RU196816U1 - SPACE RADIO SYSTEM FOR REGISTRATION OF SPACE RADIO EMISSIONS - Google Patents

SPACE RADIO SYSTEM FOR REGISTRATION OF SPACE RADIO EMISSIONS Download PDF

Info

Publication number
RU196816U1
RU196816U1 RU2019137690U RU2019137690U RU196816U1 RU 196816 U1 RU196816 U1 RU 196816U1 RU 2019137690 U RU2019137690 U RU 2019137690U RU 2019137690 U RU2019137690 U RU 2019137690U RU 196816 U1 RU196816 U1 RU 196816U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
spectrum
noise
spectral
broadband
Prior art date
Application number
RU2019137690U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Ефимович Кольцов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук (ИПА РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук (ИПА РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук (ИПА РАН)
Priority to RU2019137690U priority Critical patent/RU196816U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU196816U1 publication Critical patent/RU196816U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16Spectrum analysis; Fourier analysis
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/18Spectrum analysis; Fourier analysis with provision for recording frequency spectrum

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к радиоастрономической технике, а точнее к цифровым системам регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях.Система содержит широкополосный направленный ответвитель, через боковое плечо которого вводятся шумовые пилот-сигналы от модулируемого генератора шума, приемное устройство с широкой полосой пропускания В, аналого-цифровой преобразователь широкополосного сигнала, демультиплексор, цифровое устройство выделения сигнала с относительно узкой полосой спектра ΔF, узкополосный вычислитель спектров мощности выделенного узкополосного сигнала и компьютер. Спектр сигнала вычисляется методом быстрого преобразования Фурье и по амплитудам с помощью шумовых пилот-сигналов. Чтобы исключить ошибки вычисления амплитуд спектра сигнала, связанные с неравномерностью и с нестабильностью спектра мощности шумовых пилот-сигналов в полосе приема В, к выходу демультиплексора подключены дополнительно вычислитель спектров мощности широкополосного сигнала, переключаемый двухканальный накопитель спектров и устройство вычитания спектров, соединенное выходом с упомянутым компьютером. Переключатель в двухканальном накопителе спектров управляется тем же генератором меандра, которым управляется генератор шумовых пилот-сигналов.Техническим результатом при реализации заявленного решения выступает повышение точности измерения спектров мощности и шумовых температур принимаемого радиоизлучения, а также снижение требований к спектральным характеристикам используемого генератора шума. 1 ил.The utility model relates to radio astronomy technology, and more specifically to digital systems for recording cosmic radio emission in spectral lines. The system contains a broadband directional coupler through which lateral arm noise pilot signals from a modulated noise generator are input, a receiver with a wide passband B, analog-to-digital broadband signal converter, demultiplexer, digital signal extraction device with a relatively narrow spectrum bandwidth ΔF, narrowband computer pektrov power narrowband signal and a dedicated computer. The signal spectrum is calculated by the fast Fourier transform method and by the amplitudes using noise pilot signals. In order to eliminate errors in calculating the amplitudes of the signal spectrum associated with the unevenness and instability of the power spectrum of noise pilot signals in the reception band B, an additional broadband signal power spectrum calculator, a switchable two-channel spectrum storage device, and a spectral subtraction device connected to the output by the computer are connected to the output of the demultiplexer . The switch in the two-channel spectral storage device is controlled by the same meander generator that controls the noise pilot signal generator.The technical result in the implementation of the claimed solution is to increase the accuracy of measuring the power spectra and noise temperatures of the received radio emission, as well as reducing the requirements for the spectral characteristics of the noise generator used. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к радиоастрономической технике, а точнее, к цифровым системам регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях.The utility model relates to radio astronomy technology, and more specifically, to digital systems for recording cosmic radio emission in spectral lines.

