КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ УСТРОЙСТВА ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛА ДЛЯ МОНИТОРИНГОВОЙ ЗЕМНОЙ СТАНЦИИ

Сосновский Максим Романович; Сухотин Виталий Владимирович; Басков Андрей Петрович

CC BY

22

6

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Журнал

Космические аппараты и технологии

2023

ВАК

Область наук

Механика и машиностроение

Ключевые слова

УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ / УСТРОЙСТВО ФИЛЬТРАЦИИ / ФАЗОВАЯ АВТОПОДСТРОЙКА ЧАСТОТЫ / КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / ЗЕМНАЯ СТАНЦИЯ / НАБЕГ ФАЗЫ / COORDINATE DETERMINATION DEVICE / FILTERING DEVICE / PHASE LOCK LOOP / COMPUTER SIMULATION / EARTH STATION / PHASE SHIFT

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Сосновский Максим Романович, Сухотин Виталий Владимирович, Басков Андрей Петрович

Системы спутниковой связи имеют преимущество перед другими системами связи, так как имеют большой охват территории. Земная станция может располагаться в любой точке данной территории и может быть как легитимным пользователем, так и спутниковым пиратом (нелегитимным пользователем). Перед разработчиками стоит задача определить координаты незаконно занимающего частотный ресурс нелегитимного пользователя. В статье предложена структурная схема устройства фильтрации сигнала, которое входит в состав устройства определения координат нелегитимного пользователя мониторинговой земной станции. Определены назначение, требования и основная задача каждому составному блоку устройства фильтрации. Произведен поиск и анализ фильтров-аналогов и методов фильтрации сигналов. В программной среде MatLAB Simulink по структурной схеме разработана компьютерная модель устройства фильтрации сигнала с возможностью определения набега фазы, а также раскрыты настройки блоков устройства фильтрации, которые в процессе исследования модели можно корректировать. Для находящихся в составе устройства фильтрации полосовых фильтров по фазочастотным характеристикам построены зависимости изменения фазы принимаемого сигнала от частоты этого сигнала. Сформирована система фазовой автоподстройки частоты с возможностью изменения ее параметров. Произведены расчеты набега фаз через элементы устройства фильтрации.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

COMPUTER MODEL OF A SIGNAL FILTERING DEVICE FOR A MONITORING EARTH STATION

Satellite communication systems have an advantage over other communication systems, as they have a large coverage of the territory. The Earth station can be located anywhere in this territory and can be either a legitimate user or a satellite pirate (an illegitimate user). The developers are faced with the task of determining the coordinates of an illegitimate user illegally occupying a frequency resource. The article proposes a block diagram of a signal filtering device, which is part of a device for determining the coordinates of an illegitimate user, a monitoring Earth station. The purpose, requirements and main task of each composite block of the filtration device are defined. The search and analysis of analog filters and signal filtering methods was carried out. In the MatLab Simulink software environment, a computer model of a signal filtering device has been developed according to a block diagram with the possibility of determining the phase run, as well as the settings of the filtering device blocks are disclosed, which can be adjusted during the study of the model. For the bandpass filters included in the filtering device, the phase frequency characteristics of the phase change of the received signal on the frequency of this signal are constructed. A phase lock loop system has been formed with the possibility of changing its parameters. Calculations of the phase incursion through the elements of the filtration device are made.

Текст научной работы на тему «КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ УСТРОЙСТВА ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛА ДЛЯ МОНИТОРИНГОВОЙ ЗЕМНОЙ СТАНЦИИ»

�� 621.372.543.2+004.94

��

�. �. ��, �. �. ��, �. �. ��

�� ,

�. ��, ��

�� , �� . �� , �� (�� ). �� . � �� , �� . �� , �� . �� -�� . � �� MatLAB Simulink �� , � �� , �� . �� . �� . �� .

�� : �� , �� , �� , �� , �� , �� .

��

�� , �� . � �� . �� , �� , �� . �� , �� . �� (�� ) �� . �� [1].

