RU130463U1 - BROADBAND CHANNEL FOR CONVERSION OF SIGNALS FOR RADIO INTERFEROMETER - Google Patents
BROADBAND CHANNEL FOR CONVERSION OF SIGNALS FOR RADIO INTERFEROMETER Download PDFInfo
- Publication number
- RU130463U1 RU130463U1 RU2013104559/08U RU2013104559U RU130463U1 RU 130463 U1 RU130463 U1 RU 130463U1 RU 2013104559/08 U RU2013104559/08 U RU 2013104559/08U RU 2013104559 U RU2013104559 U RU 2013104559U RU 130463 U1 RU130463 U1 RU 130463U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- samples
- channel
- digital
- data
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
1. Широкополосный канал преобразования сигналов для радиоинтерферометра, содержащий последовательно соединенные входной приемно-усилительный тракт, аналого-цифровой преобразователь сигналов, распределитель цифровых выборок сигнала, m-канальный амплитудный квантователь цифровых выборок, формирователь кадров наблюдаемых данных с таймером и устройство формирования и передачи выходного потока данных, вычислитель среднеквадратического отклонения выборок сигнала, соединенный с распределителем выборок и с m-канальным квантователем, а также контроллер управления, соединенный с компьютером радиотелескопа, синхронизатор импульсов секунд и генератор сигналов тактовых частот, соединенный с аналого-цифровым преобразователем, с распределителем выборок сигнала и с синхронизатором импульсов секунд, отличающийся тем, что введены формирователь служебной информации, соединенный с упомянутыми формирователем кадров наблюдаемых данных и контроллером управления, счетчик импульсов переполнений, соединенный с распределителем выборок сигнала и с контроллером управления, и вычислитель среднего значения выборок сигнала, соединенный с распределителем выборок и со входом коррекции нуля аналого-цифрового преобразователя сигнала, причем контроллер управления соединен с элементом регулировки усиления приемно-усилительного тракта.2. Широкополосный канал по п.1, отличающийся тем, что между синхронизатором импульсов секунд и таймером формирователя кадров наблюдаемых данных введено устройство задержки импульсов.1. A broadband signal conversion channel for a radio interferometer, comprising a serially connected input receiving-amplifying path, an analog-to-digital signal converter, a digital signal sample distributor, an m-channel amplitude quantizer of digital samples, a frame of observed data with a timer, and an output stream generating and transmitting device data, the calculator of the standard deviation of the samples of the signal connected to the distributor of samples and with the m-channel quantizer, and t also a control controller connected to a radio telescope computer, a second pulse synchronizer and a clock signal generator connected to an analog-to-digital converter, a signal sample distributor and a second pulse synchronizer, characterized in that an overhead information shaper is introduced connected to the observable frame shaper data and a control controller, an overflow pulse counter connected to a signal sample distributor and a control controller, and calculates An amplifier for the average value of signal samples connected to a sample distributor and to a zero correction input of an analog-to-digital signal converter, the control controller being connected to a gain control element of the receive-amplifier path. 2. The broadband channel according to claim 1, characterized in that a pulse delay device is introduced between the second pulse synchronizer and the timer of the imaging frame of the observed data.
Description
Полезная модель относится к радиоастрономии и предназначена для использования на радиотелескопах, работающих в составе комплексов радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), которые обеспечивают наиболее точные угловые, координатно-временные и эфемеридные измерения и широко используются при фундаментальных научных исследованиях и в решении прикладных проблем народного хозяйства, например, координатно-временного обеспечения страны, поддержания глобальной спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС, дальней космической навигации, предсказания землетрясений и астероидной опасности (см. A.M.Финкельштейн, А.В.Ипатов и С.Г.Смоленцев Радиоинтерферометрическая сеть «Квазар» - научные задачи, техника и будущее // «Земля и Вселенная» №4. 2004. С.12-25; A.M.Финкельштейн и др. Радиоинтерферометрическая сеть «Квазар-КВО» - базовая система координатно-временного обеспечения // Труды ИПА РАН. Вып.13. СПб: «Наука». 2005. С.104-138).The utility model relates to radio astronomy and is intended for use on radio telescopes operating as part of ultra-long base radio interferometry complexes, which provide the most accurate angular, coordinate-time and ephemeris measurements and are widely used in basic scientific research and in solving applied problems of the national economy , for example, coordinate-temporal support of the country, maintaining the global satellite navigation system GLONASS, long-range space navigation predictions, earthquake and asteroid hazard predictions (see AMFinkelstein, A.V. Ipatov and S.G. Smolentsev Radio Interferometric Network “Quasar” - scientific tasks, technology and future // “Earth and the Universe” No. 4. 2004. P. 12-25; AMFinkelshtein et al. “Kvazar-KVO” radio interferometric network - the basic coordinate-time support system // Transactions of IPA RAS.