Современная система регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях обычно содержит радиоастрономическое приемное устройство (РПУ) с широкой полосой пропускания В0, видеоконвертор, который перестраивается в полосе частот 0÷B0, выделяет и преобразует исследуемый узкополосный сигнал к видеочастотам (ΔF≤32 МГц), и спектрометр с высокой разрешающей способностью по частоте. В радиоастрономии находят применение различные спектрометрические системы (фильтровые, акустооптические, автокорреляционные), но при исследованиях в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн наиболее точные результаты дает применение спектрометров, работающих по принципу быстрого преобразования Фурье (БПФ). К лучшим образцам относится система регистрации радиоизлучения в спектральных линиях, используемая на радиотелескопах РТ-32 (см. патент RU 64386 U1, МПК G01R 23/18, G01R 23/16, опубл. 27.06.2007, Бюл. №18). Спектрометр этой системы содержит аналоговый видеоконвертор, выделяющий сигнал с полосой ΔF, БПФ-вычислитель спектров мощности выделенного сигнала, который сформирован в программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС), и компьютер, который регистрирует спектр мощности исследуемого излучения. Амплитуды вычисляемого спектра калибруются с помощью шумовых импульсов (пилот-сигналов) с небольшой предварительно измеренной шумовой температурой, которые вводятся модулируемым генератором шума (ГШ) в широкополосный приемный канал (см. патент RU 2316775 С1, МПК G01R 23/18, опубл. 10.02.2008, Бюл. №4).A modern system for recording cosmic radio emission in spectral lines usually contains a radio astronomy receiving device (RPU) with a wide passband B 0 , a video converter that tunes in the frequency band 0 ÷ B 0 , selects and converts the studied narrow-band signal to video frequencies (ΔF≤32 MHz), and a high resolution frequency spectrometer. Various spectrometric systems (filter, acousto-optic, autocorrelation) are used in radio astronomy, but in studies in the ranges of decimeter and centimeter waves, the most accurate results are obtained by the use of spectrometers operating on the basis of the fast Fourier transform (FFT). The best samples include a system for recording radio emission in spectral lines used on RT-32 radio telescopes (see patent RU 64386 U1, IPC G01R 23/18, G01R 23/16, published on June 27, 2007, Bull. No. 18). The spectrometer of this system contains an analog video converter emitting a signal with a ΔF band, an FFT calculator of the power spectra of the extracted signal, which is generated in a programmable logic integrated circuit (FPGA), and a computer that records the power spectrum of the radiation under study. The amplitudes of the calculated spectrum are calibrated using noise pulses (pilot signals) with a small pre-measured noise temperature, which are introduced by a modulated noise generator (GS) into the broadband receiving channel (see patent RU 2316775 C1, IPC G01R 23/18, publ. 10.02. 2008, Bull. No. 4).

На небольших радиотелескопах нового поколения, например на РТ-13, применяются системы, в которых оцифровываются широкополосные сигналы промежуточных частот (ПЧ) с полосой В0 до 1 ГГц (см. патенты RU 101842 U1, МПК G01R 21/33, опубл. 27.01.2011, Бюл. №3, или RU 166692 U1, МПК H03D 7/00, G01R 31/28, G01R 23/16, Н04В 17/21, опубл. 10.12.2016, Бюл. №34, или RU 176177 U1, МПК H03D 7/00, опубл. 11.01.2018, Бюл. №2). В таких системах исследуемый сигнал с относительно узкой полосой ΔF выделяется из широкополосного (высокоскоростного) сигнала ПЧ цифровым устройством (см. патент RU 175721 U1, МПК H03D 7/00, опубл. 15.12.2017, Бюл. №35). Спектр мощности выделенного сигнала с относительно узкой полосой ΔF можно измерять с высокой разрешающей способностью узкополосным спектрометром, выполненным по предложенной в патенте RU 64386 U1 схеме.On a new generation of small radio telescopes, for example, on RT-13, systems are used that digitize broadband intermediate frequency (IF) signals with a band of 0 to 1 GHz (see patents RU 101842 U1, IPC G01R 21/33, publ. 27.01. 2011, Bull. No. 3, or RU 166692 U1, IPC H03D 7/00, G01R 31/28, G01R 23/16, Н04В 17/21, publ. 12/10/2016, Bull. No. 34, or RU 176177 U1, IPC H03D 7/00, published on January 11, 2018, Bull. No. 2). In such systems, the studied signal with a relatively narrow band ΔF is extracted from the broadband (high-speed) IF signal by a digital device (see patent RU 175721 U1, IPC H03D 7/00, published on December 15, 2017, Bull. No. 35). The power spectrum of the extracted signal with a relatively narrow band ΔF can be measured with a high resolution narrow-band spectrometer made according to the scheme proposed in patent RU 64386 U1.