�� , �� (��) [2]. �� , �� .

1. ��

�� . 1 �� [2], � �� .

��. 1. ��

�� [2]: �� (�), �� (�� ) � �� , �� (��); �� (��.), �� , �� , ��-�� , � �� , �� , �� [3]; ��, � �� [1], � �� . �� . 2.

��. 2. ��

� �� , �� , �� (�� ) �� . �� [4]. �� , �� (��) (��. 3).

��. 3. �� (�� ): �� ? �� , �� ; �� ? �� ; �� ? �� , �� /��

�� .

2. ��

�� [5]. �� . �� ? �� , �� , � �� . �� , �� , �� , �� , �� , � �� , �� .

�� . 4.

��. 4. ��

�� , �� , � �� . �� , �� , � �� . �� , �� .

�� [6]. �� . �� . �� . �� , �� . �� , �� . �� , �� . �� (�� ). �� .

�� , �� , �� . �� , �� .

�� [2]. � �� , �� , � �� /��.

� �� -�� . � �� , �� . 5, � �� -�� , �� 1 ��, �� 2 ��, ��-��, �� .

��. 5. ��

� �� .

�� , �� MatLAB Simulink.

3. ��

� �� Analog Filter Design, �� . 6.

��. 6. �� Analog Filter Design

�� -�� , �� . 7� (�� ) � �� . 7� (�� ). � �� : �� (Design method), �� (Filter type), �� (Filter order), �� (Lower passband edge frequency) � �� (Upper passband edge frequency).

��. 7. �� : � ? ��, � ? ��

�� . 8 �� -�� (��) � �� (��) �� (f�) � �� (f�) �� : �� (Butterworth), �� 1 (Chebyshev1) � �� 2 ��, �� 2 (Chebyshev2) � �� 40 ��, �� (Elliptic) � �� 2 �� 40 ��, �� (Bessel).

��. 8. �� (Butterworth), �� 1 (Chebyshev1), �� 2 (Chebyshev2), �� (Elliptic), �� (Bessel)

�� . 8 ��, �� 1 � �� . �� . �� , �� , �� , �� , �� , �� .

�� . �� 3.

�� , �� , �� 10 ��, �� , �� . �� (f�) � �� (f�) �� . �� : f� = 8,5 ��; f� = 11,760323 ��. �� . 9.

��. 9. ��

�� , �� , �� . �� , �� .

�� , �� ?? � �� (��.) �� f � �� 9�11 �� 100 ��, �� . 1.

�� 1 � ��

f ?? f ?? f ?? 9 81,5 9,7 21,4 10,4 ?28,2 9,1 71,7 9,8 14,2 10,5 ?35,3 9,2 61,8 9,9 7,12 10,6 ?42,3 9,3 53,5 10 0 10,7 ?49,4 9,4 45,4 10,1 ?7,17 10,8 ?57,1 9,5 37 10,2 ?14,1 10,9 ?64,8 9,6 29 10,3 ?21,2 11 ?72,6

�� . �� , �� 9,5 ��. �� . 10.

��. 10. ��

�� ?T = 10,781?10-9 � �� . 11 �� 1 � 2. �� . �� , �� , �� :

(1)

�� f�� ? �� ; ??f�� ? �� .

�� . 11 � �� . 1 �� , �� .

�� , �� . 9, �� . �� [7]. �� , �� . ��, �� /��, �� , �� . �� , �� .

�� , �� , �� , �� 15. �� , �� , ��, �� , �� .

�� , �� 9 �� 11 ��. �� (f�) � �� (f�) �� . �� : f� = 8,8 ��, f� = 11,2 ��. �� . 11.

��. 11. ��

�� , �� ?? � �� (��.) �� f � �� 9�11 �� 10 ��, �� . 2.

