Construcción de sistemas de monitorización radio multifuncionales basados ​​en una familia de módulos y receptores radio digitales de pequeño tamaño.

Construcción de sistemas de monitoreo de radio multifuncionales basados ​​en una familia de módulos y receptores de radio digitales de pequeño tamaño.

REMBOVSKY Anatoly Markovich, Doctor en Ciencias Técnicas, Investigador principal
ASHIKHMIN Alexander Vladimirovich, Candidato de Ciencias Técnicas
SERGIENKO Alexander Rostislavovich

CONSTRUCCIÓN DE SISTEMAS DE MONITOREO DE RADIO MULTIFUNCIONALES A PARTIR DE UNA FAMILIA DE DISPOSITIVOS Y MÓDULOS RECEPTORES DE RADIO DIGITALES DE PEQUEÑO TAMAÑO  

El mercado interno de equipos de radiovigilancia ha experimentado cambios importantes en los últimos cinco o seis años. Se han desarrollado y puesto en producción en masa varias generaciones de monitoreo de radio, radiogoniometría e identificación de canales de fuga de información técnica basados ​​​​en dispositivos domésticos de recepción de radio digital (DRPU). Este artículo continúa [1 – 2] una serie de trabajos dedicados a nuevos desarrollos basados ​​en módulos de la serie ARGAMAK y desarrolla un enfoque relativamente poco abordado para la construcción de medios técnicos multifuncionales en publicaciones periódicas nacionales, que consiste en combinar varios controles digitales. sistemas para resolver problemas tales como aumentar la productividad del análisis panorámico, proporcionar procesamiento multicanal coherente, monitoreo de radio multicanal y grabación de señales de radio en forma vectorial en sistemas de colas, etc. Este enfoque, combinado con el uso de equipos y paquetes de software adicionales, como se mostrará a continuación, nos permite resolver la mayoría de los problemas del monitoreo de radio automatizado y al mismo tiempo minimizar los costos.

Las características técnicas, el rendimiento y la funcionalidad más importantes del complejo de monitoreo de radio dependen directamente del dispositivo receptor de radio que se utilice como núcleo del complejo. Durante mucho tiempo, los fabricantes nacionales se vieron obligados a seguir el camino del uso de receptores de comunicación importados, abundantemente presentados en el mercado ruso, completos con

procesadores FFT. La ventaja indudable de este enfoque es su bajo costo comparativo. Sin embargo, este enfoque tiene una serie de inconvenientes importantes, incluidas limitaciones en la funcionalidad, el rendimiento y otras características técnicas. Después de todo, no es necesario que un receptor de comunicaciones proporcione un alto rendimiento cuando se utiliza con fines de análisis espectral.

La situación ha cambiado radicalmente después de que hace unos seis años se desarrollaron y se pusieron en producción en masa las unidades de control de radio panorámicas digitales domésticas ARK-TsT basadas en convertidores de señal de radio de un solo canal (ARK-TsT1) y de dos canales (ARK-TsT2). En un complejo portátil multifuncional para monitoreo de radio e identificación de canales técnicos de fuga de información, creado sobre la base de ARK-CT1

ARK-D1T logró en ese momento indicadores de alto rendimiento para el mercado ruso de 150 MHz/s y un rango dinámico para intermodulación de tercer orden de 70 dB. Esta CRPU ha venido a sustituir a los receptores de comunicaciones importados también en los sistemas de radiogoniometría y radiogoniometría móviles y fijos. Sobre esta base se crearon los instrumentos de medición ARK-D1TI y ARK-D1TR [3 – 5], certificados por la Norma Estatal de la Federación Rusa.

La siguiente etapa fue la creación de un sistema de control digital de IV generación de dos canales basado en convertidores de señales de radio ARK-CT3. Este dispositivo permite una recepción paralela coherente en dos canales y tiene un rango dinámico

70 dB para cada canal de análisis simultáneo con un ancho de banda de 5 MHz. El dispositivo sirvió de base para la creación de un complejo de dos canales para monitoreo de radio, radiogoniometría e identificación de canales técnicos de fuga de información ARK-D7K, que proporciona una velocidad de análisis panorámico de hasta 2000 MHz/s en todo el rango operativo. . Este producto también se convirtió en la base para la construcción de una serie de complejos de radiogoniometría y monitoreo de radio multifuncionales móviles y estacionarios de cuarta generación, implementando una modificación de dos canales del método de radiogoniometría interferométrica de correlación [6].

