RU11615U1 - Комбинированное приемное устройство спутниковых систем радионавигации - Google Patents

Abstract

1. Комбинированное приемное устройство спутниковых систем радионавигации, содержащее последовательно соединенные антенну, антенный блок, аналого-цифровой блок, управляющий процессор, навигационный процессор, блок управления и индикации, а также блок опорных частот и блок питания, причем первый выход блока опорных частот подключен к второму входу антенного блока, второй выход блока опорных частот - к второму входу аналого-цифрового блока, третий выход блока опорных частот - к второму входу управляющего процессора, отличающееся тем, что аналого-цифровой блок выполнен в виде первого, второго и третьего параллельных канальных блоков, причем первые входы первого-третьего канальных блоков объединены и являются первым входом аналого-цифрового блока, вторые входы первого-третьего канальных блоков объединены и являются вторым входом аналого-цифрового блока, выходы первого-третьего канальных блоков объединены и являются выходом аналого-цифрового блока.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый из трех параллельных канальных блоков содержит соединенные генератор кодов, блок аналоговой обработки и блок цифровой обработки, причем первый вход канального блока является первым входом блока аналоговой обработки, второй вход канального блока соединен с первым входом генератора кодов, пятым входом блока аналоговой обработки и вторым входом блока цифровой обработки, первый выход генератора кодов подключен к второму входу блока аналоговой обработки, второй выход генератора кодов подключен к третьему входу блока аналоговой обработки, выход канального блока является магистралью обмена с управляющим процессоро�

Description

КОМБИНИРОВДИНОЕ ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО СПУТНИКОВЫХ ШОТЕМ Р/а1НОН.1 АЦШ1

Полезная модель относится к радионавигации м позволяет осуществить конструк,т 1вное выполнение приеь{оидикатороБ СПИ) спутниковых систем радионавигации (ССРИС) ГПС и ГЛОНАСС для Еысо}юточвого и в:адежБого определения местоположения и скорости потребителя по обеим CCFHO ГПС/ Г.ЯОНАСС.

Одной из осноЕНЬК трудностей при. созданий комбинированных ПИ является сложность и недостаточная технологичность блока аналоговой обработки где наиболее сложным фунр;циональным узлом является синтезатор доплеровских ча:зтот (СДЧ), PC СДЧ предъявляются повышенные и противоречивые требования по быстродейств ®, шумовш, характеристикам вшсодкого сигнала и массогабаритнш. параметр.э1у1.. что сдерживает создание комп.актньис недорогих многор нальных комбинированHbDt ПИ ССРИС ГПС / Г.ЮНАСС, поскольну возможность изготовления основных, совмещенных функциональных узлов ан.элогового блока на основе вакавных больших интегральных схем в настоящее время находится на пределе современной отечестШК 6r G OlS 1/30

венной технологии /1/. Однако возможность работы со всеми видимыми спутниками обеих систем ГПС и Г.ЮНАСС может обеспечить необходи14 надежность и точность местоопределения, даже если Е рабочем созвевдии некоторые опутнирж выйдут из строя /8/,

РСомгфоьшсс между требованием многоканальности и масоогабаритвмли п:араметра ли может быть достигнут прИ использовании малоканальньс ГО1 последовательного типа, Б таких ПИ каждый из на.вигаЩЮнных каналов последовательно принимает и обрабатывает сигналы несколько- }, спутников ГПС или ГЛОНАСС; а один канал непрерывно производит сбор эфемеридных данньк всех видтмх над радиогоризонтом спутников,

Целью настоящего конструр тивного выполнения является решение следующей технической задачи; создать комбинированное приемное устройство ССРНС ГПС / ГЛОНАСС на основе едиго частотного диапазона, с использованием достаточно изученных и технологичны.4 функциональных узлов с максимальным использованием програм лно-математических методов на базе микропроцессорной техникиАнаюгом предложенного устройства является комбинированный ПИ Шкипер-Н% в котором ан,злоговая обработка сигналов производится отдельными функщгональны ли блока ли для каждой из систем ГПС и ГЛОНАСС /2/.