По совокупности признаков наиболее близкой к заявляемой системе (прототипом) является предложенная в патенте RU 175721 U1 система, содержащая высокоскоростной аналого-цифровой преобразователь (АЦП), демультиплексор и собранное на ПЛИС устройство цифрового выделения узкополосного сигнала, а также узкополосный спектрометр сигналов видеочастот, выполненный по предложенной в патенте RU 64386 U1 схеме. Схема прототипа содержит последовательно соединенные широкополосный направленный ответвитель, соединенный боковым плечом с модулируемым ГШ, канал РПУ с широкой полосой пропускания В0, высокоскоростной (широкополосный) АЦП, демультиплексор, цифровое устройство выделения узкополосного сигнала и спектрометр. Устройство выделения узкополосного сигнала выполнено на ПЛИС и содержит модуль полифазных фильтров (ПФФ) и цифровые видеоконверторы (ЦВК). Спектрометр составлен из сформированного в ПЛИС узкополосного вычислителя спектров мощности (ВСМ) и компьютера. Синхронизирующий выход узкополосного ВСМ через генератор меандра соединен с управляющим (модулирующим) входом ГШ.By the totality of the features closest to the claimed system (prototype) is the system proposed in patent RU 175721 U1 containing a high-speed analog-to-digital converter (ADC), a demultiplexer and a device for digital extraction of a narrow-band signal assembled on an FPGA, as well as a narrow-band spectrometer of video frequency signals, made according to proposed in the patent RU 64386 U1 scheme. The prototype circuit contains a serially connected broadband directional coupler connected by a side shoulder with a modulated GS, an RPU channel with a wide passband B 0 , a high-speed (broadband) ADC, a demultiplexer, a digital narrow-band signal extraction device, and a spectrometer. A narrowband signal extraction device is made on the FPGA and contains a module of polyphase filters (PFF) and digital video converters (CVC). The spectrometer is composed of a narrowband power spectral computer (HSR) formed in the FPGA and a computer. The synchronizing output of the narrow-band high-speed line through the meander generator is connected to the control (modulating) input of the power supply.

Спектрометр, работающий в полосе видеочастот (ΔF≤32 МГц), вычисляет конвейерным способом (без потерь времени приема радиосигнала) спектры мощности сигнала в полосе анализа ΔF с разрешающей способностью w=ΔF/N, где N - число дискретных частот в вычисляемом спектре. Меандр, которым модулируется (включается/выключается) ГШ, синхронизирован с циклами вычисления спектров. На заданном временном интервале τ раздельно накапливаются и усредняются спектры, вычисленные для разных полупериодов модуляции ГШ. По полученным усредненным спектрам с учетом определенного заранее значения Tn температуры шумовых импульсов, вводимых в канал РПУ от ГШ, вычисляются амплитуды Psi компонентов спектра мощности и шумовые температуры Tsi радиоизлучения, принятого на частотах ƒsi (i=1, …, N - порядковый номер дискретной частоты). Формулы вычислений даны в патенте RU 2316775 С1. Номинальное значение Tn, используемое при вычислениях в качестве масштабирующего множителя, предварительно измеряется радиометром и является средним значением шумовой температуры импульсов пилот-сигнала в полосе пропускания приемного канала.A spectrometer operating in the video frequency band (ΔF≤32 MHz) calculates in a conveyor way (without loss of radio signal reception time) the signal power spectra in the ΔF analysis band with a resolution of w = ΔF / N, where N is the number of discrete frequencies in the calculated spectrum. The meander, which modulates (turns on / off) the GS, is synchronized with the cycles of spectrum calculation. At a given time interval τ, the spectra calculated for different half-periods of the GS modulation are separately accumulated and averaged. Based on the obtained averaged spectra, taking into account the temperature value T n of the noise pulses introduced into the RPU channel from the power supply, the amplitudes P si of the components of the power spectrum and noise temperatures T si of the radio emission received at the frequencies ƒ si (i = 1, ..., N - discrete frequency serial number). The calculation formulas are given in patent RU 2316775 C1. The nominal value of T n used in the calculations as a scaling factor is preliminarily measured by a radiometer and is the average noise temperature of the pilot pulses in the passband of the receiving channel.

Точность определения амплитуд Psi и Tsi спектральных компонентов исследуемого сигнала прямо зависит от того, насколько точно номинальное значение шумовой температуры Tn соответствует истинному значению Tni этой температуры на частоте ƒsi. Поэтому к ГШ предъявляются очень жесткие требования по стабильности и равномерности спектра мощности шумовых импульсов в широкой полосе частот В0, которые очень трудно выполнить на практике. Широко применяемые ГШ на лавинно-пролетных диодах, например, обычно имеют неравномерность спектра мощности в полосе частот В0 ≈ 0,5÷1 ГГц в пределах 3÷4 дБ. Может влиять, хотя и в меньшей степени, и неравномерность коэффициента передачи широкополосного направленного ответвителя, используемого для подключения ГШ. Кроме того, значения Tni могут меняться из-за недостаточной стабильности мощности ГШ при изменениях температуры окружающей среды и напряжений (или токов) электропитания. Таким образом, температуры Tni вводимых в РПУ шумовых импульсов при наблюдениях сигналов на разных частотах могут существенно (до 2÷3 раз) отличаться от номинала Tn.The accuracy of determining the amplitudes P si and T si of the spectral components of the signal under study directly depends on how accurately the nominal value of the noise temperature T n corresponds to the true value T ni of this temperature at a frequency ƒ si . Therefore, very stringent requirements are imposed on the GS for the stability and uniformity of the power spectrum of noise pulses in a wide frequency band B 0 , which are very difficult to fulfill in practice. Widely used GS on avalanche-span diodes, for example, usually have an uneven power spectrum in the frequency band B 0 ≈ 0.5 ÷ 1 GHz within 3 ÷ 4 dB. It may affect, although to a lesser extent, the uneven transmission coefficient of the broadband directional coupler used to connect the power supply. In addition, the values of T ni may vary due to insufficient stability of the power of the mains with changes in ambient temperature and voltage (or current) power supply. Thus, the temperatures T ni of noise pulses introduced into the RPM during the observation of signals at different frequencies can significantly (up to 2–3 times) differ from the nominal value of T n .

