RU2809995C1 - Multichannel ultra-wideband radio receiver - Google Patents
Multichannel ultra-wideband radio receiver Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809995C1 RU2809995C1 RU2023113910A RU2023113910A RU2809995C1 RU 2809995 C1 RU2809995 C1 RU 2809995C1 RU 2023113910 A RU2023113910 A RU 2023113910A RU 2023113910 A RU2023113910 A RU 2023113910A RU 2809995 C1 RU2809995 C1 RU 2809995C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- frequency
- phase
- receiving
- ultra
- Prior art date
Links
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229920001299 polypropylene fumarate Polymers 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных сверхвысокочастотных (СВЧ) радиоприемных устройствах, в частности в сверхширокополосных авиационных комплексах радиоэлектронного мониторинга, имеющих ограничения по массогабаритным характеристикам и энергопотреблению.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in wideband ultra-high frequency (microwave) radio receiving devices, in particular in ultra-wideband aviation electronic monitoring systems that have restrictions on weight and size characteristics and energy consumption.
Известны многоканальные приемные устройства (А.И. Куприянов, Л.Н. Шустов. «Радиоэлектронная борьба. Основы теории», М.: Вузовская книга. 2011, стр. 92-97). Диапазон рабочих частот приемного устройства разделяется системой электрических фильтров на ряд поддиапазонов. Полосы прозрачности фильтров примыкают друг к другу, а ширина полосы прозрачности каждого фильтра выбирается из условия заданной точности определения частоты и заданной ширины спектра принимаемых сигналов. К недостаткам такого многоканального устройства следует, в первую очередь, отнести необходимость использования в широкополосных приемных устройствах большого числа электрических фильтров. Это приводит к существенному увеличению габаритов и к усложнению аппаратуры.Multi-channel receiving devices are known (A.I. Kupriyanov, L.N. Shustov. “Electronic warfare. Fundamentals of theory,” M.: University Book. 2011, pp. 92-97). The operating frequency range of the receiving device is divided by a system of electrical filters into a number of subbands. The transparency bands of the filters are adjacent to each other, and the width of the transparency band of each filter is selected from the condition of the given frequency determination accuracy and the given spectrum width of the received signals. The disadvantages of such a multichannel device include, first of all, the need to use a large number of electrical filters in broadband receiving devices. This leads to a significant increase in size and complexity of the equipment.
Известен патент RU 2329598 C1 «Радиоприемное устройство и его варианты», опубликован 27.01.2016, принятый за прототип. В прототипе, использующем классические приемы увеличения широкополосности радиоприемного устройства путем совершенствования СВЧ узлов приемников радиосигналов, наращивания рабочей полосы каналов СВЧ-приемников и увеличения их числа, использования матричного способа организации приема радиосигналов в широком диапазоне частот, имеются недостатки:Known patent RU 2329598 C1 “Radio receiving device and its variants”, published on 01/27/2016, accepted as a prototype. The prototype, which uses classical methods of increasing the broadband of a radio receiving device by improving microwave radio signal receiver units, increasing the working bandwidth of microwave receiver channels and increasing their number, and using a matrix method for organizing the reception of radio signals in a wide frequency range, has the following disadvantages:
- не обнаруживается каждый импульс радиолокационной станции (РЛС) противника, работающей с быстрой перестройкой частоты (БПЧ) от импульса к импульсу, и на каждый импульс не ставится помеха, что снижает эффективность радиолокационного обнаружения;- every pulse of an enemy radar station operating with fast frequency agility (FFA) from pulse to pulse is not detected, and each pulse is not interfered with, which reduces the effectiveness of radar detection;
- увеличение пропускной способности достигается существенным, вплоть до неприемлемого, ростом массогабаритных характеристик и энергопотребления.- an increase in throughput is achieved by a significant, even unacceptable, increase in weight and size characteristics and energy consumption.
