Интерферометрические измерения параметров сверхдлинноволновых радиосигналов

Внедрение: 2014 г.

Модуль E14‑440 применён учёными из Иркутского государственного технического университета в измерительном комплексе наклонного зондирования ионосферы в СДВ диапазоне [1].

На рисунке 1 приведена структурная схема СДВ приемника. Прием сигналов осуществляется с помощью двух ортогональных рамочных антенн. Одна антенна ориентирована в направлении север–юг, другая – в направлении запад–восток. 

Рисунок 1. Структурная схема СДВ приемника.

В непосредственной близости от антенн находятся предварительные усилители, выполненные на малошумящих микросхемах КР538УН3А. Усиленный сигнал передается по коаксиальному кабелю на вход антиалиасингового фильтра, выполненного на микросхеме MAX275. Полоса пропускания фильтра составляет 16–28 кГц. 

Оцифровка сигнала осуществляется по двум каналам с помощью модуля сбора данных L‑Card E14‑440. Оцифрованные данные передаются по шине USB в одноплатный компьютер Advantech MIO‑5270, где в режиме реального времени осуществляется предварительная обработка сигналов в среде LabVIEW. Виртуальный приемник в LabVIEW выполняет вычисление среднего за односекундную выборку значения амплитуды и фазы сигналов СДВ станций, которые затем записываются в текстовые файлы на SSD накопитель. 

Ключевым моментом интерферометрических измерений является устройство синхронизации удаленных СДВ приемников, структурная схема которого показана на рисунке 2. 

Рисунок 2. Структурная схема устройства синхронизации сверхдлинноволнового интерферометра.

 
Импульсы 200 кГц с выхода делителя используются в качестве сигнала внешней синхронизации запуска АЦП. При оцифровке СДВ сигналов по двум каналам (от двух антенн) частота дискретизации по каждому каналу составляет 100 кГц. Старт сбора данных начинается по приходу импульса 1 PPS на цифровой вход E14‑440, а подстройка системного времени одноплатного компьютера осуществляется по данным GPS модуля, передаваемым через COM-порт.

СДВ приемники при размещении в пунктах Бадары, Торы, Иркутск, Теплоэнергетик, Сарма, Максимиха образуют шестиэлементный интерферометр. На рисунке 3 на карте отмечены возможные пункты приема и показаны трассы прохождения СДВ сигналов по большому кругу. Также рядом с трассами указаны идентификаторы приемных станций. Ширина третьей зоны Френеля СДВ сигналов в пунктах приема превышает 30 км.

Рисунок 3. Пересечение трасс принимаемых СДВ сигналов.

 
Образующаяся сеть пересеченных трасс позволяет оценить границы ионосферных неоднородностей, возникающих вблизи озера Байкал. Для тех трасс, у которых неоднородность попадает в третью зону Френеля, будет наблюдаться отклонение амплитуды и фазы сигналов по сравнению со случаем невозмущенного распространения. При этом параметры сигналов, распространяющиеся по соседним трассам, не претерпевают аномальных изменений. 

Заключение.
Представленный сверхдлинноволновый интерферометр позволит проводить долговременный мониторинг ионосферы в СДВ диапазоне. Данные измерения амплитуды и фазы СДВ сигналов позволяют исследовать проявление сейсмо-ионосферных эффектов вблизи озера Байкал. Сверхдлинноволновый интерферометр является хорошим дополнением комплекса измерения геофизических полей.
 

Источник:
Полетаев А.С., Токмачев Д.А., Ченский А.Г. Интерферометрические измерения параметров сверхдлинноволновых радиосигналов // XXIV Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн (РРВ-24)». – Иркутск. – 2014. – Т. 1. – С. 276-279.

Разработчик: Полетаев А.С., Токмачев Д.А., Ченский А.Г (Иркутский государственный технический университет)