Любые отклонения значений Tni от номинала Tn ведут к дополнительным ошибкам при измерениях амплитуд спектральных компонентов исследуемого радиоизлучения. Это ограничивает возможности исследования небольших нестационарностей радиоизлучения наблюдаемого источника. При регистрации радиоизлучения в двух ортогональных поляризациях волн (линейных или круговых) появляется дополнительная ошибка измерений из-за неодинаковых спектров мощности шумовых импульсов в двух два каналах РПУ, содержащих свои ГШ.Any deviations of the values of T ni from the nominal value of T n lead to additional errors when measuring the amplitudes of the spectral components of the investigated radio emission. This limits the possibility of studying small non-stationary radio emissions of the observed source. When registering radio emission in two orthogonal polarizations of the waves (linear or circular), an additional measurement error appears due to the unequal power spectra of the noise pulses in the two two channels of the RPU containing their GS.

Целью заявляемой полезной модели является повышение точности измерения спектров мощности и шумовых температур принимаемого радиоизлучения, а также снижение требований к спектральным характеристикам используемого ГШ.The purpose of the claimed utility model is to increase the accuracy of measuring the power spectra and noise temperatures of the received radio emission, as well as to reduce the requirements for the spectral characteristics of the used GS.

Эта цель достигается тем, что в системе регистрации, содержащей последовательно соединенные широкополосный направленный ответвитель, соединенный боковым плечом с модулируемым ГШ, широкополосное РПУ, высокоскоростной АЦП, демультиплексор, цифровое устройство выделения узкополосного сигнала, узкополосный вычислитель спектров мощности (ВСМ-У) и компьютер, а также генератор меандра, соединенный с тактирующим выходом вычислителя ВСМ-У и с модулирующим входом ГШ, к выходу упомянутого демультиплексора подключены дополнительно последовательно соединенные вычислитель спектров мощности широкополосного сигнала (ВСМ-Ш), переключаемый двухканальный накопитель спектров и устройство вычитания спектров, соединенное выходом с упомянутым компьютером, причем управляющий вход переключателя в двухканальном накопителе спектров соединен с выходом упомянутого генератора меандра. Здесь одновременно с вычислением спектров мощности исследуемого узкополосного сигнала на частоте ƒsi вычисляются спектры мощности и шумовых температур введенных в РПУ импульсов в широкой полосе промежуточных частот (ПЧ) приемного устройства. При этом для амплитудной калибровки спектра сигнала используется не номинальное значение шумовой температуры Tn, а истинное значение шумовой температуры Tni для частоты ƒsi, которое определяется по вычисленному широкополосному спектру мощности шумовых импульсов, вводимых в канал РПУ. Тем самым исключаются ошибки определения амплитуд спектральных компонентов принятого радиоизлучения, которые имеют место при отклонениях реальных шумовых температур Tni от среднего значения Tn.This goal is achieved by the fact that in the registration system containing a serially connected broadband directional coupler connected by a lateral shoulder to a modulated GS, a broadband RPU, a high-speed ADC, a demultiplexer, a digital narrow-band signal extraction device, a narrow-band power spectrum calculator (BCM-U) and a computer, as well as a meander generator connected to the clocking output of the BCM-U computer and to the modulating input of the main oscillator, additionally connected to the output of the said demultiplexer no calculator connected broadband spectra signal strength (VSM-III), switchable dual drive spectra and subtraction device coupled to said computer output, the control input of the switch in dual storage spectra connected to the output of said square wave generator. Here, simultaneously with the calculation of the power spectra of the studied narrow-band signal at a frequency ƒ si, the power and noise temperature spectra of the pulses introduced into the RPM are calculated in a wide band of intermediate frequencies (IF) of the receiving device. In this case, for the amplitude calibration of the signal spectrum, it is not the nominal value of the noise temperature T n that is used, but the true value of the noise temperature T ni for the frequency ƒ si , which is determined by the calculated broadband power spectrum of the noise pulses introduced into the RPU channel. This eliminates errors in determining the amplitudes of the spectral components of the received radio emission, which occur when the deviations of the real noise temperatures T ni from the average value of T n .

