Способ компенсации фазовых искажений в многоканальных системах аналого-цифрового преобразования сигналов и устройство для его реализации Российский патент 2020 года по МПК G01S7/40 H03M1/10 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в стендовой аппаратуре для отработки устройств приема и обработки радиосигналов, а также устройство может быть использовано в составе рабочей аппаратуры для устранения фазовой неравномерности каналов приема радиолокационных сигналов.

В многофункциональных радиолокационных станциях устройства обработки сигналов, в состав которых входит устройство преобразование сигналов из аналоговой формы в цифровую, строятся как многоканальные системы. Эти системы требуют определенных (постоянных) фазовых соотношений между каналами. Однако, даже небольшая разница в длинах кабелей и фазовых характеристик усилителей и фильтров может создавать задержки или фазовые сдвиги. Кроме того, фаза сигнала зависит от частоты и температуры. Таким образом, необходимо обеспечить постоянные фазовые соотношения в каналах многоканальной системы.

Известны способ и устройство, описанные в статье Гребенко Ю.А, Поляк Р.И. «Линеаризация фазочастотной характеристики фильтра нижних частот» // Вестник МЭИ, 2015, №3, с. 90-94 и Гребенко Ю.А., Сое Минн Тху «Метод расчета по НЧ-прототипу цифровых фильтров нижних частот с линейными ФЧХ» // Современная наука: Актуальные проблемы и решения, 2017, №3(34), с. 36-42, характеризующиеся линеаризацией фазочастотной характеристики (ФЧХ) цифровых и аналоговых фильтров с помощью применения цифровых фильтров.

Известные способ и устройство, рассмотренные в указанных выше теоретических статьях, показывают возможность компенсации фазовых искажений, вносимых фильтрами, путем линеаризации ФЧХ, но недостаточны для практического использования, особенно, для многоканальных систем и требуют дополнительного творчества с конкретизацией технического решения до уровня электрической схемы, в том числе для выполнения требования промышленной применимости. Более того, заявляемое изобретение отличается от указанных выше способа и устройства тем, что обеспечивает возможность компенсации фазовых искажений, вносимых трактом аналого-цифрового преобразования (АЦП) сигнала в канале системы АЦП, а не отдельным фильтром.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемым способу и устройству является изобретение «Формирователь последовательности радиоимпульсов с большим динамическим диапазоном» (см. заявку №2018109235 от 15.03.2018 г. по МПК G01S 13/00, по которой выдан патент №2672050 на одноименное изобретение), характеризующееся, в части способа, выработкой с помощью формирователя последовательности радиоимпульсов требуемого воздействия на систему аналого-цифрового преобразования и снятием с ее выхода реакции для анализа на ПЭВМ.

Известные способ и устройство содержат панель управления, формирователь последовательности радиоимпульсов (ФПРИ), формирователь огибающей последовательности радиоимпульсов (ПРИ), генератор несущей опорной частоты, модулятор и аттенюатор. Выход рассматриваемого устройства является радиоиммитационным и используется для подачи радиосигналов на настраиваемую систему аналого-цифрового преобразования сигналов. На панели управления расположены органы управления, определяющие: непрерывную или конечную ПРИ, длительность радиоимпульсов и период повторения. Система АЦП группой выходов связана с платой сбора данных и ПЭВМ.

Недостатком известных способа и устройства является отсутствие возможности выявления и компенсации фазовых искажений в многоканальных системах АЦП.

Техническим результатом заявляемого изобретения является реализация возможности выявления и компенсации фазовых искажений в каналах многоканальной системы АЦП, входящей в состав устройств приема и обработки радиолокационных сигналов, осуществляемой путем линеаризации фазочастотной характеристики в заданной полосе пропускания радиосигналов для каждого из каналов многоканальной системы.

Указанный технический результат достигается тем, что способ компенсации фазовых искажений в многоканальных системах АЦП основывается на формировании требуемого воздействия на систему аналого-цифрового преобразования с помощью формирователя последовательности радиоимпульсов и на снятии с ее выхода цифровых откликов для анализа на ПЭВМ. Используют стенд для настройки, обеспечивающий поочередную установку настраиваемых канальных ячеек указанной системы АЦП, при этом настройку каждой канальной ячейки системы АЦП осуществляют в два этапа. На первом этапе, по результатам анализа цифровых кодов от настраиваемой канальной ячейки АЦП, определяют фазочастотную характеристику (ФЧХ), амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) и групповое время задержки (ГВЗ) тракта аналого-цифрового преобразования сигнала. На втором этапе осуществляют, по результатам анализа ФЧХ, АЧХ и ГВЗ в ПЭВМ, линеаризацию ФЧХ в рабочей полосе пропускания для настраиваемой канальной ячейки АЦП. В качестве воздействия с выхода ФПРИ на вход канальной ячейки АЦП подают короткий видеоимпульс, представляющий собой дельта-функцию. В ПЭВМ для этой ячейки вычисляют индивидуальные компенсационные коэффициенты, которые передают из ПЭВМ с помощью устройства сопряжения и запоминают в памяти коэффициентов в узле линеаризации данной канальной ячейки для последующей линеаризации ФЧХ в заданной полосе пропускания. Указанные коэффициенты запоминают в памяти ОЗУ в узле линеаризации на длительное время для возможности линеаризации ФЧХ при произвольных входных воздействиях. На втором этапе настройки канальной ячейки АЦП, преобразование цифровых выборок с выхода настраиваемой канальной ячейки в узле линеаризации осуществляют последовательно с помощью компенсационного фильтра. На вход цепочки из сдвиговых регистров фильтра подают выборки, а с соответствующих промежуточных выходов цепочки снимают цифровые данные и перемножают с соответствующими коэффициентами, считываемыми из памяти коэффициентов узла линеаризации. Полученные произведения суммируют на сумматоре узла линеаризации и получают на выходе данной канальной ячейки сигнал, имеющий линеаризованную ФЧХ в рабочей полосе пропускания сигнала. Далее повторяют процедуру в условиях действия компенсационных коэффициентов и при необходимости уточняют их. Аналогичным образом настраивают другие канальные ячейки системы АЦП, запоминая индивидуальные компенсационные коэффициенты в узле линеаризации каждой канальной ячейки. После проведения линеаризации все настраиваемые канальные ячейки устанавливают в рабочую многоканальную систему АЦП для использования по своему назначению.