Технический результат заявляемого изобретения состоит в повышении пропускной способности и уменьшении времени реакции на новые угрозы, отсутствии пропуска угроз и одновременном подавлении целей во всем диапазоне рабочих частот, минимизации аппаратных затрат за счет расширения мгновенной полосы обзора.The technical result of the claimed invention is to increase throughput and reduce response time to new threats, avoid missing threats and simultaneously suppress targets across the entire operating frequency range, and minimize hardware costs by expanding the instantaneous swath.
Для достижения технического результата в многоканальном сверхширокополосном радиоприемном устройстве, содержащем антенну и N приемных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных преселектора, преобразователя рабочей частоты на промежуточную частоту, гетеродинный вход которого соединен с выходом генератора, антенна выполнена в виде приемной антенной системы, представляющей собой многобазовый неэквидистантный n-канальный фазовый интерферометр, в каждом приемном канале преселектор состоит из активного k-канального частотно-избирательного разветвителя и k полосно-пропускающих фильтров, преобразователь рабочей частоты на промежуточную частоту в каждом канале выполнен в виде k квадратурных демодуляторов, квадратурные выходы которых соединены с входами сумматора квадратурных составляющих, квадратурные выходы которого являются квадратурными выходами приемного канала, при этом генератор выполнен в виде модуля гетеродинов, формирующего сетку из k частот, выход модуля гетеродинов через модуль фазовращателей, в котором каждая j-я частотная составляющая гетеродинной сетки частот синфазно разделяется с помощью синфазного делителя мощности на n составляющих, для которых добавляется индивидуальный фазовый сдвиг, соединен с гетеродинными входами преобразователя рабочей частоты на промежуточную частоту.To achieve a technical result in a multi-channel ultra-wideband radio receiving device containing an antenna and N receiving channels, each of which consists of a series-connected preselector, an operating frequency converter to an intermediate frequency, the heterodyne input of which is connected to the output of the generator, the antenna is made in the form of a receiving antenna system representing is a multi-base non-equidistant n-channel phase interferometer, in each receiving channel the preselector consists of an active k-channel frequency-selective splitter and k band-pass filters, the operating frequency converter to the intermediate frequency in each channel is made in the form of k quadrature demodulators, the quadrature outputs of which connected to the inputs of the adder of quadrature components, the quadrature outputs of which are the quadrature outputs of the receiving channel, while the generator is made in the form of a local oscillator module that forms a grid of k frequencies, the output of the local oscillator module through a phase shifter module, in which each j-th frequency component of the heterodyne frequency grid in-phase is divided using a common-mode power divider into n components, for which an individual phase shift is added, connected to the heterodyne inputs of the operating frequency converter to an intermediate frequency.
Изобретение поясняется структурной схемой многоканального сверхширокополосного радиоприемного устройства, показанной на фигуре.The invention is illustrated by a block diagram of a multi-channel ultra-wideband radio receiving device shown in the figure.
На фигуре приняты обозначения:The following designations are used in the figure:
1. Приемная антенная система (ПРМ_АС).1. Receiving antenna system (PRM_AS).
2. Приемные антенны (от A1 до An).2. Receiving antennas (from A 1 to A n ).
3. Радиоприемное устройство (РПУ).3. Radio receiving device (RPU).
4. Активные k канальные частотно-избирательные разветвители (от АЧИР1 до АЧИРn).4. Active k channel frequency-selective splitters (from ACIR 1 to ACIR n ).
5. Полосно-пропускающие фильтры (от ППФ1 до ППФk).5. Bandpass filters (from PPF 1 to PPF k ).
6. Квадратурные демодуляторы (КДМi.j - КДМn.k).6. Quadrature demodulators (QDM ij - QDM nk ).
7. Синфазные сумматоры мощности (от СУМ1 до СУМn).7. Common-mode power adders (from SUM 1 to SUM n ).
8. Модуль фазовращателей (МФВР).8. Phase shifter module (MFSM).
