный генератор несущих частот; коммутаторы; сумматор; формирователь частотной «подставки».

Недостатком этого технического решения является то, что оно не позволяет передать видеоизображение в полосе частот используемого радиоканала без значительного расширения числа каналов и усложнения аппаратуры.

Ожидаемым техническим результатом способа и устройства передачи телеметрической и видеоинформации с частотно-временным уплотнением радиоканала является обеспечение передачи телеметрической и видеоинформации в полосе частот используемого радиоканала без увеличения количества каналов.

Для этого в способе передачи телеметрической и видеоинформации с частотно-временным уплотнением радиоканала и аналого-цифровым методом частотной (фазовой) модуляции несущей частоты N (где N=2, 4, 8…) синхронными видеопотоками, в каждом из которых на тактовой частоте F_так осуществляется разделение каналов во времени со скважностью Q=2, при этом каждый поток разнесен от соседнего по несущей частоте на частотный интервал Δfp=F_так×n (где n=5, 6, 7…) и сдвинут по времени на половину такта , высокочастотный сигнал видеоинформации повергают временной дискретизации, снижая разрешение и частоту кадров, генерируют маркерные видеоимпульсы, затем из полученных сигналов формируют один из синхронных потоков, который уплотняют с потоком телеметрической информации и передают по радиоканалу.

Кроме того, в устройство для осуществления способа, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых частот, делитель частоты, формирователь маркерного импульса, фазовый детектор, частотный модулятор, управляемый генератор и усилитель мощности, опорный генератор несущих частот, выход которого подключен ко второму входу фазового детектора, к третьему входу которого подключен второй выход управляемого генератора, первый коммутатор, вход которого подключен ко второму выходу генератора тактовых частот, сумматор, включенный между выходом первого коммутатора и вторым входом частотного модулятора, второй коммутатор, включенный между третьим выходом генератора тактовых частот и вторым входом сумматора, формирователь частотной «подставки», включенный между третьим выходом генератора тактовых частот и третьим входом частотного модулятора, введены последовательно соединенные видеокамера, селектор видеосинхроимпульсов и формирователь видеомаркера, подключенный выходом ко второму входу второго коммутатора, дискретизатор видеоинформации, включенный между третьим выходом генератора тактовых частот и третьим входом второго коммутатора, выход видеокамеры соединен со вторым входом дискретизатора видеоинформации, третий вход которого соединен с первым входом формирователя видеомаркера, второй вход которого соединен с первым входом второго коммутатора.

Совместное функционирование потоков телеметрической и видеоинформации рассмотрим на примере двухпоточного (N=2) радиоканала.

На фиг. 1 приведена структура сигналов однопоточной телеметрической системы, используемая для формирования двухпоточного сигнала, в том числе:

а) сигналы на входе частотного модулятора однопоточного передатчика;

б) импульсы, запирающие выходной каскад передатчика и обеспечивающие излучение сигналов в эфир со скважностью Q=2;

в) радиоимпульсы на выходе передатчика.

На фиг. 2 приведена структура сигналов второго потока с дискретизированной видеоинформацией, используемая для формирования двухпоточного сигнала, в том числе:

а) сигналы видеоинформации на входе частотного модулятора однопоточного передатчика;

б) импульсы, запирающие выходной каскад передатчика и обеспечивающие излучение сигналов в эфир со скважностью Q=2;

в) радиоимпульсы на выходе передатчика.

На фиг. 3 приведена структура двухпоточного радиосигнала.

На фиг. 4 приведена блок-схема устройства формирования совместного потока телеметрической и видеоинформации.

В однопоточном передатчике измерительная информация, полученная от датчиков, передается методом частотной или фазовой модуляции несущей частоты в аналоговой или цифровой форме (модуляция АИМ/КИМ - ЧМ (ФМ)), где АИМ - амплитудно-импульсная модуляция, КИМ - кодоимпульсная модуляция. При переходе к двухпоточной радиолинии (метод модуляции несущей каждого потока сохраняется прежним) в паузах однопоточной fп1 радиолинии (фиг. 3) размещается второй поток fп2, работающий на той же тактовой частоте F_так, что и первый поток. Для обеспечения приема этих потоков без взаимовлияния несущие частоты обоих потоков разносятся на частотный интервал Δfp=F_так×n (где n=5, 6, 7 … - целое число, определяемое экспериментально по минимуму допустимого взаимовлияния между потоками при минимальном частотном разносе).

Первый поток представляет собой последовательно скоммутированные сигналы от измерительных датчиков и служебные сигналы (маркерный импульс, калибровка). Для согласования полосы радиоканала, пропускной способности тракта передатчик-приемник и аппаратных возможностей сигналы с видеокамеры подвергают временной дискретизации, заключающейся в снижении частоты кадров и разрешения изображения, формируют маркерный видеоимпульс. Затем из полученных после дискретизации сигналов и маркерного видеоимпульса формируют второй поток.

