Не зарегистрирован


Подписаться
Вход
Забыли пароль?
Регистрация

  СОВРЕМЕННЫЕ ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ



Новости

18.02.17
Вышла статья в журнале АНРИ  №4 2016 год: Исследования нейтронного спектрометра. Первый в России дозиметр, которому не требуется калибровка для неизвестного поля нейтронов и гамма-квантов.
22.12.16
Выпущена новая версия Спектрометра SDMF-1206PRO.DB Спектрометр предназначен для исследований дифференциальных и интегральных энергетических распределений нейтронного в диапазоне (0.24-12) МэВ и гамма (0.05 - 6) МэВ излучения. Спектрометр в...


Новейшие разработки

 

НИР и ОКР    

ОКР №12       АЦП PCIe ( 8 lane )  

  Разработка  модуля  АЦП с максимальным  большим динамическим диапазоном и   широкой    мгновенной  полосой анализа.  Верхняя  граничная частота в спектре 2.5 ГГц. АЦП 14 бит, частота дискретизации 3 ГГц.

 

Подписка

Введите код:  

Индикаторы

  

  

Rambler's Top100 

Главная  /  Статьи

Об опыте использования измерительно-вычислительного комплекса IRS-1000 для измерения малых сигналов на фоне больших помех

 

Как известно, побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН) от радиоэлектронной аппаратуры являются одним из возможных каналов утечки информации.

 

Согласно действующим нормативно-методическим документам (НМД), при проведении специсследований требуется измерять информативные ПЭМИН, то есть такие излучения и наводки, создаваемые исследуемым техническим средством, которые содержат обрабатываемую данным техническим средством информацию. Такие излучения составляют лишь малую долю от всего спектра излучений технического средства. Все прочие излучения создают маскирующий фон. Для выделения информационных ПЭМИН в исследуемом техническом средстве создаются специальные тестовые режимы работы.

 

Поиск и измерение ПЭМИН вручную является трудоёмким и длительным процессом. До сих пор на отечественном рынке средств автоматизации измерений и исследований ПЭМИН были представлены комплексы, основанные на спектральном анализе. Такие комплексы, как "Навигатор" производства ЗАО "Нелк" и "Зарница" производства ГУП "СНПО Элерон", "Легенда" от ФГУП "НПП "Гамма" и "Сигурд" производства ЗАО "Маском" позволили значительно снизить трудоемкость и увеличить достоверность исследований.

 

Вместе с тем следует отметить, что наличие помехи от работы технических средств на частотах тестового сигнала значительно снижает точность оценки уровня спектральных составляющих информативного сигнала при соотношениях сигнал/помеха менее 1,0. Ввиду того, что система синхронизации любых технических средств неизбежно создает помеху, совпадающую по частотам с тестовым сигналом, для значительного класса информационных сигналов использование указанных комплексов не позволяет обеспечить необходимую достоверность исследований.

 

Для выделения информативных сигналов в условиях малых отношений сигнал/помеха был разработан измерительно-вычислительный комплекс IRS-1000.

 

В отличие от перечисленных комплексов для проведения исследований ПЭМИН измерительно-вычислительный комплекс IRS-1000 обеспечивает определение амплитудно-временных параметров сигналов в мгновенно широкой полосе частот. Режим синхронного накопления с опорным каналом позволяет проводить измерения откликов от работы отдельных цифровых элементов – источников ПЭМИН исследуемых технических средств.

 

Предусмотрена возможность классификации исследуемого сигнала по двум классам в зависимости установленного режима демодуляции сигнала опорного канала. Обеспечивается определение условных средних форм сигналов двух классов и разностного опасного сигнала.

 

ИВК позволяет производить выделение слабого зашумленного сигнала с соотношением сигнал/помеха до 10-3 в частотном диапазоне до 500 МГц (при эквивалентной частоте дискретизации в режиме стробоскопа с 4-мя фазами до 4 ГГц).

 

Структурная схема измерительной части ИВК приведена на рисунке 1. ИВК состоит из двух плат, представляющих собой высокоскоростные регистраторы переходных процессов, один из которых предназначен для фиксации опорного, другой – исследуемого сигнала. Платы устанавливаются в слоты расширения PCI ПЭВМ. Визуализация управления параметрами и результатов измерений производится на мониторе ПЭВМ.

 

ИВК обладает всеми возможностями цифровых осциллографов и удобным интерфейсом пользователя.