9. Фазовращатели (от Δϕ1 до Δϕn).9. Phase shifters (from Δϕ 1 to Δϕ n ).
10. Синфазные делители мощности (от СДМ1 до СДМk).10. Common-mode power dividers (from SDM 1 to SDM k ).
11. Модуль гетеродинов (МГЕТ).11. Local oscillator module (MGET).
Сигналы присутствующих в эфире радиоэлектронных средств (РЭС) принимаются приемной антенной системой (ПРМ_АС), представляющей собой многобазовый неэквидистантный n-канальный фазовый интерферометр. Следовательно, в ПРМ_АС присутствуют n приемных антенн (A1 - An).Signals from radio electronic equipment (RES) present on the air are received by the receiving antenna system (PRM_AS), which is a multi-base non-equidistant n-channel phase interferometer. Consequently, in PRM_AS there are n receiving antennas (A 1 - A n ).
Принятые в каждом канале сигналы РЭС поступают на РПУ, на преселектор, состоящий из активного k-канального частотно-избирательного разветвителя (АЧИР) и k полосно-пропускающих фильтров (ППФ1 - ППФk).The RES signals received in each channel are sent to the RPU, to the preselector, which consists of an active k-channel frequency-selective splitter (AFS) and k band-pass filters (PPF 1 - PPF k ).
АЧИР обеспечивает компенсацию потерь, возникающую при разветвлении сигналов, и одновременную параллельную работу всех ППФ. За счет этого достигается работа РПУ сразу во всем диапазоне рабочих частот, то есть мгновенная полоса обзора равна диапазону рабочих частот и, следовательно, достигает своего максимально возможного значения, соответствующего максимально возможной пропускной способности.ACIR provides compensation for losses arising from signal branching and simultaneous parallel operation of all PPFs. Due to this, the operation of the RPU is achieved immediately in the entire range of operating frequencies, that is, the instantaneous span is equal to the range of operating frequencies and, therefore, reaches its maximum possible value, corresponding to the maximum possible throughput.
В каждом частотном канале, образованном преселектором, каждого антенного канала с помощью квадратурных демодуляторов (КДМi.j - КДМn.k), где КДМi.j соответствует i-ому приемному каналу и j-тому частотному каналу преселектора , происходит квадратурное преобразование частоты из соответствующего участка диапазона рабочих частот на нулевую промежуточную частоту (ПЧ). На выходе каждого КДМ образуется два квадратурных выхода ПЧ.In each frequency channel formed by the preselector, each antenna channel using quadrature demodulators (QDM ij - QDM nk ), where QDM ij corresponds to the i-th receiving channel and the j-th frequency channel of the preselector , a quadrature frequency conversion occurs from the corresponding section of the operating frequency range to zero intermediate frequency (IF). At the output of each CDM, two quadrature IF outputs are formed.
Для преобразования частоты в КДМ модуль гетеродинов (МГЕТ) формирует сетку из k одновременно работающих частот (f1-fk), своя частота гетеродина для каждого частотного канала преселектора, при этом каждая частота гетеродина настраивается на центральную частоту соответствующего ей ППФ. Таким образом, количество частот k в гетеродинной сетке совпадает с количеством частотных каналов преселектора или количеством ППФ в каждом приемном канале РПУ. Сетка частот с выходом МГЕТ поступает на модуль фазовращателей (МФВР), где каждая j-я частотная составляющая гетеродинной сетки частот синфазно разделяется с помощью синфазного делителя мощности (СДМ) на n составляющих, по числу приемных каналов РПУ. Затем для каждой i-ой составляющей, соответствующей i'-ому приемному каналу РПУ , каждой j-ой частотной составляющей гетеродинной сетки частот, соответствующей j-ому частотному каналу преселектора, добавляется индивидуальный фазовый сдвиг с помощью фазовращателя Δϕi; или фазовый «окрас».To convert frequency to CDM, the local oscillator module (MGET) forms a grid of k simultaneously operating frequencies (f 1 -f k ), its own local oscillator frequency for each frequency channel of the preselector, while each local oscillator frequency is tuned to the central frequency of the corresponding PPF. Thus, the number of frequencies k in the heterodyne grid coincides with the number of frequency channels of the preselector or the number of PPFs in each receiving channel of the RPU. The frequency grid with the MGET output is supplied to the phase shifter module (MFVR), where each j-th frequency component of the heterodyne frequency grid in-phase is divided using a common-mode power divider (CPD) into n components, according to the number of receiving channels of the RPU. Then for each i-th component corresponding to the i'-th receiving channel of the RPU , each j-th frequency component of the heterodyne frequency grid corresponding to the j-th frequency channel of the preselector is added with an individual phase shift using a phase shifter Δϕ i; or phase "color".