Технический результат достигается также тем, что устройство компенсации фазовых искажений в многоканальных системах аналого-цифрового преобразования сигналов, содержит формирователь последовательности радиоимпульсов в составе панели управления, формирователя огибающей последовательности радиоимпульсов (ПРИ) и последовательно соединенных генератора несущей частоты, модулятора и первого аттенюатора, причем группа выходов панели управления соединена с соответствующей группой входов формирователя огибающей ПРИ, группа выходов которого соединена с управляющей группой входов модулятора, на панели управления расположены органы управления, назначающие непрерывную или конечную ПРИ с различной длительностью радиоимпульсов и различным периодом повторения импульсов, а также устройство содержит плату сбора данных (ПС), ПЭВМ, формирователь частоты дискретизации (ФЧД) и устройство сопряжения (УС) в составе микроконтроллера (МК) и узла интерфейса, при этом ФПРИ, ПС, ФЧД, ЭВМ и УС вместе с разъемом для установки настраиваемой канальной ячейки составляют стенд для настройки ячейки, причем группа информационных выходов настраиваемой ячейки соединена с одноименной группой входов ПС, выход которой соединен с входом ПЭВМ, выводы которой связаны с узлом интерфейса, выводы которого соединены с соответствующими выводами МК, группа выходов которого соединена с группой входов настраиваемой ячейки, конструктивно заявляемое устройство составляет стенд и вынесенную часть, размещенную в каждой настраиваемой ячейке дополнительно к ее рабочему каналу, состоящему из последовательно соединенных ключа, второго аттенюатора, полосового фильтра, операционного усилителя и АЦП, первый и второй входы ключа соединены с выходами первого аттенюатора и формирователя огибающей ПРИ соответственно, причем вынесенная часть содержит узел линеаризации, содержащий компенсационный фильтр в составе памяти коэффициентов компенсации, цепочки последовательно соединенных сдвиговых регистров, цепочки умножителей и сумматора, первый мультиплексор, блок записи выборок в оперативное запоминающее устройство в составе двух триггеров, счетчика адресов записи, счетчика адресов чтения, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и второго мультиплексора, схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), регистр и буфер, группа выходов которого при установленной на стенд настраиваемой ячейке соединена с группой входов ПС, причем вход генератора несущей частоты соединен с первым выходом ФЧД, второй выход которого соединен со вторым входом АЦП, а его выход - через ФАПЧ с входами регистра и буфера, первыми входами всех сдвиговых регистров, первого и второго триггера, счетчика адресов записи и счетчика адресов чтения, группа выходов АЦП поразрядно соединена с группами входов регистра, первого сдвигового регистра, первой группой входов первого мультиплексора, вход управления которого соединен со вторым выходом МК, первый выход которого соединен со вторыми входами всех сдвиговых регистров, первого и второго триггера, счетчика адресов записи и счетчика адресов чтения, кроме того выход каждого сдвигового регистра соединен по ранжиру с соответствующими первыми входами умножителей, группы выходов которых соединены с соответствующими группами входов сумматора, группа выходов которого соединена со второй группой входов первого мультиплексора, группа выходов которого соединена с первой группой входов ОЗУ, вторая группа входов которого соединена с группой выходов счетчика адресов записи, а третья группа входов ОЗУ соединена с группой выходов счетчика адресов чтения, причем группа выходов ОЗУ соединена через второй мультиплексор с группами входов МК и блока памяти коэффициентов, группы выходов которого соединены по ранжиру со вторыми группами входов всех умножителей, выход первого триггера соединен с третьим входом счетчика адресов чтения, а выход счетчика адресов чтения соединен со вторым входом второго триггера, выход которого соединен со вторым входом второго мультиплексора, второй вход первого триггера соединен с третьим выходом МК, а четвертый и пятый выходы МК соединены с третьим и четвертым входом счетчика адресов чтения соответственно, причем группа выходов первого мультиплексора является информационным выходом устройства.

