Окб астрон
Скачать 345.96 Kb.
|
| ОКБ АСТРОН г. Лыткарино, www.ASTROHN.ru Прямой диодный приемник Отраженный сигнал модулирован по фазе или частоте. Обнаружение этой модуляции невозможно или чрезвычайно затруднено при использовании обычной техники приема ЧМ (частотно-модулированного) или ФМ (фазомодулированного) сигнала. Для обнаружения сигнала, фазомодулированного с частотой 0,2 Гц, например, на частоте 10 ГГц, с точностью до 0,2  0,02 Гц, понадобились бы синхронизированные генераторы с кратковременной стабильностью, характеризуемой отклонениями менее 10-12. Это представляется недостижимым с технической точки зрения.Поэтому необходимо было найти способ прямого обнаружения модуляции принятого сигнала. Для этой цели подходят, например, элементы с очень широкими квадратичными характеристиками, например полевые транзисторы, элементы с экспоненциальными характеристиками, аппроксимируемые по частям как квадратичные, а также диоды и транзисторы, если теперь в качестве принимаемого напряжения прикладывается сумма двух частот, то возникают члены более высокого порядка. Если есть квадратичный член, то кроме выпрямленного тока также возникают разностные частоты. Поэтому для демодуляции фазомодулированного сигнала, который отражается от обнаруживаемого человека, можно использовать даже обычный выпрямитель, несмотря на очень высокие требования к частотным характеристикам. Этот фазомодулированный сигнал накладывается на нелинейную характеристику, что вызывает возникновение токов, пропорциональных частоте фазовой модуляции  и ее кратным значениям k . Форма кривой модуляции не сохраняется с учетом принципа демодуляции, но было обнаружено, что эти изменения в форме кривой не критичны для большинства применений согласно изобретению, в которых достаточно обнаружения модуляции.Отношение сигнал-шум определяет уровень чувствительности при прямом обнаружении. Для частоты дыхания были получены значения S/N выше 46 дБ, а для частоты сердцебиения - значение 26 дБ на расстоянии 3 м и при мощности генератора около 5 мВт. Если предположить, что сердце излучает сферические волны, то между мощностью передачи и приема существует зависимость, обратно пропорциональная второй степени расстояния. Следовательно, для отношений амплитуд частоты дыхания UA к шуму можно оценить, что граница приема при мощности передачи 1 Вт соответствует примерно 50 м для сердцебиения и 160 м для дыхания. Антенны с малошумящими элементами с более высоким усилением могут в соответствии с изобретением соответственно увеличивать эти значения. Это значит, что приемлемые принимаемые сигналы можно ожидать при определении местоположения даже при наличии слоя земли толщиной в несколько метров. Идеальным с точки зрения тока насыщения 10 и температурного потенциала диодом является мощный кремниевый диод марки 1N4004, применение которого в качестве выпрямителя, однако, ограничено высокими частотами из-за высокой барьерной емкости. За ним следует кремниевый диод марки 1N4148 для малых сигналов, затем кремниевый диод Шотки BAT46 и, наконец, два германиевых диода AA116 и AA144. Патент предоставлен ОКБ АСТРОН г. Лыткарино, www.ASTROHN.ru Диодный прямой приемник был соответственно настроен на частоты 440 МГц, 1,3 ГГц, 2,4 ГГц, 5,6 ГГц и 10 ГГц. Для четырех из пяти частот были разработаны следующие приемные антенны для прямого диодного приемника: 440 МГц: полуволновой симметричный вибратор с v = 0,940, z = 60,5 и BAT 461,3 ГГц: полуволновой симметричный вибратор с v = 0,906, z = 57,4 и BAT 462,4 ГГц: полуволновой симметричный вибратор с v = 0,940, z = 60,5 и BAT 465,6 ГГц: волновой многопроводной триадический симметричный вибратор с v = 0,73, z = 140 и BAT 46.