Сигналы всех частотных каналов с выходов КДМ в каждом приемном канале суммируются отдельно по каждой квадратурной составляющей синфазными сумматорами мощности (СУМ1-СУМn). В дальнейшем их разделение и отнесение к конкретному гетеродину, с которым произошло преобразование частоты, и, соответственно, отнесение к конкретному частотному каналу, будет производиться за счет фазового «окраса» гетеродинной сетки частот и анализа фазового распределения на выходах РПУ.The signals of all frequency channels from the outputs of the KDM in each receiving channel are summed separately for each quadrature component by in-phase power adders (SUM 1 -SUM n ). In the future, their separation and assignment to a specific local oscillator with which the frequency conversion occurred, and, accordingly, assignment to a specific frequency channel, will be done due to the phase “color” of the heterodyne frequency grid and analysis of the phase distribution at the RPU outputs.
Таким образом, достигается одновременная обработка всего диапазона рабочих частот, занимающего несколько полос промежуточной частоты (ПЧ), без увеличения количества параллельно работающих каналов обработки сигналов.Thus, simultaneous processing of the entire range of operating frequencies, occupying several intermediate frequency (IF) bands, is achieved without increasing the number of parallel signal processing channels.
Пусть многоканальное сверхширокополосное радиоприемное устройство представляет собой многобазовый неэквидистантный n-канальный фазовый интерферометр, в котором приемные антенны (A1-An) расположены на одной линии, а база di соответствует расстоянию между антеннами A1 и Ai и определяется формулой:Let a multi-channel ultra-wideband radio receiving device be a multi-base non-equidistant n-channel phase interferometer, in which the receiving antennas (A 1 -A n ) are located on the same line, and the base d i corresponds to the distance between antennas A 1 and A i and is determined by the formula:
di=d*(i-1)+Δd*(i-1)2, гдеd i =d*(i-1)+Δd*(i-1) 2 , where
d и Δd - рассчитанные константы.d and Δd are calculated constants.
Пусть пеленгация осуществляется в угловом секторе ±β. При этом перенос сигналов из диапазона рабочих частот осуществляется гетеродинной сеткой из k одновременно работающих частот (f1-fk), где каждая j'-я частотная составляющая гетеродинной сетки частот fj синфазно разделяется на n составляющих, по числу приемных каналов РПУ. При этом в каждый i-й приемный канал РПУ все гетеродинные сигналы приходят с фазовым сдвигом (фазовым «окрасом»), определяемым формулой:Let direction finding be carried out in the angular sector ±β. In this case, the transfer of signals from the operating frequency range is carried out by a heterodyne grid of k simultaneously operating frequencies (f 1 -f k ), where each j'-th frequency component of the heterodyne frequency grid f j in-phase is divided into n components, according to the number of receiving channels of the RPU. In this case, in each i-th receiving channel of the RPU all heterodyne signals arrive with a phase shift (phase “color”), determined by the formula:
ri=Δr*(i-1), гдеr i =Δr*(i-1), where
Δr - рассчитанная константа.Δr is the calculated constant.