Представлены на:

- фиг. 1 - электрическая структурная схема заявляемого устройства компенсации фазовых искажений в трактах аналого-цифрового преобразования;

- фиг. 2 - график АЧХ, ФЧХ исследуемого тракта до линеаризации (а) и после применения линеаризации (б);

- фиг. 3 - график ГВЗ исследуемого тракта до линеаризации (а) и после применения линеаризации (б).

Заявляемое устройство содержит формирователь последовательности радиоимпульсов 1, настраиваемую канальную ячейку 2, плату сбора 3, устройство сопряжения 4, ПЭВМ 5, формирователь частоты дискретизации 6, разъем 7 с группой контактов 7.1, 7.2, разъем 8 с группой контактов 8.1-8.4, разъем 9, высокочастотный кабель 10, нуль-модемный кабель 11 и USB-кабель 12. В состав ФПРИ 1 входят: генератор несущей частоты 1.1, модулятор 1.2, первый аттенюатор 1.3, формирователь огибающей радиоимпульсов 1.4 и панель управления 1.5. В состав настраиваемой канальной ячейки 2 входят: ключ 2.1, второй аттенюатор 2.2, полосовой фильтр 2.3, усилитель 2.4, аналого-цифровой преобразователь 2.5, узел линеаризации (УЛ) 2.6 и буфер 2.7. УЛ 2.6 содержит: ФАПЧ 2.6.1, компенсационный фильтр 2.6.2, первый мультиплексор 2.6.3, регистр 2.6.4, блок записи выборок в ОЗУ 2.6.5 и буфер 2.7. Компенсационный фильтр 2.6.2 состоит из: сдвиговых регистров 2.6.2.1-2.6.2.21, памяти для хранения коэффициентов фильтра 2.6.2.22, умножителей 2.6.2.23-2.6.2.44, сумматора 2.6.2.45. Блок записи выборок в ОЗУ 2.6.5 содержит: триггеры 2.6.5.1 и 2.6.5.6, счетчик адресов записи 2.6.5.2, счетчик адресов чтения 2.6.5.3, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 2.6.5.4, второй мультиплексор 2.6.5.6. Интерфейс RS-232 4.1 и микроконтроллер 4.2 входят в состав устройства сопряжения 4.

Настраиваемая канальная ячейка 2 с элементами 2.1-2.7 и стенд для настройки ячейки (все остальные элементы: 1,3-12) входят в состав заявляемого устройства. Находящиеся в составе канальной ячейки 2 элементы 2.6.5 и 2.7 используют только для ее настройки, а остальные элементы - и для настройки, и для использования в составе многоканальной системы АЦП многофункционального радиолокатора. Для настройки канальных ячеек 2 их поочередно устанавливают на стенд (подробнее рассматривается ниже).

Как показано на фиг. 1, ФРПИ 1 подключается к настраиваемой канальной ячейке 2 с помощью групп контактов 8.1, 8.2 и 8.3 разъема 8. С использованием группы контактов 8.3 передаются команды управления для ключа 2.1 и параметры для второго аттенюатора 2.2, а с использованием группы контактов 8.1 и 8.2 передается тестовый сигнал. Частота дискретизации от ФЧД 6 поступает на настраиваемую ячейку с помощью группы контактов 8.4, а на ФПРИ с помощью кабеля 10 с высокочастотными разъемами. Устройство сопряжения 4 подключается к ячейке 2 с помощью группы разъемов 7.2. Обмен данными между устройством сопряжения 4 и ПК 5 осуществляется с использованием нуль-модемного кабеля 11. Плата сбора 3 подключается к настраиваемой ячейке 2 с помощью низкочастотного разъема 9, а к ПК 5 с помощью USB-кабеля 12. Группа контактов 7.1 используется как информационный выход канальной ячейки при работе ячейки в составе многоканальной системы АГЩ.