 

 

В каждом такте синхронизации результаты измерения временной формы сигналов с входа исследуемого сигнала и входа опорного сигнала, представляемые в виде пачки отсчетов, взятых с заданным (отдельным для каждой платы) интервалом дискретизации, записываются в буферные ОЗУ. После заполнения ОЗУ заданным количеством пачек процесс измерений прерывается для передачи накопленных данных в ПЭВМ. В соответствии с выбранным режимом демодуляции опорного сигнала формируются два массива измеряемого сигнала. По достижению заданного объема статистики (или времени) накопление завершается. В ходе проведения измерений производится вычисление и визуализация на экране компьютера двух условных средних форм и/или разностной формы сигнала с доверительным интервалом погрешности измерений. Форма интерфейса пользователя и пример отражения результатов измерений на экране монитора показана на рисунке 2.

 

 

Каждая плата ИВК синхронизируется от собственного задающего генератора. Запуск обоих АЦП производится по единому сигналу синхронизации, начиная от первого импульса внутреннего генератора на каждой плате, возникающего после появления сигнала синхронизации. Данный принцип формирования сигналов запуска АЦП позволяет исключить влияние возможной паразитной модуляции сигналов синхронизации на результаты измерений, что значительно облегчает настройку и повышает достоверность измерений малых сигналов.

 

Поскольку сигнал синхронизации и частота дискретизации АЦП не синхронизированы между собой, при работе ИВК в режиме накопления происходит интегрирование сигнала на интервале дискретизации Δt, что приводит к снижению частотного диапазона выделяемого сигнала. Для устранения данной погрешности измерений в ИВК предусмотрен режим «Стробоскоп» с уменьшением интервала дискретизации.

 

Уменьшение интервала дискретизации производится за счет оценки положения импульса синхронизации относительно стробирующих импульсов АЦП и дальнейшей сортировки оцифрованных данных в зависимости от взаимного временного положения импульсов синхронизации и стробирующих импульсов. В зависимости от количества интервалов, на которые в режиме стробоскопа условно разбивается интервал дискретизации (количество фаз), интервал интегрирования уменьшается с 1 нс до 0,5 нс, 0,33 нс и 0,25 нс.

 

Комплекс имеет развитый и удобный интерфейс формирования режима демодуляции опорного сигнала. На рисунке 3 показано окно режима «осциллограф», в котором визуализируется режим демодуляции опорного сигнала в плате «АЦП 100».

 

 

Правила демодуляции задаются путем установки параметров региона 1 и региона 2, которые включают: параметры временного положения окон и порогового уровня каждого региона.

 

Сигнал удовлетворяет заданному правилу, если он «попадает» в оба региона правила. При этом измеренная временная форма исследуемого сигнала заносится в статистику одного из массивов данных. В противном случае временная форма считается «промахом» и не используется для формирования результата измерения.

 

«Попаданием» в «регион» сигнала является ситуация, когда на всём временном диапазоне региона амплитуда сигнала (амплитуда всех отсчётов пачки, попадающих по времени в «регион») не превышает величину «уровень» региона, если регион имеет атрибут «ниже», или не меньше чем «уровень», если регион имеет атрибут «выше».

 

Возможности данного режима обработки проиллюстрируем на примере съема опорного сигнала с выхода логического элемента.

 

В таблице 1 приведены все возможные способы определения эквивалентов опорного сигнала в зависимости от состояний выхода элемента на текущем и предыдущем тактах. Обозначение в таблице М1 соответствует сигналу единичного, М0 – нулевого массива. Классификация альтернативных массивов по состоянию логического сигнала на текущем и предыдущем тактах позволяет учитывать физические состояния логических цифровых элементов с учетом особенностей видов элементной базы (ТТЛ, К-МОП) и построения узлов ( микропроцессорные комплекты, ПЛИС и т.д.).

 

 

Режим эквивалентов 0/1 - «импульсный»- определяет разбиение на два массива по состоянию источника исследуемого сигнала (ИИС) на текущем такте независимо от состояния предыдущего. Его использование целесообразно в микропроцессорных узлах, где исследуемый сигнал имеет, как правило, импульсный вид.

 

Режим эквивалентов (00+11)/(01+10) – «динамика/статика» определяет правило разделения на массивы в соответствии с наличием/отсутствием изменения состояния ИИС и применяется для низкоскоростных элементов, формирующих потенциальный сигнал (например, К-МОП-элементов).