Тогда измеренная разность фаз между сигналом, принятым i-ым приемным каналом радиоприемного устройства, для сигнала с частотой fc, пришедшего под углом к нормали, проведенной к линии расположения приемных антенн, определяется формулой:Then the measured phase difference between the signal received by the i-th receiving channel of the radio receiver, for a signal with frequency f c , arriving at an angle to the normal drawn to the line of location of the receiving antennas, is determined by the formula:
, где , Where
с=3 108 м/с - скорость света;c=3 10 8 m/s - speed of light;
- частота гетеродина из гетеродинной сетки частот, с которой произошло преобразование частоты сигнала на нулевую ПЧ; - local oscillator frequency from the heterodyne frequency grid from which the signal frequency was converted to zero IF;
trunk(a) - функция взятия целой части числа а.trunk(a) - function of taking the integer part of the number a.
Фазовое распределение принятого сигнала по каналам радиоприемного устройства по формуле (1) является набором исходных данных для решения задачи обнаружения сигнала и измерения его частоты (определения частоты гетеродина из гетеродинной сетки частот, с которой произошло преобразование частоты сигнала на нулевую ПЧ) и пеленга. Для решения этой задачи необходимо вычислить условную вероятность приема сигнала как функцию направления прихода сигнала и частоты гетеродина, являющуюся по сути функцией правдоподобия, определяемую формулой:The phase distribution of the received signal over the channels of a radio receiver according to formula (1) is a set of initial data for solving the problem of detecting a signal and measuring its frequency (determining the local oscillator frequency from the heterodyne frequency grid from which the signal frequency was converted to zero IF) and bearing. To solve this problem, it is necessary to calculate the conditional probability of signal reception as a function of the direction of arrival of the signal and the local oscillator frequency, which is essentially a likelihood function defined by the formula:
, где , Where
β - направление прихода сигнала;β - direction of signal arrival;
ƒ - частота гетеродина;ƒ - local oscillator frequency;
w(i, β, ƒ) - опорная функция, определяемая формулой:.w(i, β, ƒ) - support function defined by the formula: .
Функция правдоподобия по формуле (2) вычисляется для всего возможного диапазона изменений направлений прихода сигналов и частот гетеродинов. Дискрет изменения направления прихода сигнала при вычислении функции правдоподобия целесообразно выбрать равным не более половины максимальной заданной ошибки пеленгования, но не менее значения, при котором вычислительный процесс станет неприемлемо долгим. Дискрет изменения частоты гетеродина должен соответствовать дискрету гетеродинной сетки. Искомые значения направления прихода сигнала и частоты гетеродина определяются по критерию превышения функцией правдоподобия принятого порогового значения.The likelihood function according to formula (2) is calculated for the entire possible range of changes in the directions of arrival of signals and frequencies of local oscillators. It is advisable to select the discrete change in the direction of signal arrival when calculating the likelihood function to be equal to no more than half of the maximum specified direction finding error, but not less than the value at which the computational process will become unacceptably long. The discrete change in the local oscillator frequency must correspond to the discrete local oscillator grid. The desired values of the direction of signal arrival and the local oscillator frequency are determined by the criterion of the likelihood function exceeding the accepted threshold value.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2809995C1 true RU2809995C1 (en) | 2023-12-21 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2329598C2 (en) * | 2006-06-23 | 2008-07-20 | Андрей Леонидович Демин | Radio receiving equipment and options |
RU90634U1 (en) * | 2009-10-26 | 2010-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения | MULTI-CHANNEL RADIO RECEIVER |