Устройство для осуществления способа содержит генератор тактовых частот (1), делитель частоты (2), формирователь маркерного импульса (3), фазовый детектор (4), частотный модулятор (5), управляемый генератор (6), усилитель мощности (7), опорный генератор несущих частот (8), первый коммутатор (9), сумматор (10), второй коммутатор (11), формирователь частотной «подставки» (12), видеокамера (13), селектор видеосинхроимпульсов (14), формирователь видеомаркера (15), дискретизатор видеоинформации (16).

Устройство работает следующим образом: коммутатор (9) осуществляет сбор измерительной информации от датчиков, коммутатор (11) осуществляет прием видеоинформации от видеокамеры (13). Оба коммутатора (9, 11) синхронизируются от одного генератора тактовых частот (1), работающего на частоте F_так. Высокочастотная и высокоинформативная видеоинформация поступает на селектор видеосинхроимпульсов (14), в котором выделяются синхронизирующие импульсы, и на дискретизатор видеоинформации (16). Видеоинформация при помощи F_так и синхронизирующих импульсов оптимизируется под допустимую информативность (J) радиоканала, согласно соотношению J=P×H×G×K,

где Р - количество пикселей в строке видеокадра,

Н - количество строк в видеокадре,

G - количество кадров,

K - число информационных каналов в потоке.

Для привязки к началу видеоинформации формирователь видеомаркера (15) создает сигнал видеомаркера. Далее информация через сумматор (10) подается на вход частотного модулятора (5). На другой вход частотного модулятора (5) с выхода формирователя частотной «подставки» (12) поступает управляющее двухуровневое напряжение частотой 2×F_так, которое обеспечивает скачкообразные изменения частоты частотного модулятора (5) и «раздвижку» по частоте потоков 1 и 2 на частотный разнос Δfp=F_так×n, при этом скачок частоты происходит без разрыва фазы несущего колебания.

Кольцо фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) - блоки (4), (5), (6), (7) - обеспечивает подстройку несущей частоты потока по уровню маркерного импульса, значение которого соответствует середине измерительной шкалы потока и номинальному значению несущей частоты излучаемого сигнала. Работа ФАПЧ обеспечивает привязку несущих частот потоков 1, 2 между собой и к частоте опорного генератора (8).

Источники изобретения

1. Патент РФ №2313816, 2004.

2. А.с. №938417, 1982.

3. Патент РФ №2236754. 2004.

1. Способ передачи информации с частотно-временным уплотнением радиоканала и аналого-цифровым методом модуляции несущей частоты N (где N=2, 4, 8…) синхронными видеопотоками, в каждом из которых на тактовой частоте F_так осуществляется разделение каналов во времени со скважностью Q=2, при этом каждый поток разнесен от соседнего по несущей частоте на частотный интервал Δfp=F_так×n (где n=5, 6, 7…) и сдвинут по времени на половину такта $$\tau =\frac{1}{2F_{так}}$$ , отличающийся тем, что высокочастотный сигнал видеоинформации подвергают временной дискретизации с использованием дискретизатора видеоинформации и выделенных видео синхроимпульсов для формирования видеоинформации при помощи генератора тактовой частоты F_так, для оптимизации видеоинформации под допустимую информативность (J) радиоканала таким образом, чтобы выполнялось соотношение J=P×H×G×K, где Р - количество пикселей в строке видеокадра, Н - количество строк в видеокадре, G - количество кадров, К - число информационных каналов в потоке; генерируют маркерные видеоимпульсы, затем из полученных сигналов формируют один из синхронных потоков, который уплотняют с потоком телеметрической информации и передают по радиоканалу.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых частот (1), делитель частоты (2), формирователь маркерного импульса (3), фазовый детектор (4), частотный модулятор (5), управляемый генератор (6) и усилитель мощности (7), опорный генератор несущих частот (8), выход которого подключен ко второму входу фазового детектора (4), к третьему входу которого подключен второй выход управляемого генератора (6), первый коммутатор (9), вход которого подключен ко второму выходу генератора тактовых частот (1), сумматор (10), включенный между выходом первого коммутатора (9) и вторым входом частотного модулятора (5), второй коммутатор (11), включенный между третьим выходом генератора тактовых частот (1) и вторым входом сумматора (10), формирователь частотной «подставки» (12), включенный между третьим выходом генератора тактовых частот (1) и третьим входом частотного модулятора (5), отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные видеокамера (13), селектор видеосинхроимпульсов (14) и формирователь видеомаркера (15), подключенный выходом ко второму входу второго коммутатора (11), дискретизатор видеоинформации (16), включенный между третьим выходом генератора тактовых частот (1) и третьим входом второго коммутатора (11), выход видеокамеры (13) соединен со вторым входом дискретизатора видеоинформации (16), третий вход которого соединен с первым входом формирователя видеомаркера (15), второй вход которого соединен с первым входом второго коммутатора (11).