В изобретении используются элементы широкого применения. Например, в качестве генератора несущей частоты 1.1 и формирователя частоты дискретизации 6 используется высокочастотный прецизионный кварцевый генератор ГК87-ТС фирмы «Морион» (www.morion.ru). Как аналог генератора ГК87-ТС можно использовать миниатюрный высокочастотный прецизионный малошумящий кварцевый генератор ГК219-ТС с предельно возможными уровнями значений относительной спектральной плотности фазовых шумов. В качестве аналогового ключа 1.2 применяют отечественный ключ 6400КХ014, ОАО «ОКБ-Планета» (www.okbplaneta.ru) или можно использовать MASWSS0192 фирмы М/А-СОМ (www.macom.com). В качестве ключа 2.1 применяется ключ с высокой изоляцией RSW-2-25P фирмы Mini-Circuits (www.minicircuits.com) или НМС8038 фирмы Analog Devices (www.analog.com), а как аналог можно выбирать ключ с высокой изоляцией и с большим быстродействием и линейностью. В качестве второго аттенюатора 2.2 можно использовать 1338ХК8У со встроенной схемой управления фирмы ОАО «НИИМА «Прогресс» (www.mri-progress.ru) или АТ65-0106 фирмы М/А-СОМ (www.macom.com). В качестве фильтра 2.3 можно использовать 6MMB5-60/U6-1.0 компании K&L Microwave (www.klmicrowave.com) или отечественный фильтр 8ФП-60-10/3 ПИМЖ.468823.003 ЗАО «НИТИ - «Авангард» (www.nitiavangard.ru). В качестве АЦП 2.5 используется LTC2206 фирмы Linear Technology (Analog Devices) или отечественный 14-разрядный конвейерный АЦП 5101НВ015 предприятия АО «ПКК «Миландр» (www.milamdr.m) с соответствующим специализированным усилителем для АЦП 2.4. В качестве ФАПЧ 2.6.1 можно использовать микросхему 1508МТ015 предприятия АО «ПКК «Миландр». В качестве сдвиговых регистров 2.6.2.1-2.6.2.21 можно использовать микросхемы 5584ИР8Т фирмы ОАО «Интеграл» (www.integral.by/ru). В качестве блока памяти для коэффициентов фильтра 2.6.2.22 можно использовать микросхемы 1802ИР1 фирмы ОАО «НИИМЭ и «Микрон». В качестве умножителей 2.6.2.23-2.6.2.44 можно использовать микросхемы 1802 ВР5 фирмы ОАО «НИИМЭ и «Микрон». В качестве сумматора 2.6.2.45 можно использовать микросхемы 1802ИМ1 фирмы ОАО «НИИМЭ и «Микрон». В качестве мультиплексоров 2.6.3 и 2.6.5.6 можно использовать микросхемы 5584КП11 фирмы ОАО «Интеграл». В качестве буфера 2.7 можно использовать микросхему SN74ALVCH16825DL фирмы Texas Instruments (www.ti.com). В качестве триггеров 2.6.5.1 и 2.6.5.5 можно использовать микросхемы 5584ТМ2 фирмы ОАО «Интеграл». В качестве счетчиков 2.6.5.2 и 2.6.5.3 можно использовать микросхемы 561ИЕ16 фирмы ОАО «Интеграл». В качестве памяти ОЗУ 2.6.5.4 можно использовать микросхемы 1645РУ5У фирмы ЗАО «ПКК «Миландр». Либо, в качестве узла линеаризации 2.6, можно использовать микросхему ПЛИС фирмы Altera (www.altera.com) EP20K300EQI240-2X или любые другие микросхемы ПЛИС, имеющие объем встроенной памяти не менее 8Кх16 бит.В качестве микросхемы для интерфейса RS-232 можно использовать микросхему ADM202JN фирмы Analog Devices. В качестве микроконтроллера 4.2 можно использовать микросхему ATMega8515 фирмы Atmel (www.microchip.com). Остальные используемые элементы являются элементами широкого применения. Чтобы не затенять существенные элементы и связи устройства, на фиг. 1 не показаны элементы, не имеющие существенного значения в рамках данной заявки, такие как: цепи питания, элементы, препятствующие наводкам, согласующие элементы.

Способ осуществляется следующим образом:

Способ компенсации фазовых искажений в многоканальных системах аналого-цифрового преобразования сигналов может использоваться для предварительной настройки канальных ячеек многоканальной системы АЦП вне системы использования на настроечном стенде. В многоканальной системе АЦП используют несколько одинаковых взаимозаменяемых канальных ячеек АЦП, которые с помощью разъемов устанавливаются в одном или нескольких блоках рабочей системы АЦП. В рассматриваемом способе осуществляют поочередную настройку канальных ячеек 2 на стенде (элементы 1, 3, 4, 5 и 6 на фиг. 1). Настройку каждой канальной ячейки системы АЦП осуществляют в два этапа.

На первом этапе, после установки ячейки 2 на стенд (элементы 1, 3, 4, 5 и 6 на фиг. 1), с выхода ФПРИ 1 на вход настраиваемой канальной ячейки 2 подается тестовый сигнал - короткий видеоимпульс, представляющий собой дельта-функцию. Аналогично прохождению дельта-функции через фильтр, при прохождении тестового сигнала через тракт канальной ячейки 2 с выхода 7.2 ячейки снимают реакцию на это воздействие - цифровые коды, представляющие собой отсчеты импульсной характеристики тракта канальной ячейки. Цифровые коды с выхода 7.2 канальной ячейки передаются в ПЭВМ 5 с помощью устройства сопряжения 4, содержащего интерфейс RS-232 4.1 и микроконтроллер 4.2. Анализ полученных цифровых кодов от канальной ячейки АЦП выполняется с помощью ПО «Программа вычисления компенсационных коэффициентов и обмена с устройством компенсации фазовых искажений в системах аналого-цифрового преобразования сигналов». Используемое ПО для ПЭВМ 5 и микроконтроллера 4.2 выходят за рамки данного изобретения и здесь не рассматриваются. С помощью указанного ПО цифровые коды фильтруются по заданному пороговому уровню, масштабируются и сохраняются в памяти ПЭВМ 5 в виде текстового файла с значениями цифровых кодов. Пороговый уровень выбирается как 0,6% от максимального значения. По полученным значениям цифровых кодов (отсчеты импульсной характеристики тракта ячейки 2) для контроля работы линеаризующего фильтра 2.6.2 определяют амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) (1), фазочастотную характеристику (ФЧХ) (2) и групповое время задержки (ГВЗ) (5) тракта канальной ячейки 2. Вычисление указанных характеристик тракта канальной ячейки можно выполнить с помощью ПО MATLAB (Signal Processing Toolbox: функция fvtool). В ПО «Программа вычисления компенсационных коэффициентов и обмена с устройством компенсации фазовых искажений в системах аналого-цифрового преобразования сигналов» вычисляются индивидуальные компенсационные коэффициенты - значения цифровых кодов, полученных от канальной ячейки 2, взятые в обратном порядке следования. Компенсационные коэффициенты передаются в канальную ячейку, а именно в память коэффициентов компенсационного фильтра 2.6.2.22. Компенсационный фильтр 2.6.2 представляет собой цифровой фильтр с обратным порядком следования коэффициентов и реализуется в блоке линеаризации 2.6. Для контроля правильности работы компенсационного фильтра вычисляют его АЧХ (3), ФЧХ (4) и ГВЗ (5) по значениям компенсационных коэффициентов. При последовательном соединении тракта канальной ячейки 2 и линеаризующего фильтра 2.6.2 их АЧХ перемножаются (6), а ФЧХ суммируются (7). Таким образом, ФЧХ каскадного соединения тракта канальной ячейки и линеаризующего фильтра в полосе пропускания становится линейной. АЧХ тракта канальной ячейки определяют по формуле:

где А(ϕ)=(b₀+(b₁cos ϕ)+(b₂cos 2ϕ)+…+(b_ncos nϕ),

В(ϕ)=(b₁sin ϕ)+(b₂sin 2ϕ)+…+(b_nsin nϕ),

b₀, b₁, … b_n - значения отсчетов импульсной характеристики тракта канальной ячейки,

ϕ - фаза гармонических колебаний.

ФЧХ тракта канальной ячейки определяют по формуле:

АЧХ компенсационного фильтра определяют по формуле:

где А(ϕ)=(b₀+(b₁cos ϕ)+(b₂cos 2ϕ)+…+(b_ncos nϕ),

В(ϕ)=(b₁sin ϕ)+(b₂sin 2ϕ)+…+(b_nsin nϕ),

b₀, b₁, _… b_n - значения компенсационных коэффициентов.

ФЧХ компенсационного фильтра определяют по формуле:

где n - количество компенсационных коэффициентов.

ГВЗ определяют, как производную от функции ФЧХ по частоте:

где ƒ - частота гармонических колебаний.

АЧХ и ФЧХ последовательного соединенных тракта канальной ячейки и компенсационного фильтра определяют по формулам:

На втором этапе, после расчета и передачи компенсационных коэффициентов в блок линеаризации 2.6 ячейки 2, проводят повторные измерения последовательно соединенных тракта канальной ячейки 2 и компенсационного фильтра 2.6.2 аналогично измерениям, проведенным на первом этапе настройки ячейки 2. Выбор сигнала для исследования выполняется с помощью команды управления от ПЭВМ 5 для мультиплексора 2.6.3. Например, при проведении эксперимента с использованием разработанной ячейки и стенда, получили значения цифровых кодов - [4229, 6604, -1729, -18223, 32767, 22445, -31572, -12916, 9670, 2083, 9772, 3679, -8671, -2083, -2838]. Полученные значения цифровых кодов являются отсчетами импульсной характеристики тракта рассматриваемой канальной ячейки. Используя данные значения, рассчитываются АЧХ, ФЧХ (фиг. 2 (а)) и ГВЗ (фиг. 3 (а)) тракта канальной ячейки до использования компенсационного фильтра. После расчета и передачи компенсационных коэффициентов, проводятся повторные измерения при последовательно соединенном тракте канальной ячейки и компенсационным фильтром, получают отсчеты импульсной характеристики и стоят АЧХ, ФЧХ (фиг.2 (б)) и ГВЗ (фиг. 3 (б)) после применения линеаризации. Из графиков фиг. 2 и фиг. 3 видно, что ФЧХ становится линейной, а ГВЗ имеет постоянное значение в полосе сигнала.

Устройство работает следующим образом:

С формирователя частоты дискретизации 6, представляющего собой генератор типа ГК87-ТС, подается сигнал тактовой частоты на ФПРИ 1 и на аналого-цифровой преобразователь 2.5 настраиваемой ячейки 2. В ФПРИ 1 формируется тестовый сигнал в виде видеоимпульса максимальной амплитуды, длительностью 4 не и периодом повторения порядка 170 мкс. Данный импульс формируется в соответствии с командами управления, заданными с помощью панели управления 1.5. Тестовый сигнал поступает на ключ 2.1 настраиваемой ячейки 2, с выхода ключа 2.1 тестовый сигнал поступает на второй аттенюатор 2.2. Управление ключом 2.1 и параметрами аттенюатора 2.2 осуществляется с панели управления 1.5. С выхода второго аттенюатора 2.2 тестовый сигнал поступает на полосовой фильтр 2.3, с выхода фильтра на операционный усилитель 2.4. С выхода операционного усилителя 2.4 тестовый сигнал поступает на АЦП 2.5, где преобразуется в цифровые выборки аналогового сигнала, которые подаются на узел линеаризации 2.6.