Радиоинтерферометрические системы преобразования сигналов (СПС) подключаются к антенне радиотелескопа и обеспечивают усиление и выделение (фильтрацию) сигналов в заданных полосах частот Δf, преобразование выделенных сигналов в потоки цифровых данных, которые записываются и затем передаются со всех радиотелескопов РСДБ-сети в центр корреляционной обработки данных. В настоящее время для высокоточных РСДБ-измерений применяются радиотелескопы с большими антеннами (например, с 32-метровыми антеннами в комплексе «Квазар-КВО»), что позволяет вести цифровые преобразования сигналов на видеочастотах при полосах Δf≤32 МГц. Такой полосы вполне достаточно для высокой чувствительности радиоинтерферометра на больших антеннах. К наиболее совершенным СПС этого класса относятся многоканальные системы VLBI 4, изготовленные в США (см. Petrachenko W.T. VLBI Data Acquisition and Comparison // Proc. of 2000 General Meeting of International VLBI Service for Geodesy and Astrometry. Germany. 2000. P. 76-89), и СПС российского производства P1000 и Р1002М (см. А.В.Ипатов, Н.Е.Кольцов, Л.В.Федотов Радиоинтерферометрический терминал обсерватории «Бадары» // Приборы и техника эксперимента. 2009. №1. С.52-57) и Р1002М (см. С.А.Гренков, Н.Е.Кольцов, Е.В.Носов, Л.В.Федотов Цифровая радиоинтерферометрическая система преобразования сигналов // Приборы и техника эксперимента. 2010. №5. С.60-66).Radio interferometric signal conversion systems (SPS) are connected to the antenna of the radio telescope and provide amplification and separation (filtering) of signals in the specified frequency bands Δf, conversion of the selected signals into digital data streams that are recorded and then transmitted from all radio telescopes of the VLBI network to the center of correlation data processing . At present, for high-precision VLBI measurements, radio telescopes with large antennas are used (for example, with 32-meter antennas in the Quasar-KVO complex), which allows digital signal conversion at video frequencies with Δf≤32 MHz bands. Such a band is quite sufficient for the high sensitivity of a radio interferometer on large antennas. The most advanced ATP of this class include
В связи с увеличением объема научных исследований и прикладных задач, решаемых методами РСДБ, в развитых странах за рубежом и в России ведутся разработки радиоинтерферометров нового поколения с быстроповоротными антеннами малого диаметра (до 13 м), а для компенсации потерь чувствительности (из-за уменьшения эффективной площади антенн) будут применяться СПС с широкополосными (Δf≈0,5-1 ГГц) каналами цифрового преобразования сигналов. В отличие от действующих радиоинтерферометров на больших антеннах, где данные наблюдений поступают на РСДБ-коррелятор в формате VSI-H, а сопровождающая служебная информация о радиотелескопе, условиях наблюдений, каналов системы и о метеорологических данных передаются отдельным файлом (log-file), в новых радиоинтерферометрах на небольших антеннах должен формироваться поток данных в формате VDIF (VLBI Date Interchange Format), в заголовок которого должна быть включена вся служебная информация (см., например, Alan R. Whitney. Wide-Bandwidth Digital Backend System for VLBI // Proc. of the 18th European VLBI for Geodesy and Astrometry Working Meeting. 12-13 April 2007. Vienna. P.39-44; G. Tuccari, S. Buttaccio, G. Nicotra. DBBC-A Flexible Environment for VLBI and Space Research: Digital Receiver and Back-end System // Proc. of the 18th European VLBI for Geodesy and Astrometry Working Meeting. 12-13 April 2007. Vienna. P. 45-49).In connection with the increase in the volume of scientific research and applied problems solved by VLBI methods, in the developed countries abroad and in Russia, the development of a new generation of radio interferometers with high-speed antennas of small diameter (up to 13 m) is being developed, and to compensate for the loss of sensitivity (due to a decrease in the effective antenna area) ATP will be used with broadband (Δf≈0.5-1 GHz) channels of digital signal conversion. Unlike existing radio interferometers on large antennas, where the observation data is transmitted to the VSI-H VLB correlator, and the accompanying service information about the radio telescope, observation conditions, system channels and weather data are transmitted in a separate file (log-file), in new for radio interferometers on small antennas, a data stream should be generated in the VDIF (VLBI Date Interchange Format) format, the header of which should include all service information (see, for example, Alan R. Whitney. Wide-Bandwidth Digital Backend System for VLBI // Proc. of the 18 th European V LBI for Geodesy and Astrometry Working Meeting. 12-13 April 2007. Vienna. P.39-44; G. Tuccari, S. Buttaccio, G. Nicotra. DBBC-A Flexible Environment for VLBI and Space Research: Digital Receiver and Back- end System // Proc. of the 18 th European VLBI for Geodesy and Astrometry Working Meeting. 12-13 April 2007. Vienna. P. 45-49).
