CC BY
134
АНДРЮШИН1 Олег Федорович, доктор технических наук, профессор ОРЕХОВСКИЙ2 Владимир Александрович
РЫЖОВ3 Игорь Альбертович ФАБРИЧНЫЙ4 Михаил Григорьевич, кандидат технических наук ШУЛЬГАЧ5 Олег Владимирович ЯГУНОВ6 Сергей Константинович
АППАРАТУРА ИМИТАЦИИ СИГНАЛА, т ОТРАЖЕННОГО ОТ ОБЪЕКТА ЛОКАЦИИ
Рассмотрены схемы построения имитаторов отраженного от объекта локации сигнала для комплексов полунатурного моделирования работы систем ближней радиолокации метрового и дециметрового диапазонов длин волн. Имитатор реализован с применением современных технологий, использующих микрополосковые устройства и ПЛИС. Приведены характеристики разработанных аппаратурных модулей.
Ключевые слова: система ближней радиолокации, автоматизированный комплекс полунатурного моделирования, математическая модель, управляемая линия задержки, управляемый аттенюатор, устройство сопряжения с ПЭВМ.
Schemes of construction of simulators reflected from object of a location of a signal for complexes of semi natural modeling of work of systems of a near radar-location of metre and decimeter ranges of lengths of waves are considered. The simulator is realized with application of the modern technologies using microstrip devices and programmed logic integrated scheme. Characteristics of the developed hardware modules are resulted.
Keywords: system of the near radar-location, the automated complex of semi natural modeling, the mathematical model, operated line of the delay, operated restricter of signal, the device of interface with computer
Современным инструментом, позволяющим эффективно решать сложные задачи всесторонней отработки и испытаний систем ближней радиолокации (СБРЛ), являются автоматизированные комплексы полуна-турного моделирования.
Одним из основных элементов моделирования работы СБРЛ в этих комплексах является воспроизведение процесса электромагнитного взаимодействия СБРЛ с объектами локации (ОЛ). Эта задача решается аппаратно-программными средствами, формирующими сигнал, поступающий на вход приемного устройства испытываемой СБРЛ. Моделирование отраженного сигнала, поступающего на вход СБРЛ в реальном масштабе времени, производится с помощью имитатора, содержащего управляемую линию задержки (УЛЗ) и управляемый аттенюатор [1, 2]. Управление параметрами имитатора
производится программно-аппаратными средствами, обеспечивающими выдачу сформированных в математической модели сигналов на управляемые устройства.
Зондирующий высокочастотный радиосигнал, сформированный в СБРЛ, подается на вход имитатора, в котором длина линии задержки и затухание аттенюатора меняются в соответствии с законом изменения параметров реального входного сигнала СБРЛ. В результате сигнал на выходе имитатора приобретает задержку, доплеровское смещение и амплитудную модуляцию, обусловленную изменением мощности отраженного сигнала.
Общий вид и структурная схема имитатора отраженного сигнала приведены на фото 1 и рис. 1 соответственно.
Схема содержит микрополосковую и кабельную части. Отрезки линии за-
держки переключаются с помощью СВЧ-ключей переключателями 1 — 36. Для моделирования изменения мощности на входе испытываемой СБРЛ и контроля доплеровского смещения частоты модуль содержит управляемый дискретный аттенюатор и балансный смеситель.
В состав модуля имитатора входят:
♦ ответвители;
♦ линии задержки, реализованные в микрополосковом исполнении с дискретами электрической длины 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 мм и отрезками коаксиального кабеля с электрическими длинами 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16 384, 32 768, 65 536, 131 072 мм;
♦ усилители высокочастотные;
♦ аттенюатор дискретный;
♦ балансный смеситель;
♦ источник вторичного питания.
Для компенсации потерь в длинах от-
1 — ФГУП «НПП «Дельта», г. Москва, заместитель директора по науке;2 — ГП НИИ «Орион», г. Киев, ведущий инженер;
3 - ФГУП «НПП «Дельта», ведущий инженер;4 — ФГУП «НПП «Дельта», старший научный сотрудник;
5 — ГП НИИ «Орион», г. Киев, начальник лаборатории;6 — ФГУП «НПП «Дельта», ведущий инженер.
