Система управления использованием радиочастотного спектра, цели и задачи радиоконтроля в этой системе

•  сменные  направленные антенны открытого  применения и индикатор;

•  сменные  направленные  антенны  скрытного  применения   и  пульт управления;

 • панорамное цифровое радиоприемное устройство;  дополнительные устройства,  обеспечивающие индикацию уровня сигнала,  изменение уровня, демодуляцию и прослушивание сигнала,  а также (при необходимости)  расширение  рабочего диапазона   частот;

• устройства электропитания от автономных аккумуляторов, автомобильной бортовой сети и сети переменного тока, а также устройства  зарядки аккумуляторов,

Задача  измерения напряженности поля носимыми средствами может решаться только при  использовании измерительных антенн, требующих для своего размещения мачт или штативов, которые при  необходимости могут быть введены  в их состав.

Для сокращения номенклатуры средств, унификации и  обеспечения качественного радиомониторинга основные технические требования ко всем средствам, в том числе портативным и носимым, не должны сильно отличаться от соответствующих требований к стационарным и мобильным средствам. Исключение могут составлять, в основном, требования, связанные с массогабаритными показателями и энергопотреблением. Для реализации данного принципа одноканальные и многоканальные ЦРПУ целесообразно формировать из унифицированных модулей, размещать их в кейсах при сохранении базовых требований к ТТХ, многофункциональности и обеспечении возможности питания от различных энергоносителей (сети переменного тока, автомобильной бортовой сети и аккумуляторов). Кроме того, желательно обеспечивать полномасштабный радиомониторинг носимыми средствами при работе на временных и стационарных постах. Такой подход к разработке средств радиомониторинга позволяет облегчить взаимодействие технических средств разных семейств, обеспечивает формирование унифицированной базы данных, электрическую и информационную совместимость,

Основными параметрами носимых средств  также являются чувствительность и  точность пеленгования, кроме того, важное значение приобретают их масса и длительность работы от одного комплекта источников  питания.

Экспертные  оценки по необходимой точности определения  направления на ИРИ для носимой  аппаратуры показывает, что для практической работы достаточно иметь погрешность 10...15°. Чувствительность аппаратуры (по полю) определяет размер зоны действия, что подчас влияет на безопасность проведения операции. С этой же целью  следует признать необходимым наличие  возможности скрытного использования  аппаратуры. Чувствительность (по полю) современных ручных пеленгаторов открытого  использования для диапазона 25...3000 МГц лежит в пределах 20...100 мкВ/м. Это, по мнению экспертов из силовых ведомств, позволяет решать большинство задач. Масса рабочего комплекта не должна превышать 5...10 кг, а время работы от одного комплекта источников должна быть не меньше трех-пяти   часов.

 

4.1.6 Заключительные замечания

В данной главе приведена классификация  технических средств АРМ по зоне территориального охвата, по характеру  использования, по характеру выполняемых  функций, по производительности оборудования и конструктивным ограничениям. Признано целесообразным разбиение номенклатуры средств на следующие семейства:

•  стационарные средства;

•  мобильные  средства;

•  портативные  средства;

•  носимые  средства для скрытного и открытого  использования, При   наличии  государственных сертификатов  и  дополнительного

оборудования  средства АРМ могут быть использованы для задач измерений и исследований ПЭМИН.

В главе  показана рациональность подхода, при  котором в каждом семействе имеется  базовое средство АРМ, возможности  которого могут быть расширены дополнительными  устройствами, общими для всех семейств. Для сокращения состава средств  АРМ необходимо использовать программируемые  блоки цифровой обработки сигналов, рационально распределять задачи между  аппаратными и программными средствами. Желательна унификация программных  пакетов СМО, использование одинаковой структуры и формата данных для  достижения возможности использования  одного и того же пакета (с различными драйверами) во всех семействах средств  АРМ.

Предложен унифицированный набор аппаратно-программных  средств,   включающий:

•  одноканальный  или многоканальный преобразователь  сигналов;

•  одноканальный  или двухканальный блок аналого-цифровой обработки;

•  многоканальную аппаратуру цифровой записи радиосигналов  в полосе одновременного анализа;

•  аппаратуру технического анализа сигналов в  реальном времени и в режиме отложенной обработки;

•  блок цифровых демодуляторов;

•  аппаратуру записи демодулированных сигналов одновременно со служебными сигналами,

•  аппаратуру привязки средства к географическим координатам;

•  блок электропитания;

•  СМО  для решения задач, подходящее для всех семейств.