Наиболее близким по назначению и технической сущности устройством (прототипом) является канал системы преобразования сигналов, представленный в патенте на полезную модель №122810 от 31.10.2011 «Система преобразования и регистрации сигналов для радиоастрономического интерферометра».The closest in purpose and technical essence of the device (prototype) is the channel of the signal conversion system, presented in the patent for utility model No. 122810 dated 10/31/2011 "Signal conversion and registration system for radio astronomy interferometer".
Канал преобразования сигналов в известной СПС (прототип) содержит тракт усиления и фильтрации поступающих из антенны сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), соединенный управляющими входами с генератором сигналов тактовых частот (ГСТЧ) и с датчиком импульсов секунд, m-канальный демультиплексор, измеритель среднеквадратического отклонения (СКО) выборок сигнала, m-канальный цифровой квантователь сигналов, соединенный с вычислителем СКО, устройство формирования и передачи последовательности квантованных сигналов (данные наблюдений) в устройство буферизации данных для передачи их далее на коррелятор радиоинтерферометра. Канал системы управляется центральным компьютером радиотелескопа через встроенный в канал контроллер управления.The signal conversion channel in the known ATP (prototype) contains a path for amplifying and filtering the signals coming from the antenna, an analog-to-digital converter (ADC) connected by control inputs to a clock frequency generator (GSTCH) and to a second pulse generator, m-channel demultiplexer, meter standard deviation (RMS) of the signal samples, m-channel digital signal quantizer connected to the RMS calculator, a device for generating and transmitting a sequence of quantized signals (observation data ) to the data buffering device for transferring them further to the correlator of the radio interferometer. The channel of the system is controlled by the central computer of the radio telescope through the control controller integrated in the channel.
Шумовой сигнал, состоящий из принимаемого сигнала космического источника излучения и собственных шумов радиотелескопа, АЦП преобразует в последовательность цифровых выборок с тактовой частотой Fсч. Эта последовательность распределяется по т каналам квантования, каждый из которых с тактовой частотой Fсч/m формирует 2-битные коды в результате сравнения амплитуд выборок сигнала с предварительно вычисленным значением СКО. Полученные в каналах квантователя коды в виде 2m-битных слов переписываются с тактовой частотой Fсч/m в формирователь последовательного потока данных. Через трансивер сформированный поток данных передается в устройство буферизации данных для последующей отправки по магистральной линии связи (например, волоконно-оптической) в центр корреляционной обработки данных.The noise signal, consisting of the received signal from a cosmic radiation source and the intrinsic noise of a radio telescope, is converted by the ADC into a sequence of digital samples with a clock frequency F cf. This sequence is distributed over t quantization channels, each of which generates 2-bit codes with a clock frequency F cf / m as a result of comparing the amplitudes of the signal samples with the previously calculated RMS value. The codes obtained in the quantizer channels in the form of 2m-bit words are copied with a clock frequency F cf / m to a shaper of a serial data stream. Through the transceiver, the generated data stream is transmitted to the data buffering device for subsequent sending via the trunk line (for example, fiber optic) to the center of correlation data processing.
Известный канал СПС (прототип) обрабатывает сигналы с широкими (например, 512 МГц) полосами частот и может использоваться в радиоинтерферометрах с небольшими антеннами. Однако известная СПС не обеспечивает полной (без участия человека-оператора) автоматизации процессов РСДБ-наблюдений и корреляционную обработку данных в формате VDIF. Этот недостаток связан в первую очередь с тем, что выходной поток данных, поступающих с каналов известной системы, содержат только сформатированные данные результатов наблюдений, а необходимая сопутствующая служебная информация (данные о радиотелескопе, параметрах и условиях наблюдений, метеорологических условиях и др.) накапливается в управляющем компьютере радиотелескопа и передается отдельно (log-file) подобно тому, как работают действующие радиоинтерферометры в формате VSI-H (см., например, С.А.Гренков, Н.Е.Кольцов, Е.В.Носов, Л.В.Федотов Цифровая радиоинтерферометрическая система преобразования сигналов // Приборы и техника эксперимента. 2010. №5. С.60-66).The well-known ATP channel (prototype) processes signals with wide (for example, 512 MHz) frequency bands and can be used in radio interferometers with small antennas. However, the well-known ATP does not provide complete (without the participation of a human operator) automation of VLBI observation processes and correlation processing of data in the VDIF format. This drawback is primarily due to the fact that the output stream of data coming from the channels of a known system contains only formatted data of the observation results, and the necessary related auxiliary information (data on the radio telescope, parameters and conditions of observations, meteorological conditions, etc.) is accumulated in the control computer of the radio telescope and is transmitted separately (log-file) similar to how the operating radio interferometers in VSI-H format work (see, for example, S.A. Grenkov, N.E. Koltsov, E.V. Nosov, L.V. . Fedotov Qi rovaya radiointerferometric system signal converting // Instruments and Experimental Techniques. 2010.