A pesar de las ventajas indudables, incluidas las altas características técnicas, el rendimiento y la funcionalidad, estos receptores de radio también tenían desventajas: dimensiones relativamente grandes, gran peso y mayor consumo de energía. Otra desventaja de las RPU de tercera y cuarta generación es la tecnología relativamente baja de su producción. En este sentido, surgió la tarea de desarrollar un receptor de radio de nueva generación que, si bien poseía todas las características positivas de sus predecesores, tuviera al mismo tiempo un peso y unas dimensiones reducidos y una fabricación tecnológicamente más avanzada.

Módulos de la familia ARGAMAK

A finales del año pasado se desarrolló una nueva V generación de dispositivos receptores de radio y sus módulos componentes de la serie ARGAMAK [1, 7]. La composición básica del ARGAMAK CRPU incluye dos módulos principales: el convertidor de señal de radio ARK-PS5 (cuando se coloca en la carcasa tiene el código ARGAMAK-T), que transfiere señales de radio a una de las frecuencias intermedias, y un procesador digital. Módulo, que realiza el procesamiento de señales analógicas a digitales en la frecuencia intermedia. ARGAMAK-T le permite recibir una señal de radio en una frecuencia intermedia, sin embargo, para resolver los principales problemas del monitoreo de radio, esta señal debe convertirse a formato digital y procesarse mediante ciertos algoritmos. Hasta la fecha, existen dos modificaciones del módulo de procesamiento digital ARK-TsO2 y ARK-TsO5, que realizan el procesamiento de señales digitales en las bandas de 2 MHz y 5 MHz con una resolución de 3 y 6 kHz, respectivamente. También se ha desarrollado el módulo ARK-TSO10 con un ancho de banda de procesamiento simultáneo de 10 MHz. Además, los módulos incluyen una computadora ARK-S5 especializada que, en combinación con los módulos ARK-TsO, puede aumentar significativamente la productividad del procesamiento digital. Los diagramas funcionales de ARK-TsO10 y ARK-S5 se presentan en la Fig. 1, 2, las especificaciones técnicas en la Tabla. 1 – 3.

Tabla 1. Características técnicas del módulo ARK-TSO10

menos 17 ± 0,5 dBm Selectividad de señal única para canales laterales en frecuencias especulares e intermedias, no menos

70 dB Rango dinámico para terceros -intermodulación de orden a un nivel de señal de entrada de menos 27 dBm, no menos

75 dB Desigualdad del analógico Ganancia de conversión de -a digital en la banda de transmisión, no más

±1,5 dB Comunicación con la computadora de control

USB 2.0 Control de equipos

dos diferenciales

buses estándar RS-485 Tensión de alimentación

9…16 V Consumo de energía, no más

9 VA

Fig. 1. Diagrama funcional de ARK-TSO10

Fig. 2. Diagrama funcional de ARK-S5

Tabla 2. Características técnicas del módulo ARK-S5

Tabla 3. Opciones ARK-TSO5, ARK-TSO2, ARK-TSO10

Basado en módulos de la La serie ARGAMAK, el receptor de medición panorámico ARGAMAK-I [5], el complejo de medición portátil ARK-NK3I para monitoreo de radio y radiogoniometría basado en él, el radiogoniómetro portátil ARK-RP3 y el radiogoniómetro portátil de señales de banda ancha ARK-RP4 [1] se han creado hasta la fecha.

Aumento del rendimiento de procesamiento (velocidad de análisis panorámico)

Para mejorar el rendimiento del procesamiento en un amplio rango de frecuencias, se pueden utilizar dos enfoques principales. El primero de ellos es ampliar el ancho de banda de las frecuencias procesadas simultáneamente con el correspondiente aumento en la capacidad de bits del ADC y un aumento en la potencia del procesador de procesamiento. Este enfoque ciertamente se justifica en entornos electromagnéticos (EME) de baja carga o en el procesamiento de señales de banda ancha de una sola fuente, cuyos componentes espectrales están interconectados por ciertas relaciones de amplitud.

En el caso de utilizar medios técnicos de análisis panorámico para evaluar la EMR en condiciones urbanas, cuando están funcionando una gran cantidad de fuentes de emisión de radio (ERS) independientes de banda estrecha, la presencia de al menos una ER potente en la banda de análisis simultáneo conduce a sobrecarga y errores al evaluar el nivel de otros ER en el mismo análisis de banda. Por lo tanto, en estas condiciones, se justifica otro enfoque implementado en la construcción de las siguientes herramientas, cuya esencia es la combinación de un cierto número de canales físicos de selección de frecuencia (módulos convertidores de señal de radio ARK-PS5) y módulos de procesamiento digital ( ARK-TSO).