Было обнаружено, что в таком приемнике уровень чувствительности сильно снижается по сравнению с приемником на 2,4 ГГц. При 10 ГГц уже не было возможности обнаруживать полезное напряжение, поэтому пришлось отказаться от создания диодного прямого приемника на частоте 10 ГГц. Другие имеющиеся диоды не проявили полезного выпрямительного эффекта на таких высоких частотах. Поскольку специалисты могут счесть сигналы, предусмотренные для использования, как находящиеся ниже уровня измерений, следует уделить особое внимание используемым типам антенн. Антенны Необходимо обеспечить максимально возможное защитное действие антенны в заднем полупространстве для локации, чтобы не принимать сигналы помимо главного направления излучения. По этой причине боковые лепестки должны иметь минимальный уровень. Поэтому диаграмма излучения в целом должна иметь как можно более узкий главный лепесток и не содержать боковых лепестков. Входной импеданс антенн может и должен быть так согласован, согласно изобретению с реальными или комплексными импедансами, чтобы обеспечивать согласование по мощности для передатчиков и согласование по шуму для приемников. Однако одновременное выполнение этих требований за счет конструкции антенны невозможно. Все используемые антенны являются антеннами осевого излучения, так как двухзеркальные антенны с аналогичными размерами всегда имеют худшее защитное действие в заднем полупространстве, так как волноводная структура должна возбуждаться в направлении назад. Антенны должны быть максимально широкополосными, чтобы исключить операцию корректировки. Логарифмически периодические структуры известны как широкополосные антенны с очень хорошим защитным действием в заднем полупространстве. Широкополосный характер, с одной стороны, и выраженный направленный эффект, с другой стороны, достигаются благодаря логарифмической градации волноводных структур. Тот факт, что усиление по сравнению с резонансными антеннами сравнимых размеров ниже, не представляет проблем для применений в соответствии с изобретением. Поликоническая антенна может заменить антенну в виде параболоида вращения, поскольку отклонения от параболической конфигурации менее чем на 1/10 длины волны не оказывает отрицательного действия на характеристики антенны. Даже для отклонений на 1/5 длины волны потеря усиления составляет меньше 2 дБ и поэтому может игнорироваться в большинстве случаев. Патент предоставлен ОКБ АСТРОН г. Лыткарино, www.ASTROHN.ru Следовательно, конструкцию параболического отражателя, которую технически трудно реализовать, можно без проблем заменить поликоническим рефлектором, который легче изготовить. Однако схема питания является сравнительно дорогостоящей, а защитное действие в заднем полупространстве улучшается только при использовании отражателей, достаточно больших по сравнению с длиной волны и облучение которых ограничено внутренней областью. Для преодоления проблем, связанных с поляризацией, в предлагаемых примерах выполнения на двух более высоких частотах (5,6 ГГц и 10,368 ГГц) в каждом случае использовалась антенна с круговой поляризацией, с одной стороны, как приемная антенна и, с другой стороны, как передающая антенна. Хотя предположительно это приводит к потерям порядка 3 дБ, они невелики в сравнении с потерями, которые могут иметь место в случае антенн противоположного вращения с линейной поляризацией. В одном из примеров осуществления с использованием только одной общей передающей/приемной антенны приходящие и излучаемые волны можно успешно разделять, например, с помощью циркулятора. Особое внимание уделяется также высокочастотным блокам, чтобы преодолеть затруднения с точки зрения техники измерения. Высокочастотные блоки Необходимые высокочастотные блоки описаны ниже. В системе учтены возможные связи, которые возникают между модулями и периферийными элементами. Они соответствуют конфигурациям, реализованным в соответствии с изобретением. Прямые модуляторы используются на более высоких частотах, например выше 200 МГц, после преобразователей на промежуточную частоту 137,5 МГц. На этой частоте работают как диоды, так и транзисторы. 1. Диодный смеситель Диодный смеситель содержит симметричную схему умножения напряжения с резонансной схемой на входе и фильтром нижних частот на выходе. При этом в отличие от напряжения, которое можно получить при использовании диода в качестве прямого приемника, можно получить четырехкратное выходное напряжение, так как источники теперь соединены последовательно. Возросшее при этом внутреннее сопротивление для функционирования не принципиально. На практике было обнаружено, что диодный смеситель превосходит другие известные конструкции смесителей с точки зрения отношения сигнал-шум. Низкочастотные блоки Все модули, работающие в низкочастотном диапазоне, снабжены собственным источником питания. Для этой цели используются отдельные свинцовые аккумуляторы напряжением 12 В/2 А час, снабженные схемой контроля напряжения и выключателем. Необходимость строгой развязки всех источников питания друг от друга оказалась необходимой ввиду того, что использование сетевого блока создало значительные помехи и проблемы.