Devices. Технические характеристики модуля имитатора приведены в табл. 1. Функциональным элементом, обеспечивающим работу моделирующей аппаратуры в реальном масштабе времени, является устройство сопряжения, передающее сформированные в математической модели сигналы на управляемые устройства имитатора. Эти сигналы в виде массивов данных хранятся в ОЗУ устройства сопряжения. При работе в реальном масштабе времени по команде ПУСК массив из памяти устройства сопряжения с заданной тактовой частотой поступает на управляемые устройства. Объем необходимой памяти зависит от моделируемой дистанции полета L, погрешности представления данных, длины волны зондирующего сигнала и количества разрядов, требуемых для управления.
Если Lmax = 200 м, шум квантования порядка 40 дБ и число разрядов для управления равно 25 (17 — линия задержки и 8 — цифровой аттенюатор), то объем ОЗУ должен быть не менее 200 кБ, тактовая частота выдачи информации — не менее 300 кГц [2].
На устройство сопряжения, кроме задач управления каналом моделирова-
Микрополосковые отрезки линии Коаксиальные отрезки линии
Выход смесителя
Рис. 1. Структурная схема модуля имитатора отраженного сигнала:
1-36 - СВЧ-переключатели линии задержки; НО - направленный ответвитель; УВЧ - усилитель высокой частоты;
Атт - аттенюатор дискретный
Фото 1. Модуль имитатора отраженного сигнала
резков коаксиального кабеля, больших 32 м, в них включаются широкополосные СВЧ-усилители.
СВЧ-ключи выполнены на микросхемах HMC239S8 фирмы Hittite, и 74ACT04 (Motorola). Широкополосные СВЧ-усилители построены на микро-
схемах HMC311LP3 фирмы Hittite. Управляемый дискретный аттенюатор выполнен на микросхемах HMC239S8 (Hittite), HMC424LP3 (Hittite), 74ACT04 (Motorola).
Для балансного смесителя используется микросхема MXJ-2501-7 фирмы Premier
Таблица 1. Технические характеристики модуля имитатора
Характеристика Значение
Диапазон частот, МГц, не хуже 100...1500
Неравномерность АЧХ, дБ, не более ±2
Начальная моделируемая длина, м, не более 1,5
Начальные потери сигнала в линии, дБ, не более 2
Суммарные потери сигнала в линии задержки при всех включенных разрядах, дБ, не более 20
Уровень входного сигнала, мВт, не более 10
Количество разрядов линии задержки 17
Диапазон ослабления аттенюатора, дБ СО >-6 0,
Шаг аттенюатора, дБ 0,5
Количество разрядов аттенюатора 8
Время переключения разрядов в линиях задержки, нс 10
Время переключения разрядов аттенюатора, нс 50
Волновое сопротивление, Ом 50
ния полезного сигнала, возлагаются также задачи управления каналами моделирования помех, поэтому необходимо предусматривать запас по производительности устройства (объем памяти и тактовая частота). Стандартные платы цифрового ввода-вывода информации, обладая необходимым быстродействием и возможностью наращивания памяти, имеют два существенных недостатка. Это, во-первых, недостаточное число параллельных цифровых каналов и, во-вторых, отсутствие принудительного останова вывода информации с фиксацией времени останова. Отмеченные недостатки ограничивают применение стандартных плат в качестве управляющего устройства в задачах моделирования сигналов. Поэтому для решения перечисленных выше задач, возлагаемых на устройство сопряжения, была разработана специализированная плата со следующими характеристиками:
♦ массив данных, сформированный в математической модели, передается в память устройства (статическое ОЗУ объемом 4096 кБ) через ШБ-порт;
♦ тактирование выдачи данных из ОЗУ может производиться как внутренним, так и внешним тактовым генератором с частотой 0...20 МГц;
♦ для формирования импульсных последовательностей произвольной формы используется виртуальный импульсный генератор (РаИет-ге-нератор) со своей независимой памятью;
♦ отсчет времен от момента начала процесса моделирования работы СБРЛ до момента ее срабатывания производится тремя счетчиками времени: 0.65 000 мс с дискретом 1 мс, 0.1000 мс с дискретом 1 мкс, 0...1000 нс с дискретом 5 нс;
♦ число выходных управляющих разрядов — 128;
♦ передача информации на светодиодные индикаторы производится плоским 16-проводным кабелем в последовательном формате;
♦ основные функции устройства реализованы на основе ПЛИС ХС2Я200-Р0208С фирмы ХиЫХ и микроконтроллера АТ89Я52-24А1.
