28.07.16 Очередная смена частотного плана

В процессе разработки НАП мы постоянно возвращаемся к выбору частотного плана. Не все частоты одинаково полезны!

Нам встретились три проблемы напрямую связанные с частотным планом:

1. Постепенное расхождение фазовых измерений между L1 и L2 со скоростью порядка десятых м/с
2. Постепенный уход нашей шкалы времени относительно шкалы другого приемника при условии тактирования от общего генератора
3. Неравномерный ход нашей шкалы времени в отсутствии каких-либо коррекций

Тренд в ШВП из-за синтезатора тактовой частоты

В качестве внешнего опорного сигнала приемник принимает гармонику с частотой 10 МГц. Из этих 10 МГц делается тактовая частота (около 100 МГц). Как и в предыдущем случае, из-за целочисленности коэффициентов синтезатора запрашиваемый нами номинал может неточно соответствовать формируемой тактовой частоте. Это проявляется при сравнении измерений от двух приемников, нашего и Javad'а, тактированных от общего генератора - они разбегаются.

В MCR тактовой частота формируется синтезатором частот с дробно-переменным делителем частоты. В синтезатор записывается множитель FTW (формально от 0 до 2⁴⁸-1, но требуется попасть в диапазон тактовой частоты от 75 до 125 МГц):

$F_d = \frac{FTW}{2^{48}} \cdot 1000 MHz$

Как видно из формулы, мы можем сформировать не любую частоту! Тактовая частота должна быть кратна 2^-39 Гц = 3.55271367880050e-06 Гц. Но это не единственное ограничение на значение тактовой частоты, о чем ниже.

Тренд в ШВП из-за синтезатора ШВП

Изначально шкала времени приемника повторяла по структуре сигнальную шкалу времени, являясь по своей сути DDS'ом. Переполнение его миллисекундных, да и секундных, аккумуляторов происходило в среднем раз в секунду и миллисекунду соответственно. Для ШВП же нам требуются точные миллисекундные и секундные импульсы.

Кроме того, номинал DDS'а и реальная частота могли совпадать не точно. В итоге расходятся кодовая и фазовая псевдодальности, убегает ШВП. Уход на 105.6 МГц тактовой был около 1.5 мс за сутки, расхождение псевдоскорости кодовой и фазовой около 5 м/с.

Теперь в ШВП в качестве управляющего слова вписывается число тактов на миллисекунде. Тогда он их отсчитывает и выдает четкие миллисекундные импульсы. Отсюда ещё одно ограничение - на миллисекунде должно быть целое число тактов частоты дискретизации (тактовой частоты).

Есть ещё и третье ограничение, вызванное конструктивом платы АЦП, сейчас она работает в диапазоне где-то от 90 до 110 МГц. Скрипт, формирующий список допустимых тактовых частот, и результат его работы:

Допустимые значения тактовой частоты в MCR  

clear all; clc; close all

% Можем устанавливать частоты кратные 1 кГц, иначе будет убегать шкала
% времени на 1 мс.
% АЦП и Oryx нормально работают в диапазоне частот 90-110 МГц
Fd = 90e6:1e3:110e6;  % Частота дискретизации

% Формула для расчета числителя DDS'а частоты дискретизации
FTW = Fd / 1e9 * 2^48;

% Коэффициент должен быть целочисленный и в диапазоне  [0…2^48-1]
ind = find(...
    (FTW == round(FTW)) ...
    & (FTW > 0) ...
    & (FTW < (2^48 - 1)) );

for i = 1:length(ind)
    fprintf('Possible Fd = %.3f MHz (FTW = %.1f) \n', Fd(ind(i))/1e6, FTW(ind(i)));
end