Кроме того, в течение сеанса РСДБ-наблюдений из-за перестройки антенны с одного космического источника излучения на другой и изменения ее ориентации относительно поверхности Земли могут значительно (до 2-3 раз) изменяться собственные шумы радиотелескопа. При этом нарушается оптимальный режим работы АЦП и, как следствие, может быть недопустимо большим снижение чувствительности из-за ограничения входных сигналов (при переполнении АЦП) или из-за роста шумов квантования при неполном использовании рабочего диапазона входных напряжений АЦП. Чтобы избежать таких потерь чувствительности радиотелескопа, оператору приходится отслеживать уровни сигналов и корректировать режимы работы канала в процессе сеанса наблюдений, поддерживая СКО σ входного шумового сигнала примерно равным ΔUmах/6, где ΔUmax - допустимый полный размах напряжения на входе АЦП (от -Umax до +Umax).In addition, during the VLBI observation session, due to the restructuring of the antenna from one cosmic radiation source to another and changes in its orientation relative to the Earth's surface, the intrinsic noise of the radio telescope can significantly (up to 2-3 times). In this case, the optimal operation mode of the ADC is violated and, as a result, the sensitivity may be unacceptably large due to the limitation of the input signals (during ADC overflow) or due to an increase in quantization noise when the working range of the ADC input voltages is not fully used. To avoid such loss of sensitivity of the radio telescope, the operator has to monitor signal levels and adjust the channel operating modes during the observation session, maintaining the RMSD σ of the input noise signal approximately equal to ΔU max / 6, where ΔU max is the permissible total voltage swing at the ADC input (from -U max to + U max ).
В течение сеанса РСДБ-наблюдений из-за изменений теплового режима работы АЦП и нестабильностей опорных напряжений возможно смещение нулевого уровня цифровых выборок сигнала, считанных АЦП. Это приводит к ошибкам вычисления СКО σ и, соответственно, к смещению порогов двухбитного цифрового квантования сигналов, что также является одной из причин снижения чувствительности радиоинтерферометра. Поэтому оператору приходится периодически контролировать качество работы канала (например, методом подсчета на компьютере числа пересечений квантуемым сигналом пороговых уровней -σ, 0 и +σ) и допускать повышенные аппаратурные потери чувствительности.During the VLBI observation session, due to changes in the thermal mode of the ADC and the instabilities of the reference voltages, a zero level shift of the digital signal samples read by the ADC is possible. This leads to errors in the calculation of the standard deviation σ and, accordingly, to a shift in the thresholds of two-bit digital quantization of signals, which is also one of the reasons for the decrease in the sensitivity of the radio interferometer. Therefore, the operator has to periodically monitor the quality of the channel (for example, by calculating on the computer the number of intersections of threshold levels -σ, 0 and + σ with the quantized signal) and allow increased hardware sensitivity loss.
Другой недостаток известного канала СПС состоит в том, что точная привязка данных наблюдений к единой шкале времени радиотелескопа достигается только при использовании таких АЦП, которые имеют встроенное устройство блокирования и запуска от внешних импульсов секунд. Микросхему АЦП со встроенным устройством блокирования и запуска нетрудно подобрать для канала СПС, работающего на частотах ниже 1 ГГц, но на частотах выше 1 ГГц таких АЦП очень мало и они не всегда соответствуют другим требованиям - наличию встроенных демультиплексоров и делителей тактовой частоты, разрядности, диапазону входных напряжений. Большинство микросхем АЦП, работающих в диапазоне частот от 1 ГГц до 2-2,5 ГГц, который соответствует диапазону выходных промежуточных частот разрабатываемых приемных устройств для перспективных радиоинтерферометров, не имеют блокирующего входа.Another disadvantage of the known SPS channel is that the exact binding of the observational data to a single time scale of the radio telescope is achieved only when using such ADCs that have an integrated device for blocking and starting from external second pulses. An ADC chip with an integrated locking and triggering device can be easily selected for an ATP channel operating at frequencies below 1 GHz, but at frequencies above 1 GHz there are very few such ADCs and they do not always meet other requirements - the presence of built-in demultiplexers and dividers of clock frequency, bit depth, range input voltages. Most ADC microcircuits operating in the frequency range from 1 GHz to 2-2.5 GHz, which corresponds to the range of output intermediate frequencies of the developed receiving devices for advanced radio interferometers, do not have a blocking input.