�� 2 � ��

f ?? f ?? f ?? f ?? f ?? 9 493 9,41 249 9,82 49,7 10,23 ?137 10,64 ?328 9,01 486 9,42 244 9,83 45 10,24 ?142 10,65 ?333 9,02 478 9,43 239 9,84 40,4 10,25 ?146 10,66 ?338 9,03 471 9,44 234 9,85 35,8 10,26 ?151 10,67 ?343 9,04 468 9,45 229 9,86 31,2 10,27 ?155 10,68 ?348 9,05 458 9,46 224 9,87 26,6 10,28 ?160 10,69 ?353 9,06 451 9,47 219 9,88 21,9 10,29 ?164 10,7 ?358 9,07 445 9,48 214 9,89 17,4 10,3 ?169 10,71 ?363 9,08 439 9,49 208 9,9 12,8 10,31 ?173 10,72 ?368 9,09 432 9,5 203 9,91 8,15 10,32 ?178 10,73 ?373 9,1 429 9,51 198 9,92 3,56 10,33 ?183 10,74 ?378 9,11 420 9,52 193 9,93 ?1,03 10,34 ?187 10,75 ?383 9,12 413 9,53 188 9,94 ?5,57 10,35 ?192 10,76 ?388 9,13 407 9,54 183 9,95 ?10,2 10,36 ?196 10,77 ?393 9,14 400 9,55 178 9,96 ?14,7 10,37 ?201 10,78 ?398 9,15 394 9,56 173 9,97 ?19,2 10,38 ?206 10,79 ?403 9,16 388 9,57 168 9,98 ?23,8 10,39 ?210 10,8 ?409 9,17 382 9,58 164 9,99 ?28,3 10,4 ?215 10,81 ?414 f ?? f ?? f ?? f ?? f ?? 9,18 376 9,59 159 10 ?32,9 10,41 ?219 10,82 ?419 9,19 370 9,6 154 10,01 ?37,4 10,42 ?224 10,83 ?425 9,2 364 9,61 149 10,02 ?42 10,43 ?229 10,84 ?430 9,21 358 9,62 144 10,03 ?46,5 10,44 ?233 10,85 ?436 9,22 353 9,63 139 10,04 ?51 10,45 ?238 10,86 ?441 9,23 347 9,64 134 10,05 ?55,6 10,46 ?242 10,87 ?447 9,24 342 9,65 130 10,06 ?60,1 10,47 ?247 10,88 ?452 9,25 336 9,66 125 10,07 ?64,7 10,48 ?252 10,89 ?457 9,26 330 9,67 120 10,08 ?69,7 10,49 ?256 10,9 ?463 9,27 325 9,68 115 10,09 ?73,7 10,5 ?261 10,91 ?469 9,28 319 9,69 111 10,1 ?78,2 10,51 ?266 10,92 ?475 9,29 314 9,7 106 10,11 ?82,7 10,52 ?271 10,93 ?481 9,3 308 9,71 101 10,12 ?87,2 10,53 ?275 10,94 ?486 9,31 302 9,72 96,5 10,13 ?91,8 10,54 ?280 10,95 ?492 9,32 297 9,73 91,7 10,14 ?96,3 10,55 ?285 10,96 ?498 9,33 291 9,74 87 10,15 ?101 10,56 ?289 10,97 ?504 9,34 286 9,75 82,3 10,16 ?105 10,57 ?294 10,98 ?510 9,35 281 9,76 77,6 10,17 ?110 10,58 ?299 10,99 ?516 9,36 275 9,77 72,9 10,18 ?114 10,59 ?304 11 ?523 9,37 270 9,78 68,1 10,19 ?119 10,6 ?309 9,38 265 9,79 63,5 10,2 ?123 10,61 ?314 9,39 259 9,8 58,9 10,21 ?128 10,62 ?319 9,4 254 9,81 54,2 10,22 ?132 10,63 ?323

� �� . 2 � �� .

�� (��), �� (��) � ��, �� (��). �� , �� , � �� ? �� , �� [8].