Таким образом, вся система полностью изолирована на передающей стороне, а на приемной стороне она соединена с сетью только через персональный компьютер, который, однако, в портативном варианте осуществления выполнен в виде питающегося от батареи блока. Патент предоставлен ОКБ АСТРОН г. Лыткарино, www.ASTROHN.ru 1. Предусилитель Предусилитель использует малошумящий четырехкратный операционный усилитель. Один из усилителей подключен как средство симметрирования рабочего напряжения; другие три подключены как полосовые фильтры и связаны между собой через фильтры верхних частот. Фильтр нижних частот ограничивает шум первого каскада. Посредством дополнительного резистора можно осуществлять питание диодного прямого приемника током от предусилителя. Использовалось всего два модуля предусилителей с разными уровнями усиления. Поскольку чувствительность всей системы может вызывать перегрузку АЦП, а значит, и потерю данных, необходим регулируемый усилитель. 2. Дискретизирующий фильтр (фильтр защиты oт наложения спектров) Дискретизация зависящих от времени сигналов должна производиться на частоте, которая больше чем вдвое превышает максимальную частоту, содержащуюся во входном сигнале. Следовательно, входной сигнал должен быть спектрально ограничен перед этапом аналого-цифрового преобразования. Неожиданным образом обнаружилось, что для целей изобретения такая операция ограничения должна выполняться аналоговым фильтром и не может быть заменена цифровой обработкой. Если это не учесть, потребуется субдискретизация спектральных составляющих, которые составляют больше половины частоты дискретизации. Они смешиваются в более низком диапазоне частот и необратимо искажают сигнал, препятствуя достижению результата, обеспечиваемого изобретением. Так называемые цифровые фильтры защиты от наложения спектра, которые позволяют полагать, что ограничение полосы можно осуществить после АЦП, оказались совершенно неэффективными для данной проблемы: все ошибки, связанные с субдискретизацией, имели место. Последующая цифровая коррекция в дальнейшем была невозможна из-за разрушенного содержимого сигнала. Следует отметить, что у специалистов в отношении аналоговых и цифровых параметров существует ложное представление, состоящее в том, что конструкция измерительной системы для цифровой обработки аналоговых параметров на основе данных производителей и исключительное использование программного обеспечения и аппаратных средств, предлагаемых ими, не могут обеспечить достижение поставленной цели. Требования, предъявляемые к аналоговым фильтрам нижних частот с защитой от наложения спектров, очень высоки в зависимости от соответствующей последующей обработки. Поэтому динамический диапазон должен быть по меньшей мере на один разряд (бит) лучше, чем у следующего АЦП, и аналогично эффекты линейных и нелинейных искажений должны быть по меньшей мере на один разряд лучше, чем у АЦП. Хотя динамический диапазон АЦП на N-разрядов на практике в большинстве случаев составляет только N-2 разряда, эти зависимости необходимо учитывать. Использование фильтров с переключаемыми конденсаторами возможно, если при этом также учесть теорему Котельникова (теорему о дискретном представлении) и если достаточен достигаемый динамический диапазон. Свертка входного сигнала с помощью дискретизирующего фильтра приводит к амплитудным и фазовым искажениям, а также к искажению огибающей из-за группового времени задержки фильтра. Эти изменения сигнала можно учесть в случае необходимости с помощью процедуры, при которой обратная передаточная функция дискретизирующего фильтра складывается или свертывается с дискретизированным сигналом в ЭВМ. Эта процедура возможна только в том случае, если дискретизация была проведена правильно. Что же касается случая с субдискретизацией, там ошибка