На рисунке показана схема заявляемой системы регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях. Здесь обозначено:The figure shows a diagram of the inventive system for recording space radio emission in spectral lines. It is indicated here:

1 - облучатель антенны;1 - antenna feed;

2 - направленный ответвитель;2 - directional coupler;

3 - канал радиоприемного устройства (РПУ) с широкой полосой пропускания В0;3 - channel radio receiving device (RPU) with a wide passband In 0 ;

4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);4 - analog-to-digital Converter (ADC);

5 - демультиплексор;5 - demultiplexer;

6 - цифровое устройство выделения сигнала с относительно узкой полосой ΔF;6 is a digital signal extraction device with a relatively narrow band ΔF;

7 - вычислитель спектров мощности узкополосного сигнала (ВСМ-У);7 - a transmitter of power spectra of a narrow-band signal (BCM-U);

8 - компьютер;8 - computer;

9 - генератор меандра;9 - meander generator;

10 - модулируемый генератор шума (ГШ);10 - modulated noise generator (GS);

11 - вычислитель спектров мощности широкополосного сигнала (ВСМ-Ш);11 - calculator power spectra of a broadband signal (BCM-W);

12 - переключаемый двухканальный накопитель широкополосных спектров;12 - switchable dual-channel storage of broadband spectra;

13 - вычислитель разности спектров.13 - calculator of the difference of the spectra.

Облучатель антенны 1, направленный ответвитель 2, РПУ 3, АЦП 4, демультиплексор 5, цифровое устройство выделения узкополосного сигнала 6, вычислитель спектров мощности узкополосного сигнала 7 и компьютер 8 соединены последовательно. Выход синхронизирующих импульсов вычислителя спектров мощности ВСМ-У 7 соединен с генератором меандра 9, который соединен выходом с управляющим входом ГШ 10 и с управляющим входом переключателя в двухканальном накопителе спектров 12. Выход ГШ 10 подключен к боковому плечу направленного ответвителя 2. К выходу демультиплексора 5 подключены последовательно соединенные вычислитель спектров мощности широкополосного сигнала ВСМ-У 11, переключаемый двухканальный накопитель широкополосных спектров 12 и вычислитель разности спектров 13, соединенный выходом с компьютером 8. Управляющий вход коммутатора двухканального накопителя широкополосных спектров 12 подключен к выходу генератора меандра 9.Antenna irradiator 1, directional coupler 2, RPU 3, ADC 4, demultiplexer 5, digital narrow-band signal extraction device 6, narrow-band signal power calculator 7, and computer 8 are connected in series. The output of the synchronizing pulses of the BCM-U 7 power spectral calculator is connected to the meander generator 9, which is connected by the output to the control input GSh 10 and to the control input of the switch in the dual-channel spectral storage 12. The output GS 10 is connected to the side arm of the directional coupler 2. To the output of the demultiplexer 5 connected in series are the VSM-U 11 broadband signal power spectral calculator, a switchable dual-channel broadband spectral storage device 12, and a spectral difference calculator 13 connected th output to a computer 8. The control input of the two-channel switch drive broadband spectra 12 connected to the output square wave generator 9.

Систему цифровой регистрации сигналов, подключаемую к штатному РПУ радиотелескопа, можно выполнить на микросхемах АЦП и ПЛИС. Цифровое устройство выделения узкополосного сигнала 6 выполняется на ПЛИС по известной схеме (см. патент RU 175721 U1), где используются модуль полифазных фильтров (ПФФ) и перестраиваемый по частоте цифровой видеоконвертор (ЦВК) с полосой пропускания ΔF. Вычислитель спектров мощности ВСМ-У 7 также выполнен по известной схеме (патент RU 64386 U1). Он содержит БПФ-вычислитель спектров на ПЛИС с двухканальным накопителем спектров и с устройством связи с компьютером 8. Вычислитель спектров мощности широкополосного сигнала ВСМ-Ш 11, содержащий несколько параллельно работающих БПФ-вычислителей спектров и выходной формирователь широкополосного спектра, собраны по известной схеме, рассмотренной в описании к патенту RU 101842 U1. Двухканальный накопитель широкополосных спектров 12, имеющий входной переключатель каналов, по своей структуре и выполняемым функциям подобен аналогичному устройству в составе узкополосного вычислителя спектров ВСМ-У 7.The digital signal registration system, connected to the standard RPU of the radio telescope, can be performed on ADC and FPGA chips. The digital device for isolating narrowband signal 6 is performed on the FPGA according to the well-known scheme (see patent RU 175721 U1), where a polyphase filter module (PFF) and a frequency-tunable digital video converter (CVC) with a passband ΔF are used. The power spectrum calculator BCM-U 7 is also made according to the known scheme (patent RU 64386 U1). It contains an FFT spectral calculator on an FPGA with a two-channel spectral storage device and with a communication device with a computer 8. The BCM-W 11 broadband signal power spectra calculator, containing several parallel-working FFT spectrum calculators and an output broadband spectrum shaper, are assembled according to the well-known scheme considered in the description of patent RU 101842 U1. The dual-channel storage device for broadband spectra 12, having an input channel selector, is similar in structure and function to a similar device as part of a narrow-band spectrum calculator BCM-U 7.