RU122218U1 (en) * | 2012-05-22 | 2012-11-20 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | MULTICHANNEL DIGITAL RADIO RECEIVER |
CN106533472A (en) * | 2016-11-24 | 2017-03-22 | 中国科学院微电子研究所 | Ultra-wide frequency band universal receiver |
CN110429940A (en) * | 2019-07-29 | 2019-11-08 | 中国电子科技集团公司第七研究所 | A kind of full frequency band electromagnetic spectrum monitoring system based on ultra-wideband antenna |
CN113381779A (en) * | 2021-06-15 | 2021-09-10 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | Ultra-wideband receiver |
CN115499025A (en) * | 2022-11-18 | 2022-12-20 | 成都广众科技有限公司 | Ultra-wideband radio frequency receiving module |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2329598C2 (en) * | 2006-06-23 | 2008-07-20 | Андрей Леонидович Демин | Radio receiving equipment and options |
RU90634U1 (en) * | 2009-10-26 | 2010-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения | MULTI-CHANNEL RADIO RECEIVER |
RU122218U1 (en) * | 2012-05-22 | 2012-11-20 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | MULTICHANNEL DIGITAL RADIO RECEIVER |
CN106533472A (en) * | 2016-11-24 | 2017-03-22 | 中国科学院微电子研究所 | Ultra-wide frequency band universal receiver |
CN110429940A (en) * | 2019-07-29 | 2019-11-08 | 中国电子科技集团公司第七研究所 | A kind of full frequency band electromagnetic spectrum monitoring system based on ultra-wideband antenna |
CN113381779A (en) * | 2021-06-15 | 2021-09-10 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | Ultra-wideband receiver |
CN115499025A (en) * | 2022-11-18 | 2022-12-20 | 成都广众科技有限公司 | Ultra-wideband radio frequency receiving module |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3202990A (en) | Intermediate frequency side-lobe canceller | |
CN108414966B (en) | Broadband linear frequency modulation signal direction finding system and method based on time modulation | |
CN109116306B (en) | Method for forming transmitting digital wave beam of multi-carrier broadband signal | |
US20120115429A1 (en) | Method and wideband antenna system to minimise the influence of interference sources | |
US9899736B2 (en) | Low cost active antenna system | |
CN113162670A (en) | Digital multi-beam correction and synthesis method | |
RU2661334C1 (en) | Tranceiver module of radio-technical signals | |
Wang et al. | Optimum sparse array design for multiple beamformers with common receiver | |
CN111342911B (en) | Method and apparatus for calibrating radio frequency link | |
RU2809995C1 (en) | Multichannel ultra-wideband radio receiver | |
US8737909B2 (en) | Digital processing for co-site interference mitigation | |
KR20150052565A (en) | Apparatus and method for transmitting and receivig a sigal using multi beams in a wireless communication system | |
Wang et al. | Interpolation based wideband beamforming architecture | |
US8755367B2 (en) | Multi-channel reception system including a superheterodyne-type receiver associated with spectral analysers with instantaneous bandwidth | |
Aberman et al. | Adaptive frequency allocation in radar imaging: Towards cognitive SAR | |
RU2341811C1 (en) | Method of finding direction of radio signals and direction finder to this end | |
RU179926U1 (en) | INTERFERABLE NAVIGATION SYSTEM | |
RU144831U1 (en) | GSM STANDARD RADAR STATION WITH THIRD-PART LIGHTING OF GSM STANDARD COMMUNICATION NETWORKS | |
CN1194508A (en) | Frequency-hopping signal direction finding and intercept receiving method based on first-order bandpass sampling | |
KR102478751B1 (en) | Estimation device of radar direction of arrival based on time division analog to digital converter, and method thereof | |
RU2580933C1 (en) | Method of determining range to radio source | |
Avdieienko et al. | Application of Spatial Signal Processing by the Form of the Electromagnetic Wave Phase Front in Wireless Communication Systems | |
Urzaiz et al. | Design of radio frequency subsystems of a ubiquitous radar in X band | |
CN115980678A (en) | Frequency and direction measuring method, device, equipment and medium with flexibility and large instantaneous bandwidth | |
RU2765484C2 (en) | Method for direction finding and device implementing thereof |