�� , �� , � �� , �� . �� , � �� [9]. �� . �� Product �� . 12�. �� . �� Gain, �� . 12�.

��. 12. �� : � ? �� Product, � ? �� Gain

�� (Gain) �� : �� (Gain), �� 2 � �� (Multiplication), �� Element-wise(.*).

�� , � �� Product � Gain �� , �� , �� . 13.

�� . �� ? �� , �� , �� . �� MatLAB Simulink �� Analog Filter Design. �� Analog Filter Design �� . 13. �� , �� , �� . �� : �� (Design method), �� (Filter type), �� (Filter order) � �� (Passband edge frequency (rad/s)).

� �� , � �� [10]. �� MatLAB Simulink �� Continuous-Time VCO, �� . 13. �� . �� . �� u(t), �� :

(2)

�� Acg ? �� , fco ? �� , t ? ��, kc ? �� , ? ? �� .

�� Continuous-Time VCO �� : �� (Output amplitude), �� (Qulescent frequency), �� (Input sensitivity) � �� (Initial phase).

�� . 13.

��. 13. ��

�� , �� .

� �� 9 �� 11 �� 90 �� .

�� . 14 �� MatLAB Simulink.

��. 14. ��

�� , � �� : �� (Spectrum Analyzer), �� (Discrete Transfer Fcn), �� (Scope).

�� : �� (Signal Generator) � �� (Random Number). �� .

��

�� , �� . � �� MatLAB Simulink, � �� : �� (�� , �� , �� ), �� (�� , �� , �� ) � �� .

�� .

��

�� (�� FSRZ-2023-0008).

��

1. �� . �., �� . �. �� // �� . 2003. �. 380�388.

2. �� . �., �� . �., �� . �., �� . �. �� // �� . 2020. �. 4. � 4. �. 226?232. doi: 10.26732/j.st.2020.4.05.

3. �� . �., �� . �. �� // �� . 2017. �. 1. � 1. �. 30-37.

4. �� . �., �� . �. �� // �� XVIII ��. ��. ��, �� 2022�. ��. 2022. �. 2082�2084.

5. �� . �., �� . �. �� . ��. � 2510145 �� , 2014. ��. � 8.

6. �� ., �� ., �� . �� . ��. � 2384942 �� , 2010. ��. � 8.

7. �� . �. �� // �� -�� . ��: �� , ��, ��. 2015. �. 100?106.

8. �� . �� // �� . 2003. � 8. �. 92�96.

9. �� . �. �� // ��. 2022. �. 15. � 7. �. 37?46.

10. �� ., �� . �� // �� . 2010. � 7. �. 138?142.

Computer model of a signal filtering device for a monitoring Earth station

M. R. Sosnovsky, V. V. Sukhotin, A. P. Baskov

Siberian Federal University,

Krasnoyarsk, Russian Federation

Satellite communication systems have an advantage over other communication systems, as they have a large coverage of the territory. The Earth station can be located anywhere in this territory and can be either a legitimate user or a satellite pirate (an illegitimate user). The developers are faced with the task of determining the coordinates of an illegitimate user illegally occupying a frequency resource. The article proposes a block diagram of a signal filtering device, which is part of a device for determining the coordinates of an illegitimate user, a monitoring Earth station. The purpose, requirements and main task of each composite block of the filtration device are defined. The search and analysis of analog filters and signal filtering methods was carried out. In the MatLab Simulink software environment, a computer model of a signal filtering device has been developed according to a block diagram with the possibility of determining the phase run, as well as the settings of the filtering device blocks are disclosed, which can be adjusted during the study of the model. For the bandpass filters included in the filtering device, the phase frequency characteristics of the phase change of the received signal on the frequency of this signal are constructed. A phase lock loop system has been formed with the possibility of changing its parameters. Calculations of the phase incursion through the elements of the filtration device are made.

Keywords: coordinate determination device, filtering device, phase lock loop, computer simulation, Earth station, phase shift.