Смесь принятого антенной радиосигнала, собственных шумов радиотелескопа в полосе В0 и шумовых импульсов, вводимых в канал РПУ, поступает в АЦП 4, работающий с тактовой частотой дискретизации сигнала FD=2B0. Полученный высокоскоростной цифровой сигнал через демультиплексор 5 вводится в устройство выделения узкополосного сигнала 6 и в широкополосный вычислитель ВСМ-Ш 11. В устройстве 6, содержащем модуль ПФФ и ЦВК, из цифрового сигнала с полосой В0 выделяется узкополосный сигнал, спектр которого занимает полосу частот 0÷F. Полоса анализа ΔF устанавливается примерно вдвое шире спектра исследуемого радиосигнала, так как для амплитудной калибровки спектра принятого радиосигнала необходимы участки, свободные от этого сигнала (см. патент RU 2316775 С1).The mixture of the radio signal received by the antenna, the intrinsic noise of the radio telescope in the B 0 band and the noise pulses introduced into the RPU channel is fed to the ADC 4, which operates with the signal sampling frequency F D = 2B 0 . The obtained high-speed digital signal through a demultiplexer 5 is input to a narrow-band signal extraction device 6 and to a broadband calculator BCM-Ш 11. In a device 6 containing a PFF and CVC module, a narrow-band signal is extracted from a digital signal with a band of 0 , the spectrum of which occupies a frequency band of 0 ÷ F. The analysis band ΔF is set approximately twice as wide as the spectrum of the studied radio signal, since for the amplitude calibration of the spectrum of the received radio signal, sections are required that are free of this signal (see patent RU 2316775 C1).

В ВСМ-У 7 методом БПФ конвейерно (без потерь времени) вычисляются и накапливаются мгновенные спектры мощности узкополосного сигнала p(Fi), где Fi - частота вычисляемого спектра, однозначно определяющая частоту ƒsi принимаемого радиосигнала. В моменты окончания вычисления очередных спектров устройство 6 формирует импульсы, которыми синхронизируется работа генератора меандра 8 и модуляция генератора шума 9. Спектры вычисляются и накапливаются на заданном интервале времени τ раздельно для разных полупериодов модуляции ГШ 10 (при введении в канал РПУ 3 шумовых импульсов и при их отсутствии). Усредненный на интервале времени т спектр мощности сигнала Psi(Fi) регистрируется компьютером 8. Ресурсы ПЛИС, используемой в ВСМ-У 7, ограничивают число спектральных компонентов N вычисляемого спектра и разрешающую способность w=ΔF/N, но при ΔF≤32 МГц необходимую для исследования разрешающую способность (w≈0,1÷1 кГц) можно получить даже при использовании недорогих ПЛИС 4-го или 5-го поколений.In VSM-U 7, the instantaneous power spectra of the narrow-band signal p (F i ) are calculated and accumulated by the FFT method using the FFT method, where F i is the frequency of the calculated spectrum that uniquely determines the frequency ƒ si of the received radio signal. At the end of the calculation of the next spectra, the device 6 generates pulses that synchronize the operation of the meander generator 8 and the modulation of the noise generator 9. The spectra are calculated and accumulated over a given time interval τ separately for different half-periods of modulation GS 10 (when noise pulses are introduced into the channel RPU 3 and at their absence). The signal power spectrum P si (F i ) averaged over the time interval t is recorded by computer 8. The FPGA resources used in the BCM-U 7 limit the number of spectral components N of the calculated spectrum and the resolution w = ΔF / N, but at ΔF≤32 MHz the resolution necessary for the study (w≈0.1 ÷ 1 kHz) can be obtained even when using inexpensive FPGAs of the 4th or 5th generation.

