В современных системах связи, военной электронике, фазовых антенных решетках радиолокационных станций должны использоваться быстродействующие АЦП. Преобразователи с гигагерцовой выборкой (GSPS) обеспечивают выборку высокочастотных сигналов в третьей и четвертой зонах Найквиста, что позволяет использовать процедуры децимации при кодировании таких сигналов. Применение таких АЦП в различных системах дает возможность сместить спектр высокочастотного сигнала непосредственно в АЦП и транспонировать его в диапазон промежуточной частоты, что позволяет исключить дополнительные частотные преобразователи. Согласно теореме об отсчетах (Найквиста-Котельникова) частота выборки Fs АЦП должна быть вдвое больше максимальной частоты входного сигнала BW, т.е. Fs ≥ 2BW, как показано на рис. 1. Для уменьшения вероятности перехвата и детектирования сигналов их форма и величина формируется специальным образом, причем энергия передаваемых сигналов распространяется во всей полосе канала связи. Низкая вероятность его детектирования (LPD) обеспечивает малую вероятность распознавания сигналов современными системами перехвата.
Рис. 1. Спектральная диаграмма работы АЦП в соответствии с теоремой об отсчетах Найквиста-Котельникова
Для противодействия искусственным помехам современные радары должны формировать импульсы в широком частотном диапазоне случайным образом, так, чтобы энергетический спектр этих сигналов был представлен во всей полосе частот. Этот метод получил название Direct-Sequence-spread-spectrum (DSSS) или прямое последовательное растяжение спектра, рис. 2. Еще одним методом защиты от искусственных помех является метод Frequency-hoppingspread-spectrum (FHSS) или метод растяжения спектра переключением частоты. В последнем случае используется более широкая полоса, чем та, которая необходима для передачи полезного сигнала. Это налагает дополнительные требования на полосу приемников, применяемых в радиолокаторах.
Рис. 2. Спектральная диаграмма работы системы с прямым последовательным растяжением спектра, что позволяет маскировать шумом полезный сигнал
Одним из наиболее действенных методов защиты от перехвата передаваемых сигналов является их маскирование под сигнал шума. В свою очередь приемники для перехвата таких сигналов должны иметь широкий частотный диапазон, что приводит к существенному усложнению таких устройств. В таких приемниках следует использовать АЦП с частотой выборки 1 ГГц и более. Однако применение таких быстродействующих АЦП приводит к необходимости использования прецизионных фильтров защиты от спектров наложения, обеспечивающих надежную защиту отложных гармоник.
Кроме того, в цепь АЦП должен быть включен полосовой фильтр. В качестве быстродействующих АЦП для аэрокосмических и военных систем могут быть выбраны преобразователи AD9234 (сдвоенный 12- разрядный АЦП с частотой выборки 1 ГГц), AD9680 (сдвоенный 14-разрядный АЦП с частотой выборки 1 ГГц), AD9625 (12-разрядный АЦП с частотой выборки 2.6 ГГц).
Таким образом, прямая выборка с перемещением энергии сигнала из каждой зоны Найквиста в первую зону Найквиста не позволяет определить источник полезного сигнала. Как результат энергия ложного сигнала окажется в первой зоне Найквиста, что приведет к уменьшению отношения сигнал/шум приемника системы-перехватчика и к уменьшению его динамического диапазона неискаженного сигнала.
Приемники цифрового радио (которые приходят на смену супергетеродинным приборам) являются еще одним применением быстродействующих АЦП и ЦАП. Преимуществом таких приемников является возможность программным путем настраивать фильтры отдельно в каждом канале. Прямая выборка в радарах позволяет уменьшить число используемых компонентов, как показано на рис. 3.
Рис. 3. Структурная схема цифрового приемника,
в которой отсутствуют смеситель, гетеродин и фильтр промежуточной частоты
Новое поколение АЦП включает в себя цифровые преобразователи понижения частоты (DDC), что позволяет исключить сложные процессоры для обработки данных на выходе АЦП.
Применение АЦП с прямой выборкой, как уже отмечалось, позволяет исключать приемник с гетеродином, смесителем и фильтром.
ВЫВОДЫ
1. Высокие требования к радиолокаторам и системам связи в аэродинамических и военных системах привели к созданию нового класса АЦП с прямой цифровой выборкой.
2. Благодаря применению таких АЦП повысилась помехоустойчивость к естественным и искусственным помехам таких систем, уменьшилась вероятность дешифровки сообщений в новых системах связи.
Лайкнуть
Твитнуть