В узле линеаризации 2.6 сигнал тактовый частоты, поступающий от АЦП 2.5, через ФАПЧ 2.6.1 подается на регистры 2.6.2.1 - 2.6.2.21, 2.6.4 счетчики 2.6.5.2, 2.6.5.3 и триггеры 2.6.5.1, 2.6.5.5. Выборки от АЦП 2.5 поступают параллельным кодом на первую группу входов первого мультиплексора 2.6.3 и на регистр 2.6.2.1 цепочки сдвиговых регистров 2.6.2.1-2.6.2.21. Цепочка сдвиговых регистров представляет собой последовательно соединенные 16-разрядные регистры. С выходов регистров 2.6.2.1-2.6.2.21 выборки поступают параллельным кодом на умножители 2.6.2.23 … 2.6.2.44 соответственно. Выборки умножаются на соответствующие им коэффициенты, хранящиеся в памяти 2.6.2.22. С выходов умножителей 2.6.2.23 … 2.6.2.44 выборки поступают на сумматор 2.6.2.45. Таким образом на выходе сумматора 2.6.2.45 формируется выборка линеаризованного сигнала. Выборка линеаризованного сигнала поступает на вторую группу входов первого мультиплексора 2.6.3.

На мультиплексоре 2.6.3 осуществляется выбор сигнала для записи в блок ОЗУ 2.6.5. На вход управления первым мультиплексором 2.6.3 поступает управляющий сигнал от микроконтроллера 4.2, расположенного на устройстве сопряжения 4. Сигнал высокого уровня на входе управления первого мультиплексора 2.6.3 обеспечивает запись в блок ОЗУ 2.6.5 выборок от АЦП 2.5. Сигнал низкого уровня на входе управления первого мультиплексора 2.6.3 обеспечивает запись в блок ОЗУ выборок линеаризованного сигнала, поступающего с выхода сумматора 2.6.2.45. С выхода первого мультиплексора 2.6.3 выборки подаются параллельным кодом на группу выходных контактов 7.1 настраиваемой ячейки 2, а также на оперативное запоминающее устройство 2.6.5.4 блока ОЗУ 2.6.5.

Команда записи выборок в ОЗУ, поступающая с микроконтроллера 4.2, фиксируется первым триггером 2.6.5.1. Сигнал с выхода первого триггера 2.6.5.1 является сигналом разрешения работы счетчика адресов записи 2.6.5.2. Выходные значения счетчика 2.6.5.2 подаются на адресный вход ОЗУ 2.6.5.4. Данные с выхода первого мультиплексора 2.6.3 записываются в ячейку памяти, соответствующую адресу, поступившему со счетчика 2.6.5.2. После записи выборок во все доступные ячейки памяти счетчик останавливается и обнуляется. Команда чтения выборок из ОЗУ 2.6.5.4, поступающая с микроконтроллера 4.2, является сигналом разрешения работы счетчика адресов чтения 2.6.5.5. Так же на счетчик адресов чтения 2.6.5.5 от микроконтроллера 4.2 поступает тактовый сигнал. Счетчик адресов чтения 2.6.5.5 имеет разрядность на 1 больше счетчика адресов записи 2.6.5.2. С выхода счетчика адресов чтения 2.6.5.5 старшие биты адреса чтения поступают на адресный вход ОЗУ 2.6.5.4, а младший бит адреса чтения поступает на второй триггер 2.6.5.5 для выравнивания задержки. Выравнивание задержки младшего бита адреса чтения необходимо, т.к. в элементе блока ОЗУ 2.6.5.4 входы адресов должны тактироваться. С выхода ОЗУ 16-разрядные данные поступают на второй мультиплексор 2.6.5.6, который осуществляет переключение между старшим и младшим байтом 16-разрядных данных для побайтной выдачи записанных данных в микроконтроллер 4.2 и для дальнейшей передачи данных по интерфейсу RS-232 4.1 в ПЭВМ 5. Сигнал управления вторым мультиплексором 2.6.5.6 поступает с выхода второго триггера 2.6.5.5. Сигнал высокого уровня на входе управления второго мультиплексора 2.6.5.6 обеспечивает выдачу младшего байта, сигнал низкого уровня - старшего байта. Данные от АЦП 2.5 поступают параллельным кодом через регистр 2.6.4 и буфер 2.7 на плату сбора 3. С платы сбора 3 данные поступают на ПЭВМ 5 по USB-кабелю 12, где обрабатывается программой фирмы Linear Technology. Плата сбора 3 используется для анализа спектральных составляющих и динамического диапазона рабочего сигнала в заданной полосе пропускания. С помощью специально разработанного программного обеспечения (ПО) по интерфейсу RS-232 4.1 осуществляется обмен данными между ПЭВМ 5 и микроконтроллером 4.2. Данные, полученные от АЦП, обрабатываются в ПО, где происходит вычисление компенсационных коэффициентов. При обработке данных в ПО набор выборок, значения которых превышают заданный порог, масштабируется и сохраняется в памяти ПЭВМ 5. Значения компенсационных коэффициентов передаются из ПЭВМ 5 по интерфейсу RS-232 4.1 и с помощью микроконтроллера 4.2 записываются в память коэффициентов 2.6.2.22.