Los receptores de radio panorámicos multicanal ARK-RD8M propuestos pueden constar de varios (de 2 a 8) convertidores de señales de radio independientes ARK-PS5 controlados desde una PC y, en consecuencia, de 1 a 4 módulos de procesamiento digital de dos canales ARK-TsO con Análisis simultáneo de bandas de 2, 5 o 10 MHz en cada canal. Además, para implementar la máxima velocidad de análisis panorámico, estas herramientas incluyen computadoras especializadas de dos canales de alto rendimiento ARK-S5, que reducen el tiempo de cálculo de FFT a 100 μs.

Funcional El diagrama del producto ARK-RD8M/4 con cuatro canales físicos de selección de frecuencia de 25 a 3000 MHz cada uno se presenta enFig. 3.

 
Foto 1. Aspecto del producto ARK-RD8M/4

Higo . 3. Diagrama funcional del ARK-RD8M/4

Las características obtenidas del receptor panorámico multicanal ARK-RD8M/4 se dan en la Tabla. 4.

Rango de frecuencia de funcionamiento:
    — composición básica 25…3000 MHz
    — en configuración máxima  9 kHz…18 GHz
Atenuador 0…30 dB en pasos de 2 dB
Sensibilidad 1,5 µV
Rango dinámico para intermodulación 3 y 2 del orden de 75 dB
Atenuación de frecuencia intermedia interferencia, no menos de 70 dB
Selectividad en el canal espejo, no inferior a 70 dB
Ancho de banda de análisis espectral simultáneo en cada canal
    — para ARK-TSO55 MHz
    — para ARK-TSO1010 MHz
Velocidad en el rango operativo con 2…8 canales
    — para ARK-TSO5 (discreción 6 kHz)8…32 GHz/s
    — para ARK-TSO10 (discreción 12 kHz)16…64 GHz/s
Fuente de alimentación:
    — de red CA 90 – 250 V
    — de la red de a bordo del vehículo 10,6…13,6 V
    — de una batería autónoma de 12 V

Número de canales monitoreados 2 8
Número de frecuencias en una tarea de escaneo 255
Número de rangos en la tarea de búsqueda 255
Discreción de sintonización para una señal de radio 1 Hz
Tipos de demodulación AM, FM, OBPv, OBPn, transmisiones telegráficas

Grabación de señales de radio, análisis técnico:

Banda de frecuencia procesada/resolución
    — para ARK-TSO5 5MHz/15kHz, 250kHz/500Hz, 120kHz/240Hz, 50kHz/100Hz, 25kHz/50Hz, 9kHz/20Hz, 6kHz/12Hz
  — para ARK-TSO10 10 MHz/30 kHz, 250 kHz/500 Hz, 120 kHz/240 Hz, 50 kHz/100 Hz, 25 kHz/50 Hz, 9 kHz/20 Hz, 6 kHz/12 Hz

Nota.
Los parámetros de cada ruta de recepción están determinados por las características de la unidad de control central ARGAMAK.

El número de canales físicos del producto ARK-RD8M, dependiendo de las tareas a resolver, puede variar de dos a ocho. , mientras que el rango de posibles velocidades de PA para varios módulos está determinado por la Tabla. 5.

Tabla 5

El receptor se controla mediante un PC externo. Para trabajar con el receptor, se proporciona el uso de los siguientes paquetes de software matemático especiales:

• SMO-PA8M — paquete de software para análisis panorámico;
• SMO-RD8 — software paquete para monitoreo de radio multicanal;
• SMO-TA2 es un paquete de software para análisis técnico.

Bajo el control de estos paquetes, el receptor proporciona las siguientes funciones [1]:

• panorámica análisis espectral de señales de radio con convertidores de señales de radio de sintonización paralela conectados a una antena;
• análisis espectral panorámico de señales de radio con una tarea independiente separada para cada canal;
• acumulación de un panorama de espectros en un rango de frecuencia determinado, guardando el panorama de carga del rango para su posterior análisis
• análisis estadístico de los resultados del análisis panorámico;
• procesamiento de señales multicanal coherentes para su uso en diversas aplicaciones;
• búsqueda de canales de radio activos en un rango de frecuencia o según una lista de frecuencias, colocación automática de emisiones de radio de fuentes encontradas para su registro;
• grabación de señales de radio vía FI en forma vectorial en el disco duro de un PC;
• análisis técnico, determinación del tipo de modulación y medición de parámetros de señales de radio;
• grabar transmisiones demoduladas en el disco duro de una PC;
• reproducir señales demoduladas grabadas en el disco duro de una PC;
• escuchar señales demoduladas en tiempo real;
• generar informes con resultados de monitoreo de radio y análisis de señal.