Possible Fd = 90.090 MHz (FTW = 25358080651863.0)
Possible Fd = 90.287 MHz (FTW = 25413531222275.0)
Possible Fd = 90.719 MHz (FTW = 25535128412214.0)
Possible Fd = 90.916 MHz (FTW = 25590578982626.0)
Possible Fd = 91.113 MHz (FTW = 25646029553038.0)
Possible Fd = 91.310 MHz (FTW = 25701480123450.0)
Possible Fd = 91.507 MHz (FTW = 25756930693862.0)
Possible Fd = 92.136 MHz (FTW = 25933978454213.0)
Possible Fd = 92.333 MHz (FTW = 25989429024625.0)
Possible Fd = 92.530 MHz (FTW = 26044879595037.0)
Possible Fd = 92.727 MHz (FTW = 26100330165449.0)
Possible Fd = 92.924 MHz (FTW = 26155780735861.0)
Possible Fd = 93.356 MHz (FTW = 26277377925800.0)
Possible Fd = 93.553 MHz (FTW = 26332828496212.0)
Possible Fd = 93.750 MHz (FTW = 26388279066624.0)
Possible Fd = 93.947 MHz (FTW = 26443729637036.0)
Possible Fd = 94.144 MHz (FTW = 26499180207448.0)
Possible Fd = 94.576 MHz (FTW = 26620777397387.0)
Possible Fd = 94.773 MHz (FTW = 26676227967799.0)
Possible Fd = 94.970 MHz (FTW = 26731678538211.0)
Possible Fd = 95.167 MHz (FTW = 26787129108623.0)
Possible Fd = 95.364 MHz (FTW = 26842579679035.0)
Possible Fd = 95.993 MHz (FTW = 27019627439386.0)
Possible Fd = 96.190 MHz (FTW = 27075078009798.0)
Possible Fd = 96.387 MHz (FTW = 27130528580210.0)
Possible Fd = 96.584 MHz (FTW = 27185979150622.0)
Possible Fd = 96.781 MHz (FTW = 27241429721034.0)
Possible Fd = 97.213 MHz (FTW = 27363026910973.0)
Possible Fd = 97.410 MHz (FTW = 27418477481385.0)
Possible Fd = 97.607 MHz (FTW = 27473928051797.0)
Possible Fd = 97.804 MHz (FTW = 27529378622209.0)
Possible Fd = 98.001 MHz (FTW = 27584829192621.0)
Possible Fd = 98.630 MHz (FTW = 27761876952972.0)
Possible Fd = 98.827 MHz (FTW = 27817327523384.0)
Possible Fd = 99.024 MHz (FTW = 27872778093796.0)
Possible Fd = 99.221 MHz (FTW = 27928228664208.0)
Possible Fd = 99.418 MHz (FTW = 27983679234620.0)
Possible Fd = 99.850 MHz (FTW = 28105276424559.0)
Possible Fd = 100.047 MHz (FTW = 28160726994971.0)
Possible Fd = 100.244 MHz (FTW = 28216177565383.0)
Possible Fd = 100.441 MHz (FTW = 28271628135795.0)
Possible Fd = 100.638 MHz (FTW = 28327078706207.0)
Possible Fd = 101.070 MHz (FTW = 28448675896146.0)
Possible Fd = 101.267 MHz (FTW = 28504126466558.0)
Possible Fd = 101.464 MHz (FTW = 28559577036970.0)
Possible Fd = 101.661 MHz (FTW = 28615027607382.0)
Possible Fd = 101.858 MHz (FTW = 28670478177794.0)
Possible Fd = 102.055 MHz (FTW = 28725928748206.0)
Possible Fd = 102.487 MHz (FTW = 28847525938145.0)
Possible Fd = 102.684 MHz (FTW = 28902976508557.0)
Possible Fd = 102.881 MHz (FTW = 28958427078969.0)
Possible Fd = 103.078 MHz (FTW = 29013877649381.0)
Possible Fd = 103.275 MHz (FTW = 29069328219793.0)
Possible Fd = 103.707 MHz (FTW = 29190925409732.0)
Possible Fd = 103.904 MHz (FTW = 29246375980144.0)
Possible Fd = 104.101 MHz (FTW = 29301826550556.0)
Possible Fd = 104.298 MHz (FTW = 29357277120968.0)
Possible Fd = 104.495 MHz (FTW = 29412727691380.0)
Possible Fd = 105.124 MHz (FTW = 29589775451731.0)
Possible Fd = 105.321 MHz (FTW = 29645226022143.0)
Possible Fd = 105.518 MHz (FTW = 29700676592555.0)
Possible Fd = 105.715 MHz (FTW = 29756127162967.0)
Possible Fd = 105.912 MHz (FTW = 29811577733379.0)
Possible Fd = 106.344 MHz (FTW = 29933174923318.0)
Possible Fd = 106.541 MHz (FTW = 29988625493730.0)
Possible Fd = 106.738 MHz (FTW = 30044076064142.0)
Possible Fd = 106.935 MHz (FTW = 30099526634554.0)
Possible Fd = 107.132 MHz (FTW = 30154977204966.0)
Possible Fd = 107.761 MHz (FTW = 30332024965317.0)
Possible Fd = 107.958 MHz (FTW = 30387475535729.0)
Possible Fd = 108.155 MHz (FTW = 30442926106141.0)
Possible Fd = 108.352 MHz (FTW = 30498376676553.0)
Possible Fd = 108.549 MHz (FTW = 30553827246965.0)
Possible Fd = 108.981 MHz (FTW = 30675424436904.0)
Possible Fd = 109.178 MHz (FTW = 30730875007316.0)
Possible Fd = 109.375 MHz (FTW = 30786325577728.0)
Possible Fd = 109.572 MHz (FTW = 30841776148140.0)
Possible Fd = 109.769 MHz (FTW = 30897226718552.0)