В качестве обобщенного показателя оценки средств  АРМ наиболее подходит критерий «эффективность — стоимость», при этом эффективность  средства лучше всего характеризует  вероятность выполнения соответствующей  задачи радиомониторинга за фиксированный интервал времени при условии наличия существенных для данного средства дополнительных параметров.

 

Лекция №5

 

5. Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга [2]

 

5.1 Назначение, структурная схема и области применения

Радиоприемным устройством называют систему взаимосвязанных  узлов, с помощью которых происходит извлечение энергии электромагнитного  поля, селекция, усиление и преобразование радиосигналов с целью получения  заложенной в них информации. Структурная  схема радиоприемного устройства (РПУ) показана на рис. 5.1.

Приемная  антенна выполняет первую основную функцию радиоприемного устройства — извлекает энергию электромагнитного  поля и преобразует ее в электрический  сигнал. Радиоприемник осуществляет вторую основную функцию радиоприемного устройства — выделяет и преобразует  электрический сигнал, полученный от антенны, усиливает его. Это преобразование выполняется так, чтобы обеспечить нормальную работу оконечного устройства, которое выполняет третью основную функцию радиоприемного устройства — извлечение из принятого сигнала  полезной информации,

Первое  в мире радиоприемное устройство было создано Александром Степановичем Поповым и продемонстрировано им на заседании физического отделения  Русского физико-химического общества 25 апреля (7 мая) 1895 г. На этом заседании он осуществил первый в мире сеанс радиосвязи на расстоянии 30 сажен (64 м).

Радиоприемные устройства, в свою очередь, являются элементами более сложных систем связи, радиовещания, телевидения, радионавигации, радиолокации, радиопеленгации, радиомониторинга, радиоуправления и т.д.

 

 

Рис. 5.1. Структурная схема радиоприемного устройства

 

В настоящее  время наиболее известными видами РПУ  являются приемники прямого усиления и супергетеродинный приемник. Структурные  схемы этих приемников различаются  построением тракта радиочастоты.

5.2 Приемник прямого  усиления

В приемниках прямого усиления (рис. 5.2) тракт радиочастоты содержит входную цепь и усилитель радиочастоты (УРЧ). В этом случае все резонансные цепи настроены на частоту принимаемого радиосигнала fс, на которой и осуществляется додетекторное усиление. Из приемной антенны сигнал и помехи поступают во входную цепь, назначение которой — согласование выхода антенны с УРЧ, который обеспечивает основную частотную селекцию и додетекторное усиление сигналов, Резонансные контуры УРЧ перестраиваются в пределах диапазона рабочих частот. Так как обычно необходимы высокие селективность и усиление (коэффициент усиления УРЧ может быть порядка 10⁶ .. .10⁷), может потребоваться несколько усилительных каскадов и резонансных контуров. Синхронная перестройка по частоте всех этих блоков является непростой задачей. В диапазоне СВЧ технически трудно согласовать полосы пропускания приемника с шириной спектра полезного сигнала для фильтрации от помех, несовпадающих по частоте с сигналом.

 

Рис. 5.2. Структурная схема приемника прямого усиления

 

Из-за конструктивной сложности реализации перестройки  число контуров редко бывает больше трех-четырех. При этом усилитель на радиочастоте fс может оказаться неустойчивым, а его селективность недостаточной, так как полоса пропускания колебательного контура П с добротностью Q связана с его резонансной частотой f₀=f_с соотношением:

П = f₀ / Q                            (5.1)

При переменной настройке селективность и коэффициент  усиления изменяются (с увеличением fс полоса П расширяется и, следовательно, селективность уменьшается). Детектор или демодулятор выделяет сообщение из сигнала. Усилитель низких частот усиливает сигнал сообщения до уровня, необходимого для нормальной работы оконечного устройства.  

Преимуществами  приемников прямого усиления являются простота и относительно низкий уровень собственных шумов.

Детекторный приемник — простейшее РПУ прямого  усиления, имеющее минимальное число  функциональных узлов, необходимых  для приема сигналов: антенну, избирательная  цепь, детектор и оконечное устройство. Поскольку в этом приемнике отсутствуют  усилительные элементы, помехоустойчивость и качество приема низки. Такие приемники  ограниченно используются в СВЧ  и оптическом диапазоне.