В широкополосном вычислителе ВСМ-Ш 11 конвейерным способом вычисляются мгновенные спектры мощности широкополосного цифрового сигнала, поступающего от демультиплексора 5. Вычисляемые конвейерным способом широкополосные спектры поступают в коммутируемый двухканальный накопитель широкополосных спектров 12, где раздельно накапливаются и усредняются спектры, полученные для разных полупериодов модуляции ГШ 10 (при введении шумовых импульсов в РПУ и при отсутствии их). Это обеспечивает входной коммутатор в накопителе 12, который управляется генератором меандра 9. В результате вычитания накопленных спектров в устройстве 13 формируется широкополосный спектр мощности Pnr(Fr) введенных в РПУ шумовых импульсов, где Fr - дискретная частота с порядковым номером r в широкополосном спектре. Спектр мощности Pnr(Fr) пересчитывается компьютером 8 в спектр шумовых температур Tnrr), пилот-сигналов (импульсов), введенных в канал РПУ от ГШ. Требования по числу спектральных компонентов М вычисляемого широкополосного спектра и по разрешающей способности W=B0/M в данном случае можно снизить (например, до W ≈ 1 МГц), так как мощность шумовых импульсов в полосе В0 обычно меняется волнообразно и плавно, без резких перепадов.In the VSM-Sh 11 broadband computer, the instantaneous power spectra of the broadband digital signal coming from the demultiplexer 5 are calculated by the conveyor method. The broadband spectra calculated by the conveyor method are transmitted to a switched dual-channel storage device of the broadband spectra 12, where the spectra obtained for different half-periods of modulation 10 are separately accumulated and averaged. (with the introduction of noise pulses in the RPU and in the absence of them). This provides an input switch in the drive 12, which is controlled by the meander generator 9. As a result of subtracting the accumulated spectra in the device 13, a broadband power spectrum P nr (F r ) of noise pulses introduced into the RPU is formed, where F r is the discrete frequency with serial number r in the broadband spectrum. The power spectrum P nr (F r ) is recalculated by computer 8 into the spectrum of noise temperatures T nrr ), pilot signals (pulses) introduced into the RPU channel from the power supply. The requirements on the number of spectral components M of the calculated broadband spectrum and on the resolving power W = B 0 / M in this case can be reduced (for example, to W ≈ 1 MHz), since the power of noise pulses in the B 0 band usually changes in waves and smoothly, without sudden changes.

По полученному в ВСМ-У 7 спектру мощности сигнала Psi(Fi) вычисляется спектр шумовых температур Tnisi) принимаемого радиосигнала. Амплитуды спектральных компонентов вычисляются по методике, предложенной в патенте RU 2316775 С1, но в рассматриваемой модели вместо среднего (номинального) значения Tn шумовой температуры пилот-сигналов принимаются вычисленные значения Tnr для частот ƒnr, ближайших к частотам ƒsi исследуемого радиоизлучения. В результате исключаются ошибки вычисления амплитуд спектра регистрируемого сигнала, которые связаны с неравномерностью спектра мощности ГШ в полосе приема В0 и с нестабильностью этой мощности.Using the signal power spectrum P si (F i ) obtained at BCM-U 7, the spectrum of noise temperatures T nisi ) of the received radio signal is calculated. The amplitudes of the spectral components are calculated according to the method proposed in patent RU 2316775 C1, but in the considered model, instead of the average (nominal) value T n of the noise temperature of the pilot signals, the calculated values of T nr are accepted for the frequencies ƒ nr closest to the frequencies ƒ si of the studied radio emission. As a result, errors are eliminated in calculating the amplitudes of the spectrum of the recorded signal, which are associated with the non-uniformity of the power spectrum of the power supply in the reception band B 0 and with the instability of this power.

По заявляемой полезной модели выполнен эскизно-технический проект с изготовлением макета и проведены испытания макета, подтвердившие эффективность предложенного решения. Как показали тестовые наблюдения источников радиоизлучения в спектральных линиях, разброс измеренных амплитуд спектральных компонентов снизился примерно на порядок (с 20÷30% до 2,2%).According to the claimed utility model, a preliminary technical design with the manufacture of a breadboard model has been completed, and breadboard tests have been carried out, confirming the effectiveness of the proposed solution. As shown by test observations of radio emission sources in spectral lines, the scatter of the measured amplitudes of the spectral components decreased by about an order of magnitude (from 20–30% to 2.2%).

Claims (1)

Система регистрации космического радиоизлучения в спектральных линиях, содержащая последовательно соединенные широкополосный направленный ответвитель, соединенный боковым плечом с модулируемым генератором шума, широкополосное приемное устройство, аналого-цифровой преобразователь, демультиплексор, цифровое устройство выделения узкополосного сигнала и узкополосный вычислитель спектров мощности с выходом на компьютер, а также генератор меандра, соединенный с тактирующим выходом узкополосного вычислителя спектров мощности и с модулирующим входом генератора шума, отличающаяся тем, что к выходу упомянутого демультиплексора подключены дополнительно последовательно соединенные вычислитель спектров мощности широкополосного сигнала, переключаемый двухканальный накопитель спектров и устройство вычитания спектров, выполненное с возможностью соединения с компьютером, причем управляющий вход переключателя в двухканальном накопителе спектров соединен с выходом упомянутого генератора меандра.A system for recording cosmic radio emission in spectral lines, comprising a series-connected broadband directional coupler connected to the side shoulder with a modulated noise generator, a broadband receiver, an analog-to-digital converter, a demultiplexer, a digital narrow-band signal extraction device and a narrow-band power spectrum calculator with computer output, and also a meander generator connected to the clock output of the narrow-band power spectrum calculator and to the mode a noise generator input, characterized in that to the output of said demultiplexer there are connected additionally serially connected broadband signal power spectral calculator, a switched two-channel spectral storage device and a spectral subtraction device configured to be connected to a computer, the switch control input in a two-channel spectrum storage device being connected to the output said meander generator.
RU2019137690U 2019-11-21 2019-11-21 SPACE RADIO SYSTEM FOR REGISTRATION OF SPACE RADIO EMISSIONS RU196816U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019137690U RU196816U1 (en) 2019-11-21 2019-11-21 SPACE RADIO SYSTEM FOR REGISTRATION OF SPACE RADIO EMISSIONS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019137690U RU196816U1 (en) 2019-11-21 2019-11-21 SPACE RADIO SYSTEM FOR REGISTRATION OF SPACE RADIO EMISSIONS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU196816U1 true RU196816U1 (en) 2020-03-17