References

1. Panko S. P., Sukhotin V. V. Fazovaya pelengaciya v sputnikovoj svyazi [Phase direction finding in satellite communications] // Investigated in Russia, 2003, pp. 380�388. (In Russian)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Sukhotin V. V., Tikhtenko A. S., Zhgun A. V., Sidorin V. A. Cifrovoj fil'tr dlya ustrojstva opredeleniya koordinat istochnika radiosignala v sputnikovyh sistemah telekommunikacij [Digital filter for device of determining coordinates of radio signal source in satellite telecommunications systems] // Spacecrafts & Technologies, 2020, vol. 4, no. 4, pp. 226?232. doi: 10.26732/j.st.2020.4.05. (In Russian)

3. Ovchinnikov F. V., Sukhotin V. V. Izmerenie raznosti faz signalov v sistemah sputnikovoj svyazi s ispol'zovaniem odnogo geostacionarnogo ISZ [Measurement of a difference phases of signals in satellite communication systems with use of one geostationary artificial earth satellite] // The Research of the Science City, 2017, vol. 1, no. 1, pp. 30?37. (In Russian)

4. Sosnovsky M. R., Sukhotin V. V. Razrabotka komp'yuternoj modeli ustrojstva fil'tracii garmonicheskoj sostavlyayushchej signala s neizvestnoj strukturoj [Development of a computer model of a device for filtering the harmonic component of a signal with an unknown structure] // Materials of the XVIII International Conference of students, postgraduates and young scientists �Prospect Svobodny � 2022�, Krasnoyarsk, 2022, pp. 2082�2084. (In Russian)

5. Romanov A. P., Aleshechkin A. M. Sposob vosstanovleniya nesushchej chastoty fazomanipulirovannogo signala i slezheniya za nej [A method for restoring the carrier frequency of a phase-manipulated signal and tracking it]. Patent RU 2510145, 2014, bulletin no. 8.

6. Ciccarelli S., Raghupati A., Banister B. Fil'tr s peremennoj polosoj propuskaniya dlya podavleniya uzkopolosnogo shuma i modul' reguliruemoj zaderzhki [Variable bandwidth filter for narrowband noise suppression and adjustable delay module]. Patent RU 2384942, 2010, bulletin no. 8.

7. Sorokin G. A. Fil'tr nizhnih chastot [Low-pass filter] // Bulletin of the South Ural State University. Series: Computer technology, control, radio electronics, 2015, pp.100�106. (In Russian)

8. Golub V. Neskol'ko slov o sisteme FAPCH [A few words about the PLL system] // Components and Technologies, 2003, no. 8, pp. 92?96. (In Russian)

9. Telnov A. A. Proektirovanie sistem fazovoj avtopodstrojki chastoty [Designing systems of phase auto-tuning of frequency] // Electronics, 2022, vol. 15, no. 7, pp. 37�46. (In Russian)

10. Harney Au., Ioffe D. Razrabotka tochnoj petli fazovoj avtopodstrojki chastoty s vysokovol'tnym GUN [Development of an accurate loop of phase-locked frequency with a high-voltage GUN] // Components and Technologies, 2010, no. 7, pp. 138�142. (In Russian)

��

�� . �� 2001 ��. �� : �� .

�� . �� : �� , �� .

�� , ��, �� . �� 1999 ��. �� : �� , �� .

ORCID: 0000-0002-8166-5893

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ УСТРОЙСТВА ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛА ДЛЯ МОНИТОРИНГОВОЙ ЗЕМНОЙ СТАНЦИИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Сосновский Максим Романович, Сухотин Виталий Владимирович, Басков Андрей Петрович

COMPUTER MODEL OF A SIGNAL FILTERING DEVICE FOR A MONITORING EARTH STATION

Текст научной работы на тему «КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ УСТРОЙСТВА ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛА ДЛЯ МОНИТОРИНГОВОЙ ЗЕМНОЙ СТАНЦИИ»