Целью заявляемой полезной модели является обеспечение возможности полной автоматизации процесса РСДБ-наблюдений.The purpose of the claimed utility model is to provide the ability to fully automate the process of VLBI observations.
Дополнительной целью является обеспечение привязки сформатированных данных наблюдений к единой шкале времени радиотелескопа при отсутствии у АЦП встроенных устройств блокирования и запуска.An additional goal is to ensure that the formatted observational data is linked to a single time scale of the radio telescope when the ADC does not have built-in blocking and triggering devices.
Основная цель достигается тем, что в широкополосный канал преобразования сигналов, содержащий последовательно соединенные входной приемно-усилительный тракт, аналого-цифровой преобразователь сигналов, распределитель цифровых выборок сигнала, m-канальный амплитудный квантователь выборок, формирователь кадров наблюдаемых данных и устройство формирования и передачи выходного потока данных с таймером, а также контроллер управления, соединенный с компьютером радиотелескопа, синхронизатор импульсов секунд, подключенный к первичному датчику времени радиотелескопа, вычислитель СКО выборок сигнала, соединенный с распределителем выборок, с m-канальным амплитудным квантователем и с контроллером управления, и генератор сигналов тактовых частот, соединенный с аналого-цифровым преобразователем и с распределителем выборок сигнала, введены формирователь служебной информации, соединенный с формирователем кадров наблюдаемых данных и с контроллером управления, счетчик импульсов переполнения, соединенный с распределителем выборок сигнала и с контроллером управления, и вычислитель среднего значения выборок, соединенный с распределителем выборок и со входом коррекции нуля аналого-цифрового преобразователя, причем контроллер управления соединен с элементом регулировки усиления приемно-усилительного тракта.The main goal is achieved by the fact that into a broadband signal conversion channel containing a serially connected input receiving-amplifying path, an analog-to-digital signal converter, a digital signal sample distributor, an m-channel amplitude sample quantizer, a frame of observable data, and a device for generating and transmitting the output stream data with a timer, as well as a control controller connected to the computer of the radio telescope, second pulse synchronizer connected to the primary yes the time telescope of the radio telescope, the RMSE computer of the signal samples connected to the sample distributor, with the m-channel amplitude quantizer and to the control controller, and the clock signal generator connected to the analog-to-digital converter and to the signal sample distributor, service information shaper connected to the frame of the observed data and with the control controller, an overflow pulse counter connected to the distributor of signal samples and with the control controller, and calculates An amplifier of the average value of the samples connected to the sample distributor and to the zero correction input of the analog-to-digital converter, the control controller being connected to the gain control element of the receive-amplifier path.
Такой канал исключает необходимость участия человека-оператора в процессе РСДБ-наблюдений и обеспечивает полную автоматизацию радиоинтерферометра. Служебная информация, поступающая из компьютера радиотелескопа через контроллер управления каналом, форматируется и вводится в качестве заголовка в формат данных стандарта VDIF, а затем вместе с данными наблюдений передается на РСДБ-коррелятор. При этом автоматически поддерживается оптимальный режим работы АЦП, при котором потери чувствительности радиоинтерферометра минимальны. Перед наблюдением каждого источника излучения подсчитывается относительное число (процент) переполнений кодов выборок сигнала и результат передается на управляющий компьютер. Если относительное число переполнений выходит за допустимые пределы (например 0,001-0,003), компьютер через контроллер управления каналом дает команду на подстройку элемента регулировки усиления (аттенюатор) в приемно-усилительном канале.Such a channel eliminates the need for the participation of a human operator in the VLBI process and provides full automation of the radio interferometer. The service information coming from the radio telescope computer through the channel control controller is formatted and entered as a header into the VDIF standard data format, and then, together with the observation data, is transmitted to the VLBI correlator. At the same time, the optimum operation mode of the ADC is automatically maintained, in which the loss of sensitivity of the radio interferometer is minimal. Before observing each radiation source, the relative number (percentage) of overflows of the code samples of the signal is calculated and the result is transmitted to the control computer. If the relative number of overflows is outside the permissible limits (for example, 0.001-0.003), the computer through the channel control controller gives a command to adjust the gain control element (attenuator) in the receive-amplifier channel.