Cabe señalar que cuando se opera en modo de análisis espectral panorámico con todos los canales conectados a una antena, es posible alcanzar un rendimiento total de 64 GHz/s con una resolución de 12,5 kHz.

Garantizar un procesamiento multicanal coherente

Durante el diseño y desarrollo del convertidor de señales de radio ARK-PS5 se prestó especial atención a la posibilidad de garantizar un procesamiento coherente funcionamiento de varios dispositivos, por ejemplo, para su uso en sistemas de radiogoniometría monopulso. Para hacer esto,

ARK-PS5 ofrece la capacidad de emitir señales desde los osciladores locales internos del receptor a los conectores de sincronización y recibir señales de una fuente externa desde los mismos conectores para su uso posterior como osciladores locales. La conmutación de la asignación de los conectores de sincronización (entrada/salida) se realiza mediante software. La sincronización de los generadores de frecuencia de referencia se organiza de forma similar. Por lo tanto, los siguientes modos de funcionamiento de ARK-PS5 se pueden organizar como parte del complejo:

• operación totalmente autónoma del convertidor ARK-PS5 desde el oscilador de referencia interno;
• operación autónoma desde un oscilador de referencia externo para aumentar la estabilidad y precisión de la configuración de frecuencia, así como la posibilidad de sincronización de frecuencia de un complejo de varios convertidores ARK-PS5;
• operación de osciladores locales internos desde un oscilador de referencia interno o externo con la salida de señales de oscilador local a los conectores de sincronización para garantizar el funcionamiento coherente por pares de los convertidores ARK-PS5 (por ejemplo, como parte de sistemas de radiogoniometría);
• trabaje con un oscilador de referencia interno desconectado y osciladores locales para garantizar el funcionamiento coherente de varios productos ARK-PS5 (como parte de los sistemas de radiogoniometría).

El convertidor de señal de radio ARK-PS5 se controla mediante un puerto serie con protocolo físico RS485. Esta elección se debe a la necesidad de proporcionar control a una distancia de hasta varios cientos de metros, por ejemplo, al construir sistemas de monitoreo de radio remoto distribuido ARK-D13 con funciones similares a los complejos ARK-D3T y ARK-D9 [8].

Monitoreo de radio multicanal

Esta sección describe formas de implementar el monitoreo de radio multicanal , posible gracias a las características del módulo ARK-TsO propuesto.

La arquitectura interna seleccionada del módulo de procesamiento digital ARC-TsO hace que estén disponibles las siguientes capacidades. Proporciona filtros analógicos que le permiten representar sin ambigüedades la señal en forma digital. La demodulación de la señal para control auditivo se realiza mediante software y hardware, lo que permite aumentar el número de tipos de modulación permitidos sin cambiar el hardware y reducir el peso y las dimensiones del módulo. Es posible registrar señales en forma vectorial para su posterior análisis técnico. El módulo proporciona operación simultánea en modo de análisis panorámico y demodulación de señal. El módulo es de dos canales (Tabla 3), que permite, cuando se utiliza un convertidor de señal de radio analógica de dos canales, procesar de forma coherente las señales recibidas en ambos canales. El módulo proporciona un alto rendimiento al resolver problemas de radiogoniometría, demodulación y grabación de señales de radio en forma vectorial. El módulo es un enlace de conexión en el sistema de control del complejo de monitoreo de radio, proporcionando intercambio entre una PC u otro dispositivo de control, procesadores DSP, convertidores de señales de radio y equipos adicionales.

El diagrama funcional del producto ARK-RD8/8 con ocho canales de selección de frecuencia física de 25 a 3000 MHz contiene ocho convertidores de señal de radio ARK-PS5 y cuatro módulos de procesamiento digital de dos canales ARK-TsO2.10 (Tabla 3). Su diagrama estructural difiere del mostrado enFig. 3 del circuito ARK-RD8M/4 por la ausencia de ordenadores ARK-S5 especializados y el hecho de que como módulos base se utilizaron módulos ARK-TsO2 con un ancho de banda de análisis simultáneo de 2 MHz.