Группа изобретений относится к области радиотехники и может быть использована в стендовой аппаратуре для отработки устройств приема и обработки радиосигналов, а также в составе рабочей аппаратуры для устранения фазовой неравномерности каналов приема радиолокационных сигналов. Техническим результатом заявляемого изобретения является реализация возможности выявления и компенсации фазовых искажений в каналах многоканальной системы аналого-цифрового преобразования (АЦП), входящей в состав устройств приема и обработки радиолокационных сигналов, осуществляемой путем линеаризации фазочастотной характеристики в заданной полосе пропускания радиосигналов для каждого из каналов многоканальной системы. Способ компенсации фазовых искажений в многоканальных системах АЦП основывается на формировании требуемого воздействия на систему АЦП с помощью формирователя последовательности радиоимпульсов и на снятии с ее выхода цифровых откликов для анализа на ПЭВМ. Используют стенд для настройки, обеспечивающий поочередную установку настраиваемых канальных ячеек указанной системы АЦП. Настройку каждой канальной ячейки системы АЦП осуществляют в два этапа. На первом этапе, по результатам анализа цифровых кодов от настраиваемой канальной ячейки АЦП, определяют фазочастотную характеристику (ФЧХ), амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) и групповое время задержки (ГВЗ) тракта АЦП сигнала. На втором этапе по результатам анализа ФЧХ, АЧХ и ГВЗ в ПЭВМ осуществляют линеаризацию ФЧХ в рабочей полосе пропускания для настраиваемой канальной ячейки АЦП. В качестве воздействия на вход канальной ячейки АЦП подают короткий видеоимпульс, представляющий собой дельта-функцию. В ПЭВМ для этой ячейки вычисляют индивидуальные компенсационные коэффициенты, которые передают из ПЭВМ с помощью устройства сопряжения и запоминают в памяти коэффициентов данной канальной ячейки для последующей линеаризации ФЧХ в заданной полосе пропускания. На втором этапе настройки канальной ячейки АЦП преобразование цифровых выборок с выхода настраиваемой канальной ячейки в узле линеаризации осуществляют последовательно с помощью цифрового фильтра. Далее повторяют процедуру в условиях действия компенсационных коэффициентов и при необходимости уточняют их. Аналогичным образом настраивают другие канальные ячейки системы АЦП. После проведения линеаризации все настраиваемые канальные ячейки устанавливают в рабочую многоканальную систему АЦП для использования по своему назначению. Устройство компенсации фазовых искажений в многоканальных системах АЦП сигналов содержит формирователь последовательности радиоимпульсов (ФПРИ), настраиваемую канальную ячейку, содержащую компенсационный фильтр и блок записи данных в ОЗУ, плату сбора (ПС), устройство сопряжения, состоящее из микроконтроллера и узла интерфейса, ПЭВМ и формирователь частоты дискретизации (ФЧД). В ФПРИ формируется тестовый сигнал в виде импульса с заданной длительностью и периодом повторений, который поступает на АЦП настраиваемой ячейки. Выборки с выхода АЦП поступают на компенсационный фильтр и на мультиплексор, используемый для выбора данных от АЦП или от компенсационного фильтра для записи в блок ОЗУ. Данные с выхода мультиплексора записываются в ОЗУ. Из ОЗУ записанные данные считываются и передаются в ПЭВМ для дальнейшей обработки. Управление записью и чтением выборок из ОЗУ осуществляется командами от ПЭВМ. Команды управления процессами записи и чтения выборок передаются в настраиваемую канальную ячейку с помощью устройства сопряжения. В ПЭВМ с помощью специально разработанного программного обеспечения вычисляются компенсационные коэффициенты для фильтра, которые передаются в настраиваемую ячейку с помощью устройства сопряжения. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ компенсации фазовых искажений в многоканальных системах аналого-цифрового преобразования сигналов, характеризующийся выработкой с помощью формирователя последовательности радиоимпульсов (ФПРИ) требуемого воздействия на систему аналого-цифрового преобразования (АЦП) и снятием с ее выхода цифровых откликов для анализа на персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ), отличающийся тем, что используют стенд для настройки, обеспечивающий поочередную установку настраиваемых канальных ячеек указанной системы АЦП, при этом настройку каждой канальной ячейки системы АЦП осуществляют в два этапа, на первом из которых по результатам анализа цифровых кодов от данной ячейки АЦП определяют фазочастотную характеристику (ФЧХ), амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) и групповое время задержки (ГВЗ), а на втором - осуществляют, по результатам анализа ФЧХ, АЧХ и ГВЗ, в ПЭВМ, линеаризацию ФЧХ в рабочей полосе пропускания для настраиваемой канальной ячейки АЦП, при этом в качестве воздействия с выхода ФПРИ на вход канальной ячейки АЦП подают короткий видеоимпульс, представляющий собой дельта-функцию, причем в ПЭВМ для этой ячейки вычисляют индивидуальные компенсационные коэффициенты, которые передают из ПЭВМ и запоминают в памяти коэффициентов в узле линеаризации (УЛ) данной ячейки для последующей на втором этапе линеаризации ФЧХ в заданной полосе пропускания, указанные коэффициенты запоминают в УЛ на длительное время для линеаризации ФЧХ при произвольных входных воздействиях, на втором этапе наладки канальной ячейки АЦП для линеаризации ФЧХ преобразование цифровых выборок с выхода настраиваемой ячейки АЦП в УЛ осуществляют последовательно с помощью компенсационного фильтра, на вход которого подают эти выборки, а с соответствующих промежуточных выходов цепочки сдвиговых регистров цифровые данные снимают и перемножают с соответствующими коэффициентами, считываемыми из памяти коэффициентов УЛ, затем полученные произведения суммируют на сумматоре УЛ и получают на его выходе линеаризованную ФЧХ данной канальной ячейки в рабочей полосе пропускания, далее повторяют процедуру в условиях действия компенсационных коэффициентов и при необходимости уточняют их, аналогичным образом настраивают другие канальные ячейки системы АЦП, запоминая в УЛ каждой канальной ячейки индивидуальные компенсационные коэффициенты, после чего все настроенные канальные ячейки устанавливают в рабочую многоканальную систему АЦП для использования по своему назначению.