Одновременно вычисляется среднее значение напряжения Uср выборок сигнала и, если результат отличается от 0 более допустимого значения, равного шагу коррекции для данного конкретного АЦП (например, 0,1 шага квантования сигналов в АЦП), формируется код подстройки нулевого уровня в АЦП. Указанные подстройки проводятся перед наблюдением каждого источника. После подстройки канал преобразует принимаемый от источника излучения сигнал в оптимальном режиме (с минимальными аппаратурными потерями чувствительности).At the same time, the average voltage U cf of the signal samples is calculated and, if the result differs from 0 more than the acceptable value equal to the correction step for a given specific ADC (for example, 0.1 steps of signal quantization in the ADC), a zero-level adjustment code in the ADC is generated. These adjustments are carried out before observing each source. After adjustment, the channel converts the signal received from the radiation source in the optimal mode (with minimal hardware loss of sensitivity).
Дополнительная цель достигается тем, что между синхронизатором импульсов секунд и таймером формирователя кадров наблюдаемых данных, установлено устройство задержки импульсов. Синхронизатор импульсов секунд, запускаемый импульсами от первичного датчика времени (например, от приемника системы GPS/ГЛОНАСС) совмещает импульсы секунд по фронтам с меандром тактовой частоты, с которой работают квантователи сигналов и формирователь кадров данных наблюдений, т.е. формирует стабильные импульсы меток времени, называемые обычно сигналом 1PPS (One pulse per second). Каждый импульс 1PPS задерживается на время, равное времени, затрачиваемому на прохождение выборки сигнала от АЦП до выхода формирователя кадров данных, вследствие чего на такое же время смещается и шкала времени таймера в форматере данных наблюдений. В результате в начальный бит потока данных в формате VDIF попадает выборка сигнала, появившаяся в момент поступления импульса очередной секунды. Благодаря этому данные наблюдений в формате VDIF оказываются однозначно определенными на единой шкале времени радиотелескопа, что необходимо для правильного определения задержек принимаемого сигнала на базе радиоинтерферометра.An additional goal is achieved by the fact that between the pulse synchronizer of the seconds and the timer of the imaging frame of the observed data, a pulse delay device is installed. The second pulse synchronizer, triggered by pulses from a primary time sensor (for example, from a GPS / GLONASS receiver) combines the second pulses along the edges with the clock meander with which the signal quantizers and the imager of the observation data work, i.e. generates stable pulses of time stamps, usually called the 1PPS (One pulse per second) signal. Each 1PPS pulse is delayed by the time equal to the time taken to pass the signal sampling from the ADC to the output of the data frame former, as a result of which the timer time scale in the observer data formatter is shifted by the same time. As a result, the signal sampling, which appeared at the moment of arrival of the pulse of the next second, falls into the initial bit of the data stream in VDIF format. Due to this, the VDIF observations are uniquely determined on a single time scale of the radio telescope, which is necessary for the correct determination of the delays of the received signal based on the radio interferometer.
На рисунке показана блок-схема заявленной полезной модели, где обозначено:The figure shows a block diagram of the claimed utility model, where indicated:
1 - канал преобразования сигналов;1 - channel signal conversion;
2 - входной приемно-усилительный тракт;2 - input receiving-amplifying path;
3 - элемент регулировки усиления (аттенюатор);3 - gain control element (attenuator);
4 - аналого-цифровой преобразователь сигналов (АЦП);4 - analog-to-digital signal converter (ADC);
5 - m-канальный распределитель цифровых выборок сигнала;5 - m-channel distributor of digital signal samples;
6 - m-канальный амплитудный квантователь цифровых выборок;6 - m-channel amplitude quantizer of digital samples;
7 - формирователь кадров наблюдаемых данных;7 - frame former observable data;
8 - устройство формирования и передачи выходного потока данных;8 - a device for generating and transmitting an output data stream;
9 - формирователь служебной информации;9 - shaper service information;
10 - контроллер управления каналом;10 - channel control controller;
11 - счетчик импульсов переполнения АЦП;11 - pulse counter overflow ADC;
12 - вычислитель среднего значения выборок сигнала;12 - calculator of the average value of the signal samples;
13 - синхронизатор импульсов секунд (сигналов 1PPS);13 - second pulse synchronizer (1PPS signals);
14 - устройство задержки импульсов секунд;14 - device delay pulses of seconds;
15 - таймер канала;15 - channel timer;
16 - генератор сигналов тактовых частот (ГСТЧ);16 - clock signal generator (GSTCH);
17 - первичный датчик шкалы времени радиотелескопа (например, приемник спутниковых навигационных систем GPS/ГЛОНАСС);17 - the primary sensor of the time scale of the radio telescope (for example, a receiver of satellite navigation systems GPS / GLONASS);
18 - компьютер управления радиотелескопом;18 - computer control radio telescope;
19 - вычислитель среднеквадратического отклонения о выборок сигнала.19 is a calculator of standard deviation of the samples of the signal.
