Ступенчатая перестройка рабочей частоты для панорамного SDR ионозонда

Проблема и актуальность

Зондирование ионосферы возможно средствами панорамного и канального ионозонда. Работа развивает функционал панорамного зондирования на платформе USRP (Universal Software Radio Peripheral) средствами GNU Radio. Обоснование значимости за пределами этой инженерной задачи в статье не приводится.

Цель и гипотеза

Описать алгоритм и представить рабочую схему ступенчатой перестройки рабочей частоты панорамного SDR-ионозонда. Гипотеза не формулируется: работа инженерная, проверяемого утверждения о среде она не содержит.

Материалы и методы

Схема собрана в среде GNU Radio на платформе USRP, перестройка выполняется в диапазоне от 0 до 30 МГц. Роль источника рабочих частот выполняет генератор синусоидального сигнала Signal source.

Блок Tags strobe отсчитывает заданное количество сэмплов от начала рабочего потока и определяет момент перестройки. Блок tag sink на основе Python block детектирует тэг с ключом strobe — признак того, что заданное количество сэмплов прошло — и доставляет pmt-сообщение (polymorphic types) блоку Frequency sweeper, также написанному на основе Python block. Тот циклически производит сдвиг частот в диапазоне 0–30 МГц с шагом, задаваемым в элементе QT GUI Range. Количество сэмплов до следующего сдвига и шаг определяются пользователем и могут изменяться динамически в течение сеанса.

Результаты

Приведена рабочая схема GNU Radio (рис. 1) и графики перестройки частоты на приёмной и передающей сторонах вместе с элементами управления Samples и Freq step (рис. 2). Количественные характеристики перестройки — время установления, разброс момента переключения относительно заданного отсчёта, поведение фазы на стыке ступеней — в статье не указаны, влияние перестройки на ионограмму не оценивается.

Выводы авторов

Техническая часть панорамного SDR-ионозонда развита за счёт внедрения ступенчатой перестройки рабочей частоты в диапазоне 0–30 МГц на платформе USRP средствами GNU Radio. Сдвиг частоты возможен динамически в течение сеанса, шаг и время определяются пользователем.

Ограничения

Работоспособность показана графиками, но не измерена: числовых характеристик перестройки в тексте нет. Версия GNU Radio и модель USRP не указаны, тогда как приведённая схема привязана к конкретному релизу среды.

Новизна

Заявлена как развитие функционала ионозонда из работы [1]: добавлена ступенчатая перестройка частоты с пользовательским управлением шагом и моментом переключения, в том числе в ходе сеанса.

Эвристики

[явно] Если параметр нужно менять по ходу потоковой обработки — то привязывать момент изменения к числу пройденных сэмплов, потому что счётчик сэмплов синхронен самому потоку, а внешний таймер с ним не связан.
[явно] Если шаг и период перестройки могут понадобиться разными в течение сеанса — то выносить их в элементы управления интерфейса, потому что это позволяет менять режим без перезапуска сеанса.
[реконструкция] Если событие в одном блоке графа должно вызвать действие в другом — то передавать его тэгом с именованным ключом и сообщением, потому что это развязывает детектирование и исполнение.
[реконструкция] Если штатных блоков среды не хватает — то дописывать недостающее отдельными блоками на скриптовом языке, потому что остальной граф при этом остаётся неизменным.
[реконструкция] Если проверяется факт перестройки — то смотреть графики приёмной и передающей сторон одновременно, потому что совпадение отличает реальный сдвиг частоты от команды в управляющей программе.

Одной фразой: Ступенчатая перестройка частоты 0–30 МГц для панорамного SDR-ионозонда на USRP, где отсчёт сэмплов через тэг запускает сдвиг частоты с пользовательским шагом.