ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ ПРИБОРОВ НЕЛИНЕЙНОЙ ЛОКАЦИИ

PERSPECTIVE DIRECTION OF DEVELOPMENT DEVICES OF NONLINEAR LOCATION

Yauhen Yermashkevich

master of Engineering Science, Post-Graduate Student Vitebsk State University

Belarus, Vitebsk

АННОТАЦИЯ

В статье приведено краткое описание перспективного направления приборов нелинейной локации, которые будут использовать цифровое модулирование зондирующего сигнала кодом Голда. Рассмотрены основные блоки перспективного нелинейного локатора и требования к ним. Использование рассмотренного направления окажет положительное влияние на развитие отрасли по производству нелинейных локаторов и в результате позволит не только обнаруживать и классифицировать нелинейные элементы, но и качественно локализовать их.

ABSTRACT

The article gives a brief description of the prospective direction of nonlinear location devices that will use the digital modulation of the probing signal by the Gold code. The main blocks of the prospective nonlinear locator and their requirements are considered. The use of this direction will have a positive impact on the development of the industry in the production of nonlinear locators and as a result will allow not only to detect and classify nonlinear elements, but also to qualitatively localize them.

Ключевые слова: приборы нелинейной локации; Коды Голда; локализация, GPS.

Keywords: nonlinear location devices; Gold code; localization, GPS.

Существующий класс приборов нелинейной локации (ПНЛ) полупроводниковых элементов разрабатывался на основе аналоговых методов приёма и обработки радиооткликов от искусственных и естественных контактных переходов, при облучении непрерывным либо импульсным зондирующим сигналом, редко имеющим даже аналоговую модуляцию [2; 1].

Не смотря на значительные достижения в этой области, развитие аналоговых приборов подошло к теоретическому пределу технических возможностей определения типа перехода и его точного местоположения.

Развитие передачи и приёма радиосигналов цифровой модуляции, появление прецизионных микросхем обработки цифрового сигнала, сравнительно низкой стоимости позволяет направить развитие ПНЛ на новый уровень.

Применение в передающем узле зондирующего сигнала микросхем цифрового модулирования позволит получить в режиме импульсного зондирования плотный спектр основной несущей с подавлением кратных гармоник, что резко повысит энергетическое воздействие на исследуемые элементы и позволит экономить энергетические ресурсы ПНЛ.

Мной было проведено исследование возможности использования в качестве модуляции зондирующего сигнала двоичной фазовой манипуляции (BPSK) и оказалось, что сигнал модулированный BPSK переотражается от искусственного нелинейного элемента (им выступал диод HFA08TB60) без существенных изменений, в случае же естественного нелинейного элемента, быстро возрастал коэффициент ошибок BER. Далее мной был поставлен вопрос о кодировании зондирующего сигнала каким-либо помехозащищённым кодом, в его качестве в перспективном ПНЛ предлагается использовать код Голда, он доказал свою эффективность при использовании в системах геолокации GPS.

Модулирование зондирующего импульса математическим алгоритмом – последовательностью Голда – позволит точно локализовать в пространстве положение переходов по откликам второй и третьей гармоник, так как он имеет узкий пик автокорреляционной функции, график его автокорреляционной функции ниже:

Рисунок 1. Корреляционные свойства кода Голда [3]

Измерение параметра ВЕR позволит с большой долей вероятности отличить искусственные и естественные переходы. Модулирование зондирующего импульса уникальным кодом позволит максимально точно отстроиться от окружающих помех.

Рассмотрим далее блок-схему перспективного ПНЛ.

Рисунок 2. Укрупнённая блок – схема перспективного ПНЛ.

Блок – схема ПНЛ представляет собой законченную конструкцию и состоит из:

1. Приёмопередающей антенны.

2. Выходного каскада передатчика зондирующего импульса.

3. Приемника цифрового модулированного сигнала второй гармоники.

4. Приемника цифрового модулированного сигнала третьей гармоники.

5. Синтезированного генератора – цифрового модулятора.

6. Процессорного блока управления и обработки.

7. Ручки управления ПНЛ.

8. Дисплея отображения информации.

Современная тенденция развития ПНЛ идёт по пути развития математических методов обработки излучаемых и принимаемых сигналов. Поэтому блок управления и обработки является доминирующим, по сравнению с ПНЛ предыдущего поколения.

Основная задача блока обработки и управления (БОУ)- синтезировать зондирующий импульс, используя современные математические методы цифровой обработки: с помощью преобразования Найквиста – получать «плотный» спектральный импульс первой гармоники, используя последовательность Голда – повышать уровень селекции полезного отклика, не достижимой в аналоговом приёме и синтезировать пространственное положение переходов, математической обработкой времени задержки фазы отражённого сигнала.

Выше перечисленные возможности потребуют больших вычислительных мощностей. Поэтому «сердцем» современного ПНЛ является БОУ. Остальные составляющие ПНЛ как – бы уходят на второй план.