Расхождение фаз L1 и L2

Проявляется в том, что псевдочастоты в L1 и L2 имеют небольшую разность. Например, 0.1 м/с (кажется, было на 100 МГц тактовой) или 0.45 м/с (на 93.75 МГц тактовой). Предположительно вызывается тем, что частоты гетеродинов при их формировании из общей тактовой не соответствуют номиналам. Например, просим гетеродин 1584 Мгц, а получаем 1584.001 МГц из-за округления множителей в синтезаторе.

Разность псевдочастот между L1 и L2 при несоответствии гетеродинов номиналам  

Гетеродин реализован на основе синтезатора частот с дробно-переменным делителем частоты (Fractional-N) HMC704LP4E. При фиксированной тактовой частоте частота гетеродина определяется множителями $N_{int}$ и $N_{frac}$:

$F_{LO}=\frac{Fd}{R}\cdot N_{int} + \frac{N_{frac}}{2^{24}}$

Величина R = 3, если тактовая выше 96 МГц, иначе R = 2.

Таким образом, первое слагаемое при фиксированной тактовой частоте позволяет выставлять частоту гетеродина с шагом ~30 Гц или ~50 Гц (в зависимости от R). Можно подобрать тактовую частоту так, чтобы даже без использования дробной части попасть гетеродинами в требуемый диапазон.

Например, берем тактовую частоту F_d = 105.321 МГц. Тогда R = 3. Дробной частью пользоваться не будем N_frc = 0. Возьмем N_int = 45 и N_int = 35 для гетеродинов L1 и L2 соответственно. Тогда получим частоты гетеродинов F_L1 = 1 579 815 000 Гц и F_L2 = 1 228 745 000 Гц. Заодно все частоты соотносятся как 9/7.

Настройка РЧБ на указанные параметры позволяет избавиться от дрейфа между фазами L1 и L2, что проверено опытным путем!

Разность псевдофаз L1 и L2 при новом частотном плане  

— Корогодин Илья • 17:24, 29 июля 2016 • нет комментариев

[ Хронологический вид ]Комментарии

(нет элементов)

Войдите, чтобы комментировать.