Блок-схема устройства сопряжения приведена на рис. 2.
Устройство содержит два функциональных модуля: первый — для управления СВЧ-переключателями линии задержки и аттенюатором при проведении моделирования в реальном масштабе времени — «электронный пуск»; второй — для обеспечения генерации импульсной последовательности, используемой для формирования модулирующей функции импульсных помех.
Работа первого модуля происходит следующим образом (рис. 2).
Массив данных, сформированный в математической модели, через ШБ-
Фото 2. Плата устройства сопряжения
Рис. 2. Блок-схема устройства сопряжения
порт (микросхема (м/с) 18Р1581БЭ) с помощью устройства прямого доступа к памяти (м/с ХС28200-6Р0208С и 4 м/с ХСк3256ХЬ-7Т0144С) записывается в ОЗУ (8 м/с КЖ4016УШ, объем памяти 4096 кБ) под управлением микроконтроллера (м/с ЛТ89852-24Л1). По команде ПУСК контроллер передает данные из ОЗУ через устройство прямого доступа к памяти в виде 128-разрядного параллельного кода на выходные регистры (м/с 74ЛСТ573) и далее на входы управляемых устройств имитатора. Выдача данных тактируется тактовым генератором 1 (м/с ЛЭ9850Бк8) или внешним генератором через схему управления режимами работы (м/с ХС28200-6Р0208С). По команде ПУСК также запускается таймер, входящий в состав схемы управления остановом (м/с ХС28200-6Р0208С).
Процесс выдачи массива останавливается либо по команде ОСТАНОВ (срабатывание СБРЛ), либо по завершении выдачи всего массива данных (если срабатывания не было). По команде ОСТАНОВ в регистр адреса останова схемы управления остановом (м/с ХС28200-6Р0208С) записывается шаг, на котором произошло срабатывание, и интервал времени, рассчитанный таймером. Как отмечалось выше, второй мо-
дуль, входящий в состав устройства, обеспечивает генерацию импульсной последовательности. Данный РаИет-генератор построен на микросхеме ХС28200-6Р0208С и содержит ОЗУ на микросхеме К6Я4016УШ (объем памяти 512 кБ). Выдача импульсной последовательности с РаИет-генератора тактируется либо внутренним генератором 2 (м/с ЛБ9850БК8), либо внешним генератором, сигнал с которого поступает на вход схемы управления режимами работы устройства.
Для отображения и контроля выдаваемой устройством информации в состав этого блока включена плата индикации (м/с ХСЯ3256ХЬ-7Т0144С). Конструктивное исполнение устройства сопряжения (плата) показано на фото 2.
Использование разработанного имитатора отраженного сигнала в составе автоматизированного комплекса полу-натурного моделирования позволяет проводить в лабораторных условиях всесторонние испытания выходных характеристик СБРЛ при различных режимах их функционирования. Результаты исследований, изложенные в настоящей статье, получены в процессе выполнения НИР «Изучение радиофизических процессов формирования селективных признаков отражающих объектов в системах ближней радиолокации», поддержанной Российским фондом фундаментальных исследований в 2007 г. при проведении конкурса инициативных проектов (Соглашение № 07-1021/22)
Литература
1. Андрюшин О.Ф., Болдырев Г.М., Фабричный М.Г. Имитационное моделирование электродинамического взаимодействия систем ближней радиолокации с объектами, формирующими суммарный входной сигнал/ Специальная техника, 2006. - № 6.
2. О.Ф. Андрюшин О.Ф., Болдырев Г.М, Павлов Г.Л., Сучков В.Б., Фабричный М.Г. Имитация отраженного эхо-сигнала в комплексах полунатурного моделирования работы систем ближней радиолокации/ Оборонная техника, 2009. - вып. 4/5.