 

Эти два режима используют все четыре возможных перехода состояний элементов. Оставшиеся режимы эквивалентов производят 50%-ую выборку из возможных состояний ИИС. Из них наиболее часто используются 01/00, 10/11 и 01/10, как имеющие ясную связь с физическим состоянием элементов схемы объекта и обладающие наибольшими энергетическими параметрами.

 

В ИВК IRS-1000 поддерживаются все вышеупомянутые режимы выбора эквивалентов опорного сигнала, за исключением режима «динамика/статика».

 

На следующем рисунке приводится типовая структурная схема сопряжения ИВК с исследуемым объектом.

 

 

Как видно, помимо сигнала синхронизации для запуска измерительных АЦП (фазовая синхронизация) при работе ИВК необходим «опорный» сигнал, назначение которого – производить сортировку временных форм по двум массивам (цикловая синхронизация). В соответствии со схемой сопряжения на рис. 4 оба сигнала синхронизации подаются в ИВК из исследуемого объекта. Данный вариант является наиболее распространенным и, как правило, наиболее простым в реализации. В то же время, возможны варианты сопряжения, в которых источником сигнала фазовой синхронизации для исследуемой аппаратуры и ИВК является какое-либо внешнее устройство или ИВК может являться источником сигнала синхронизации для исследуемого объекта. Аналогичные варианты синхронизации возможны и для опорного сигнала.

 

Проведение измерений при малом уровне выделяемого сигнала (менее 1-10 мкВ), малом отношении сигнал/помеха и наличии «опорного» сигнала, связанного с измеряемым сигналом, определяет специфические трудности организации и проведения экспериментов. Это, во-первых, задача качественной организации сопряжения исследуемого технического средства и ИВК по трактам тактовой частоты и опорного сигнала, гарантирующая отсутствие искажений выделяемого сигнала. Здесь следует отметить, что необходимым условием для минимизации влияния опорного канала является временное разнесения опорного и тестового сигналов. Во-вторых, оптимизация измерительного тракта и предварительное повышение отношения сигнал/помеха путем устранения неинформативных помех с целью повышения эффективности накопления статистики и снижения времени измерений.

 

На рисунках 5-7, 8-10 приведены результаты тестирования ИВК при соотношении сигнал/помеха 1, 0,1 и 0,01 – временные формы выделенного из-под шума тестового сигнала и доверительный интервал. Тестовый сигнал формировался специальным имитатором, выполненным на базе оборудования Rohde&Schwarz, датчика псевдослучайной последовательности и генератора шума из состава УЗ «Смог» (спектральная плотность шума в диапазоне 1 кГц…1000МГц – 20 мкВ/ÖкГц.), и представлял собой смесь с широкополосным шумом синусоидального сигнала частотой 100 МГц (рис.5-7), 500 МГц (рис.8-10). Уменьшение соотношения сигнал/помеха обеспечивалось подавлением в аттенюаторе тестового сигнала.

 

 

Приведенные результаты измерений с использованием свидетельствуют о том, что ИВК IRS-1000 является эффективным инструментом для выделения сигналов, обусловленных работой цифровых схем, в условиях помех, существенно превышающих уровень измеряемых сигналов. При этом ИВК IRS-1000 обладает возможностью измерения сигналов, возникающих от работы отдельных логических элементов цифровых схем, в том числе и внутренних.

 

В настоящее время фирмой “Центр АЦП” разработано изделие IRS-2000, представляющее собой модернизацию ИВК IRS-1000. Основное отличие IRS-2000 заключается в увеличении разрешающей способности по времени, что позволяет отказаться от режима «Стробоскопа» и существенно увеличивает производительность ИВК. Также в систему заложена возможность дальнейшей эксплуатации системы без использования опорного канала, что позволит коренным образом устранить его влияние на результат измерения.


14.01.13
Автор: Зам. директора ПФ ФГУП НТЦ «Атлас» Юранов Ю.Г., Начальник отдела ПФ ФГУП НТЦ «Атлас» Шутов В.Л.  Источник: Журнал «Специальная техника» № 3-4 за 2008 год 




Разделы / Публикации в журналах
Обратная связьПодпискаОпросыСправочник специалиста в АЦП
© Все права защищены. 2004-2017 ООО "Центр АЦП"
Служба поддержки:
Работает на: Amiro CMS