Рефлексный  приемник является одной из разновидностей приемника прямого усиления, в  котором один и тот же усилитель  используется одновременно для додетекторного и поеледетекторного усиления. Основная идея рефлексного приемника состоит в том, что вначале активный элемент усиливает сигнал радиочастоты, который детектируется и уже как сигнал звуковой частоты подается на вход того же усилителя, Для уменьшения числа усилительных каскадов и упрощения конструкции в приемниках прямого усиления в прошлом широко использовали регенеративные и сверхрегенеративные усилители. В регенеративных приемниках за счет положительной обратной связи в резонансный контур вносится отрицательное сопротивление, частично компенсирующее потери в нем, что увеличивает эквивалентную добротность контура и коэффициент усиления. Однако такие приемники обладают невысокой устойчивостью, так как работают в режиме, близком к самовозбуждению. При этом возможно проникновение генерируемых колебаний в антенну, а их излучение ведет к усилению помех другим приемникам, что крайне нежелательно с точки зрения электромагнитной совместимости  (ЭМС).

Сверхрегенеративный приемник — это РПУ прямого  усиления, содержащий каскад усиления с мягким контролируемым самовозбуждением. В сверхрегенеративном приемнике  положительная обратная связь с  УРЧ периодически изменяется с некоторой  вспомогательной частотой, значительно  превышающей частоту модуляции  сигнала. При этом в течение части  периода вносимое сопротивление  становится отрицательным, и в колебательном  контуре возбуждаются колебания. В  течение следующей части периода  происходит срыв колебаний. Амплитуды  этих колебаний превышают амплитуду  принимаемых сигналов в 104 раз и  более. Их интенсивность пропорциональна  действующим на колебательный контур принимаемым сигналам, т.е. генерируемые колебания, в сущности, являются усиленными сигналами. Сверхрегенеративные приемники  имеют несколько лучшую устойчивость, чем регенеративные приемники. Их достоинством является высокая чувствительность при простой электрической схеме. Сверхрегенеративному приемнику свойственны  искажения сигналов и интенсивные  паразитные излучения, что не отвечает требованиям ЭМС.

В супергетеродинном  приемнике осуществляется преобразование частоты радиосигнала — линейный перенос спектра принятого сигнала в область, удобную для обработки. Приемники такого типа получили наибольшее распространение. Особенностью супергетеродинного радиоприемного устройства, отличающей его от приемника прямого усиления, является наличие в нем специального каскада для преобразования частоты. Структурная схема приемника приведена на рис. 5.3.

 

 

Рис. 5.3. Структурная схема супергетеродинного приемника

 

Линейный  тракт приема содержит относительно широкополосный перестраиваемый преселектор, работающий на частоте сигнала fс, и тракт промежуточной частоты (ПЧ), который работает на фиксированной частоте fпч с полосой пропускания, соответствующей спектру сигнала.

Преселектор, который состоит из входной цепи и УРЧ, обеспечивает предварительное усиление, необходимое для выделения сигнала, и избирательность приемника по побочным каналам приема, главным образом по зеркальному каналу.

Преобразователь частоты — узел, осуществляющий преобразование частоты и состоящий  из гетеродина и смесителя. В этом каскаде колебания высокой частоты  преобразуются в колебания другой также достаточно высокой ПЧ, которая  для любой частоты принимаемого сигнала остается неизменной. В результате преобразования осуществляется линейный перенос спектра принимаемого сигнала  из одной области частотного диапазона  в другую, обычно в область более  низких  частот.

Супергетеродинный приемник в отличие от приемника  прямого усиления имеет следующие  преимущества: высокие избирательность  и чувствительность, постоянство  избирательности и чувствительности по диапазону и  повышенную устойчивость,

Высокая избирательность супергетеродинного РПУ обеспечивается фильтрацией на пониженной ПЧ. Как известно, избирательность зависит от относительной расстройки Δf/f₀, которая при неизменной абсолютной расстройке Δf с понижением частоты возрастает. Поэтому избирательные свойства колебательных систем улучшаются. Высокая чувствительность супергетеродинного РПУ также является результатом понижения частоты, так как усилитель ПЧ может иметь довольно большое устойчивое усиление.

Постоянство чувствительности и избирательности  по диапазону объясняется неизменностью  ПЧ, вследствие чего усилительные и  избирательные свойства сохраняются  почти без изменений для любой  частоты принимаемого сигнала.

Повышенная  устойчивость супергетеродинного РПУ  обеспечивается в результате распределения  усиления по различным трактам частот — высокой и промежуточной. Сокращение числа каскадов, работающих на одной  частоте, уменьшает опасность самовозбуждения  усилителей за счет обратных связей,