2. Устройство компенсации фазовых искажений в многоканальных системах аналого-цифрового преобразования сигналов, содержащее формирователь последовательности радиоимпульсов в составе панели управления, формирователя огибающей последовательности радиоимпульсов (ПРИ) и последовательно соединенных генератора несущей частоты, модулятора и первого аттенюатора, причем группа выходов панели управления соединена с соответствующей группой входов формирователя огибающей ПРИ, группа выходов которого соединена с управляющей группой входов модулятора, на панели управления расположены органы управления, назначающие непрерывную или конечную ПРИ с различной длительностью радиоимпульсов и различным периодом повторения импульсов, отличающееся тем, что устройство также содержит плату сбора данных (ПС), ПЭВМ, формирователь частоты дискретизации (ФЧД) и устройство сопряжения (УС) в составе микроконтроллера (МК) и узла интерфейса, при этом ФПРИ, ПС, ФЧД, ЭВМ и УС вместе с разъемом для установки настраиваемой канальной ячейки составляют стенд для настройки ячейки, причем группа информационных выходов настраиваемой ячейки соединена с одноименной группой входов ПС, выход которой соединен с входом ПЭВМ, выводы которой связаны с узлом интерфейса, выводы которого соединены с соответствующими выводами МК, группа выходов которого соединена с группой входов настраиваемой ячейки, конструктивно заявляемое устройство составляет стенд и вынесенную часть, размещенную в каждой настраиваемой ячейке дополнительно к ее рабочему каналу, состоящему из последовательно соединенных ключа, второго аттенюатора, полосового фильтра, операционного усилителя и АЦП, первый и второй входы ключа соединены с выходами первого аттенюатора и формирователя огибающей ПРИ соответственно, причем вынесенная часть содержит узел линеаризации, содержащий компенсационный фильтр в составе памяти коэффициентов компенсации, цепочки последовательно соединенных сдвиговых регистров, цепочки умножителей и сумматора, первый мультиплексор, блок записи выборок в оперативное запоминающее устройство в составе двух триггеров, счетчика адресов записи, счетчика адресов чтения, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и второго мультиплексора, схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), регистр и буфер, группа выходов которого при установленной на стенд настраиваемой ячейке соединена с группой входов ПС, причем вход генератора несущей частоты соединен с первым выходом ФЧД, второй выход которого соединен со вторым входом АЦП, а его выход - через ФАПЧ с входами регистра и буфера, первыми входами всех сдвиговых регистров, первого и второго триггера, счетчика адресов записи и счетчика адресов чтения, группа выходов АЦП поразрядно соединена с группами входов регистра, первого сдвигового регистра, первой группой входов первого мультиплексора, вход управления которого соединен со вторым выходом МК, первый выход которого соединен со вторыми входами всех сдвиговых регистров, первого и второго триггера, счетчика адресов записи и счетчика адресов чтения, кроме того, выход каждого сдвигового регистра соединен по ранжиру с соответствующими первыми входами умножителей, группы выходов которых соединены с соответствующими группами входов сумматора, группа выходов которого соединена со второй группой входов первого мультиплексора, группа выходов которого соединена с первой группой входов ОЗУ, вторая группа входов которого соединена с группой выходов счетчика адресов записи, а третья группа входов ОЗУ соединена с группой выходов счетчика адресов чтения, причем группа выходов ОЗУ соединена через второй мультиплексор с группами входов МК и блока памяти коэффициентов, группы выходов которого соединены по ранжиру со вторыми группами входов всех умножителей, выход первого триггера соединен с третьим входом счетчика адресов чтения, а выход счетчика адресов чтения соединен со вторым входом второго триггера, выход которого соединен со вторым входом второго мультиплексора, второй вход первого триггера соединен с третьим выходом МК, а четвертый и пятый выходы МК соединены с третьим и четвертым входом счетчика адресов чтения соответственно, причем группа выходов первого мультиплексора является информационным выходом устройства.