Входной приемно-усилительный тракт 2, АЦП 4, распределитель выборок 5, амплитудный квантователь выборок 6, формирователь кадров наблюдаемых данных 7 и устройство формирования и передачи выходного потока данных 8 соединены последовательно. Вход тракта 2 является входом канала 1, а выход устройства 8 - выходом канала. К выходу распределителя выборок 5 подключены вычислитель СКО 19, соединенный также с m-канальным квантователем 6 и с контроллером управления 10, счетчик импульсов переполнения 11, соединенный выходом с контроллером 10, и вычислитель среднего значения выборок 12, соединенный выходом с АЦП 4 по входу коррекции нулевого уровня кодов выборок. Тактирующие входы АЦП 4 и распределителя выборок 5 подключены к выходу ГСТЧ 16. Другой выход ГСТЧ 16 соединен с тактирующим входом амплитудного квантователя 6 и с синхронизатором импульсов секунд 13, который другим входом соединен с первичным датчиком шкалы времени радиотелескопа 17. К выходу синхронизатора 13 подключено устройство задержки 14, выход которого соединен с таймером 15 формирователя кадров данных 7. С формирователем 7 соединен также формирователь служебной информации 9, соединенный с контроллером управления 10. Контроллер 10 соединен также с компьютером управления радиотелескопом 18 и с элементом регулировки усиления (аттенюатором) 3 в тракте 2.The input receiving-amplifying
Заявленное устройство работает следующим образом. АЦП 4, с тактовой частотой F, получаемой от ГСТЧ 16, преобразует усиленный входной шумовой сигнал в n-битные коды цифровых выборок сигнала, которые содержат 1 бит знака напряжения, n-2 бит амплитуды напряжения и 1 бит переполнения АЦП. Коды выборок сигнала через распределитель 5 поступают в вычислитель СКО 19 и в m-канальный амплитудный квантователь 6, который с тактовой частотой F/m, формирует 2m-битные слова, соответствующие 2-битному амплитудному квантованию напряжения сигнала по пороговым уровням U<-σ, -σ≤U<0, 0≤U<σ и σ≤U, где σ -вычисленное значение СКО. В этой части заявленное устройство работает так же как известное устройство (прототип). Полученные 2m-битные слова переписываются в формирователь кадров наблюдаемых данных 7, который работает в формате VDIF, рекомендуемом для перспективных радиоинтерферометров со сверхдлинными базами.The claimed device operates as follows. The
Формирователь 7 запускается встроенным в него таймером 15 при получении импульса метки времени (сигнала 1PPS), который формируется синхронизатором импульсов секунд 13 и задерживается устройством 14 на время, равное прохождению выборки сигнала от входа АЦП 4 до выхода формирователя 7.Shaper 7 is started by the
Благодаря этому первые два бита начального слова начального кадра данных будут относиться к цифровой выборке, считанной АЦП 4 в момент появления импульса секунд 1PPS. Это обеспечивает жесткую и однозначную привязку данных к шкале времени радиотелескопа.Due to this, the first two bits of the initial word of the initial data frame will refer to the digital sample read by the
Параллельно в формирователе 9 формируется заголовок кадра данных, содержащий служебную информацию, поступающую из компьютера радиотелескопа 18 через контроллер 10. Сформированные служебные данные передаются в формирователь 7, где вводятся в заголовок кадра данных в формате VDIF. Сформированные кадры формата VDIF устройством 8 преобразуются в последовательный поток данных и передаются в устройство буферизации данных на радиотелескопе для последующей трансляции их в центр корреляционной обработки.At the same time, a data frame header is generated in the
Цифровые выборки сигнала распределителем 5 передаются также в вычислитель среднего значения Ucp цифровых выборок сигнала и в счетчик 11 переполнений АЦП. Счетчик 11 подсчитывает долю (процент) переполнений в общей совокупности выборок за установленное время и передает результат в контроллер 10. Если доля переполнений выходит за установленные пределы (например 0.001-0,003), то контроллер 10 выдает код подстройки аттенюатора 3 в усилительном тракте 2, обеспечивая тем самым оптимальный уровень шумового сигнала на входе АЦП 4.Digital samples of the signal by the
Вычислитель среднего значения Uср цифровых выборок 12 в случае отклонений Ucp от нуля больше допустимого значения (например, больше 0,1 цены младшего разряда кода напряжения) вырабатывает команду для смещения нулевого уровня АЦП 4, исключая тем самым, ошибки в вычислении СКО σ и, соответственно, обеспечивая высокое качество амплитудного квантования сигналов в устройстве 6.The average value calculator U cf of
Все регулировки проводятся автоматически по заданной программе.All adjustments are carried out automatically according to a given program.