Однако это не исключает детальной проработки и модернизации всех остальных узлов ПНЛ. Ведь, в конечном счёте, от качества работы всех узлов зависит должная работа устройства.

Синтезированные генераторы успешно используются в ПНЛ благодаря большому числу интегральных решений, предоставляемыми разработчиками микросхем. Последующая обработка сигнала синтезированного генератора: усиление и импульсная модуляция- происходили в выходном усилителе и после фильтра режекции второй и третьей гармоник подавались на передающую антенну.

Однако цифровой метод обработки излучающего сигнала накладывает дополнительные условия на реализацию устройства. Задающий сигнал генератора необходимо модулировать в фазовом модуляторе. Величина погрешности изменения фазы сигнала должна быть очень маленькой и обладать высокой стабильностью, хотя–бы в период измерения временных сдвигов отражённого сигнала.

Современная интегральная база уже имеет микросхемы, удовлетворяющие этим требованиям; и дело разработчика- правильно реализовать возможности существующей элементной базы.

Практические эксперименты и исследования могут подтвердить правильность направления развития ПНЛ.

К предварительным и основным усилителям зондирующего сигнала так – же предъявляются повышенные требования. Это более высокий динамический диапазон, с сохранением высокой линейности тракта, линейная характеристика времени группового запаздывания иотсутствие резких фазовых «изломов» внутри полосы пропускания сигнала.

Современная схемотехника приёмников цифрового сигнала в основном строится с так называемой нулевой промежуточной частотой. Это построение нивелирует такой эффект, как канал зеркального паразитного приёма. На демодулятор и гетеродин приёмника накладываются жёсткие требования по погрешности детектирования фазовой модуляции во временном и температурном участках. От точности детектирования фазы принимаемого сигналазависят технические параметры ПНЛ в целом.

Антенные системы ПНЛ в основном, за исключением дорогих многодиапазонных моделей, исполняются в печатном варианте. Основная задача передающей антенны сформировать «плотный» лепесток излучения в направлении зондирования и по возможности обладать малым уровнем боковых и особенно задних лепестков. Проектирование передающей антенны для ПНЛ это непростая задача, так – как габариты устройства и его геометрия не всегда согласуются с длинами волн передающихся и принимающихся сигналов.

Основные требования к приёмным антеннам: хорошее согласование входа приёмного устройства с окружающим пространством в полосе приёма и минимизация уровня наведённой ЭДС от передающей антенны. На втором месте – уменьшение шумовой температуры. Правда это достигается усложнением, увеличением габаритных размеров и удорожанием ПНЛ.

После математического анализа и обработки, полученная информация выводится на дисплей. Так как основная масса пользователей ПНЛ знакома только с азами радиотехники, то информация, представленная на дисплее должна содержать минимум цифровой и максимум графической составляющей.

К примеру:

1. Уровни принимаемых откликов и уровень выходной мощности зондирующего импульса могут отображаться цветными вертикальными или горизонтальными столбиками меняющейся длинны.

2. Величины «BER» могут воспроизводиться в виде круговых диаграмм с изменением величины секторов другого цвета.

3. Включение непрерывной или импульсной генерации зондирующего сигнала сопровождается появлением яркой мигающей или непрерывно горящей окружности малого диаметра и т.д.

Для продвинутых пользователей интерес представит спектральный сигнал в непрерывном излучении зондирующего импульса. На этом поле можно ввести больший объём цифровой информации исследуемого сигнала и состояния измерительного тракта. После небольшой тренировки на известных работающих устройствах, пользователь с большой долей уверенности будет отличать типичные работающие электронные приборы (приёмопередатчики Wi – Fi, офисные АТС, сотовые телефоны, компьютерную периферию и т. д.). Дополнительным подспорьем окажется одновременное прослушивание анализируемых устройств через звуковой канал приёма.Всё это в комплексе позволит идентифицировать найденный объект.

Ручка управления должна иметь интуитивно понятный интерфейс управления и содержать минимум органов регулировки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной статье рассмотрено перспективное направление развития приборов нелинейной локации, описаны преимущества и требования, переделяемые к ним. Основная идея- использовать цифровое модулирование зондирующего сигнала кодом Года с дополнительной фильтрацией фильтром Нейквиста в нелинейном локаторе, что позволит сузить спектр, а также точно локализовать и классифицировать искусственные нелинейные элементы.

В данный момент мной производится разработка локатора, основанного на принципах, изложенных выше.

Список литературы:

1. Вернигоров Н.С. Принцип обнаружения объектов нелинейным локатором // Конфидент. – 1998. – С. 65-70.
2. Джонс Т.Х. Обзор технологии нелинейной локации [Электронный ресурс] / // РЕЙКОМ ГРУПП – Режим доступа: http://www.reicom.ru/uploads/manuals/manuals-rei/article_orion.pdf (дата обращения: 04.04.2017).
3. Correlators [Электронный ресурс]// Navipedia. – Режим доступа: http://www.navipedia.net/index.php/Correlators (дата обращения: 04.04.2017).