возрастает еще больше. Патент предоставлен ОКБ АСТРОН г. Лыткарино, www.ASTROHN.ru Между верхней частотой сигнала fs, частотой дискретизации fa, асимптотической крутизной или порядком дискретизирующего фильтра N и коэффициентом избыточной дискретизации k существует следующая зависимость относительно достижимой степени точности или разрешения A в разрядах:  A = k N+1Для граничной частоты fs = 2 Гц при степени разрешения A = 13 разрядов это дает, например, следующие возможные конфигурации: фильтр первого порядка (N = 1) ---> частота дискретизации fa = 16384 Гц фильтр третьего порядка (N = 3) ---> частота дискретизации fa = 64 Гц фильтр шестого порядка (N = 6) ---> частота дискретизации fa = 16 Гц. В предлагаемых примерах выполнения согласно изобретению используется последняя комбинация. Для фильтров низкого порядка с "хорошим поведением" передаточной функции необходимо прибегнуть к чрезмерным коэффициентам избыточной дискретизации, чтобы получить полезные результаты. Несмотря на высокую частоту дискретизации порядка 16 кГц, только спектральные компоненты до 2 Гц дискретизируются правильно (при A = 16 разрядов, fs = 20 кГц и fa = 44 кГц понадобятся фильтры 109-го порядка, чтобы произвести дискретизацию согласно теореме Котельникова). Избыточная дискретизация имеет следующее преимущество: даже если каждый АЦП идеален в отношении его характеристик, он добавляет шум квантования к дискретизируемому сигналу, в результате чего этот сигнал искажается не только вследствие операции квантования, то есть из-за дискретизации амплитудных значений, но и дополнительно зашумляется. Этот шум можно считать приближенно белым, так что при большей ширине полосы дискретизации, то есть при избыточной дискретизации, соответственно меньший шум попадает в ширину полосы сигнала и поэтому можно пропорционально улучшить отношение сигнал-шум, но не сигнал преобразователя. Применяемый дискретизирующий фильтр нижних частот шестого порядка получают путем последовательного соединения двух фильтров нижних частот третьего порядка (асимптотическая крутизна фронта 18 дБ на октаву или 60 дБ на декаду). Каждый фильтр нижних частот содержит операционный усилитель, включенный как повторитель напряжения, и RC-контур. Искажения амплитуды, фазы и огибающей, вызванные частотными и фазовыми характеристиками всех фильтров, а также групповым временем задержки, можно снизить с помощью процедуры, при которой функцию времени свертывают с ее обратной передаточной функцией T-1 (W) тракта предыдущего сигнала T (W), в результате чего осуществляют полную компенсацию полюсов и нулей. Это может потребоваться, если необходимо реконструировать исходный временной сигнал и поэтому необходимо избежать искажений временного сигнала преобразователями и элементами передающей цепи. В случае применения, при котором требуется обнаружение одной спектральной линии, этого можно не делать. Патент предоставлен |
Похожие:
 | Окб астрон Москва, ул. Большая Спасская 25, стр. 3, Ооо "Городисский и Партнеры", Емельянову Е. И | | Окб астрон А, 13. 07. 1993. Us 6243036 B1, 05. 06. 2001. Ru 2133971 C1, 27. 07. 1999. Ru 2067759 C1, 10. 10. 1996. Wo 90/07130 A1, 28. 06. 1990.... |
| Окб астрон, www. Astrohn. Ru резонансный болометр Сильно коррелированные низкоразмерные электронные системы. Теория ферми-жидкости Ландау. Латинжеровская жидкость | | Окб астрон Заявленная полезная модель может быть использована в научных исследованиях, биологии, медицине и фармакологии, военном деле и безопасности,... |
| Окб астрон Кроме того простота и более низкая стоимость производства блока генерации позволяет снизить стоимость конечного устройства и его... |  | Задания Для предцикловой подготовки очно заочного цикла: «Судебно... Адрес: г. Тюмень, ул. Одесская, 46а, административный корпус окб, тел: 207-776, 205-793, e-mail: goutmk@ mail ru |
| Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» Рассматриваются основные принципы построения перспективных бортовых цифровых вычислительных систем в авиационном приборостроении.... | | 1. Общая характеристика вертолета стр Не лишним будет отметить, что именно в России был впервые разработан и осуществлен первый боевой одноместный ударный вертолет, со... |