Устройство может быть реализовано на микросхемах АЦП (например, ADC081500 фирмы National Semiconductor), программируемых логических интегральных схемах (например, XC6SLX100T, Spartan-6 или ХС7К32Т, Kintex-7 Xilinx) и других микросхемах широкого применения. Входной усилительный тракт 2 и ГСТЧ 16 можно изготовить в виде интегрально-гибридных микросборок.The device can be implemented on ADC chips (e.g., National Semiconductor's ADC081500), programmable logic integrated circuits (e.g., XC6SLX100T, Spartan-6 or XC7K32T, Kintex-7 Xilinx) and other general-purpose chips.
По заявленному устройству изготовлены и испытаны в лаборатории и на радиотелескопах РТ-32 два экспериментальных образца. Начата разработка опытных образцов.According to the claimed device, two experimental samples were manufactured and tested in the laboratory and on RT-32 radio telescopes. The development of prototypes has begun.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013104559/08U RU130463U1 (en) | 2013-02-04 | 2013-02-04 | BROADBAND CHANNEL FOR CONVERSION OF SIGNALS FOR RADIO INTERFEROMETER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013104559/08U RU130463U1 (en) | 2013-02-04 | 2013-02-04 | BROADBAND CHANNEL FOR CONVERSION OF SIGNALS FOR RADIO INTERFEROMETER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU130463U1 true RU130463U1 (en) | 2013-07-20 |
Family
ID=48790961
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013104559/08U RU130463U1 (en) | 2013-02-04 | 2013-02-04 | BROADBAND CHANNEL FOR CONVERSION OF SIGNALS FOR RADIO INTERFEROMETER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU130463U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU176177U1 (en) * | 2017-05-03 | 2018-01-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук (ИПА РАН) | BROADBAND SIGNAL TRANSFORMATION AND REGISTRATION SYSTEM FOR RADIOASTRONOMIC INTERFEROMETER |
-
2013
- 2013-02-04 RU RU2013104559/08U patent/RU130463U1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU176177U1 (en) * | 2017-05-03 | 2018-01-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук (ИПА РАН) | BROADBAND SIGNAL TRANSFORMATION AND REGISTRATION SYSTEM FOR RADIOASTRONOMIC INTERFEROMETER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Stairs et al. | Measurement of relativistic orbital decay in the PSR B1534+ 12 binary system | |
Niell et al. | Demonstration of a broadband very long baseline interferometer system: a new instrument for high-precision space geodesy | |
Stairs et al. | Studies of the relativistic binary pulsar PSR B1534+ 12. I. Timing analysis | |
CN101692163B (en) | Method and system for remotely calibrating frequency standards | |
RU2565386C2 (en) | Method, apparatus and system for determining position of object, having global navigation satellite system receiver, by processing non-differential data, similar to carrier phase measurements, and external data similar to ionospheric data | |
CN109633701B (en) | GNSS timing receiver system delay calibration method based on time-keeping laboratory resources | |
CN103472463B (en) | Delay calibration method of satellite navigation receiving set | |
CN110196419B (en) | Pseudo range precision calibration method and system for GNSS signal acquisition playback equipment | |
CN108459331B (en) | Time delay absolute calibration method of multimode satellite navigation receiver | |
RU130463U1 (en) | BROADBAND CHANNEL FOR CONVERSION OF SIGNALS FOR RADIO INTERFEROMETER | |
CN103338024A (en) | Complementation Kalman filtering device and method of time delay in antenna array | |
EP3004993A2 (en) | Time synchronisation control apparatus and method | |
US20160291161A1 (en) | Positioning system, on-board device, and positioning method | |
CN110244332B (en) | Antenna array atmospheric phase disturbance correction method and system | |
RU122810U1 (en) | TRANSFORMATION AND RECORDING SYSTEM FOR RADIO ASTRONOMIC INTERFEROMETER | |
CN117269997A (en) | Baseband signal processing circuit, receiver and baseband signal processing method | |
JP2009216568A (en) | Array antenna system | |
RU156823U1 (en) | SIGNAL CONVERSION CHANNEL FOR RADIO INTERFEROMETER | |
KR20130062660A (en) | Apparatus and method for measuring of radio frequency in interplanetary space | |
Nosov et al. | Extending” Quasar” VLBI-Network: VGOS-compatible Radio Telescope in Svetloe | |
Ramudzuli et al. | Investigation into a GPS time pulse radiator for testing time-stamp accuracy of a radio telescope | |
JP2018514770A (en) | System for processing a signal from a radiator to determine the time of the signal and to determine the position of the radiator, and associated receiving station | |
Swamy et al. | Zero Baseline Analysis for Measurement of NavIC-L5 Signal Quality with Real-Time Data | |
Gardill et al. | Towards wireless ranging and synchronization using cubesat software-defined radio subsystems | |
CN110346653B (en) | Method and device for measuring solar wind dispersion quantity, electronic equipment and medium |