Family

ID=69898014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019137690U RU196816U1 (en) 2019-11-21 2019-11-21 SPACE RADIO SYSTEM FOR REGISTRATION OF SPACE RADIO EMISSIONS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU196816U1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1091089A1 (en) * 1983-01-21 1984-05-07 Горьковский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский радиофизический институт Method of measuring fine structure of solar burst radio emission frequency power spectra
RU64386U1 (en) * 2007-01-31 2007-06-27 Институт Прикладной Астрономии Российской Академии Наук SYSTEM ANALYSIS OF SPECTRA OF NARROWBAND SPACE RADIO EMISSIONS
RU80616U1 (en) * 2008-08-22 2009-02-10 Закрытое акционерное общество "Радиоэлектронная Технологическая Аппаратура" (ЗАО "РЭЛТА") RADIO INTERFEROMETER VIDEO CONVERTER

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1091089A1 (en) * 1983-01-21 1984-05-07 Горьковский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский радиофизический институт Method of measuring fine structure of solar burst radio emission frequency power spectra
RU64386U1 (en) * 2007-01-31 2007-06-27 Институт Прикладной Астрономии Российской Академии Наук SYSTEM ANALYSIS OF SPECTRA OF NARROWBAND SPACE RADIO EMISSIONS
RU80616U1 (en) * 2008-08-22 2009-02-10 Закрытое акционерное общество "Радиоэлектронная Технологическая Аппаратура" (ЗАО "РЭЛТА") RADIO INTERFEROMETER VIDEO CONVERTER

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Диссертация: "СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ В СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЯХ НА ОСНОВЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО БПФ-СПЕКТРОМЕТРА", 2009. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108594013B (en) Broadband instantaneous frequency measurement system based on radio frequency direct sampling
US9791484B2 (en) Measurement and system for performing a calibration
CN102780535B (en) A kind of vector network analyzer Poewr control method based on intermediate frequency detection
WO2018032645A1 (en) Wideband wide-frequency agile signal measurement instrument and measurement method
US9252895B1 (en) System and method of measuring full spectrum of modulated output signal from device under test
CN106886002B (en) Calibration method of spectrum analyzer
CN104122457A (en) Pulse modulation signal phase noise measuring device and method
CN106341195A (en) Calibration system facing radio frequency front end and calibration method
Feldhaus et al. A 1 MHz to 50 GHz direct down-conversion phase noise analyzer with cross-correlation
CN113055108A (en) Method and device for measuring group delay of frequency mixer
US20060223440A1 (en) Low frequency noise source and method of calibration thereof
Subburaj et al. Monitoring architecture for a 76-81ghz radar front end
CN112702237B (en) Method for realizing calculation measurement aiming at time delay and phase difference between channels of MIMO communication system
RU196816U1 (en) SPACE RADIO SYSTEM FOR REGISTRATION OF SPACE RADIO EMISSIONS
CN110581741A (en) Standing wave abnormal position detection method, equipment and medium
CN108459203B (en) Ultra-wideband frequency-sweeping pulse power detection device and method
Rolain et al. Synchronizing modulated NVNA measurements on a dense spectral grid
CN106896263B (en) Broadband radio frequency power measurement system
US9350470B1 (en) Phase slope reference adapted for use in wideband phase spectrum measurements
Kast et al. Traceable mm Wave modulated-signal measurements for OTA test
RU64386U1 (en) SYSTEM ANALYSIS OF SPECTRA OF NARROWBAND SPACE RADIO EMISSIONS
KR101295756B1 (en) A system of analyzing radar using digital spectrum and a method thereof
RU101842U1 (en) BROADBAND RADIOMETER WITH RADIO INTERFERENCE SELECTION
RU2431852C2 (en) Radiometric registration of weak broadband radio signal
Bednorz Group delay and phase measurements at converters and multistage converters without LO access