За прототип принят ПИ АСН - 16 /1/., содержащей последовательно соединенные антенву, антенный блок (АБ), аналого-цифровой блок (АЦБ); управляющий процессор (Ш), навигационный процессор (Ш), блок управления и индикации (БУИ). а также блок опорных частот (БОЧ) и блок питания. При этом

Б ПИ /1, первый Быкод БОЧ подк шочен. ко второму входу А. второй выход БОЧ лодк;ж)чен к второму входу /ШБ; третий выход БОЧ подключен к второму входу УП.

Однако, устройотво /1/, в ряде случаев, не обеопечивает сохранение непрерывнооти меотоопределения. по oOemi оиотем-зм ГПС и ГЛОНАСС,, имеет завышенные маосогабаритные параметры и достаточно выс окувэ отоимооть,

Реализа.ция предложенной конотрурщии Ш позволяет достичь олед тощего техн щеокого результата; повышение надежнооти и точности меотоопределения за счет совмещения всех основных уелов обработрл-к сигналов ССрнс рпс и ГЛОНАСС с оохравеяием непрерьюности местоопределения при св .и:«ении маооогабаритных параметров и 1:}тоиг.юсти Ш1.

Сущность изобретения .мзчается в том, что комбинированное приемное устройство содер,ж.ит три идентичных канальньк блока (ЬЕ), в которых производится анапого -цифровая обрабСТн;а. сигналов ССРНС ГПС и ГЛОНАСС, Каждый KJ может непрерывно работать в навигационном режиме слежения эа спутниками обеих систем, причем один KB р;эботает в режиме приема эфеыеридны данных всех спутников комбинированного рабочего соввездия систем ГПС ,/ ГЛОНАСС, Такая струр:;тура позволяет оптимально сочетать требование непрерывности местоопределения с необходимостью примешать и контролировать эфемер1вдную и служебн уто информащм спутникового сообщения. Такой подход позволяет создать недорогую на,цежную приемную аппаратуру ССРНС ГПС / ГЛОНАСС для широкого круга потребителей с низкой и средней динамикой дышения /3;7/,

Комбинированное приемное устройство ССРНС содержит последовательно соедт-шенные антенну. АБ АЦБ; УП, НП., БУИ. а таи;«,е БОЧ и блок питания, причем первый выход БОЧ поди шочен к второму входу АБ, второй выход БОЧ к втором входу АЦБ., третий вы}.од БОЧ - к, второму входу УПОтличительной оообенноотью является то,что АЦБ вылолнен в виде трех параллельных к-энальных блоков (},, каждый из которых осуществляет последовательную обработку сигналов систем ГПС и (затем) ГЛОНАСС, Наряду со связями элементов, известными в прототипе, введены новые связи,, обусловленные новой структурой; вшод АБ соединен с первшли входами первого, второго и третьего КБ, выходы БС)Ч соединены с вторым входом и вторыми входакш первого, второго и третьего РОЗ, К управляющшу входам I-CB подсоединен вькод УП., информатдионные выходы РШ через УП подсоединены к НП и к БУИ.

Отлишительными от аналога и прототипа признаками являются трехканальная структура устройства, структура КБ и структура блока аналоговой обрэботю (БАО) в составе РСБ с №( новьп-ли связями и другими функциональными элемент-ами.

Каждый из трех параллельны с КБ содержит соединенные генератор кодов ГК, БАО и блор: удифровой обр.аботкл (ВЦО), причем первый вход ЮЗ является первьш входом БАО, второй вход У соединен с первым входом ГК пятым входом БАО и вторым в}шдом БЦО. первый вьисод ГК подключен к второму входу БАО, второй выход ГК подключен к третьему входу БАО, выход КБ является магистралью обмена с УП, причем вьисод БЦО является информационны магистрали обмена., а управлявэщй вход магистрали обмена к BTopow БХОду ГК, первом входу БЦО и четвертому входу БАО, БЦО является информационным вшюдом га,

При этом БАО содержит первый, второй и третий смесители (СМ), буферный усилитель (БУ), первый и второй корреляторы (КР), первый, второй и третий усилители промежуточной частоты (УПЧ),, синтезатор литерных (СЛЧ)., синтезатор доплеровских частот (СДЧ),первый и второй пороговые элементы (ПЭ), Причем первый вход первого Ш является первым входом БАО, вторые входы первого и второго КР являются вторык и третьим входа1ли БАС), вторые входы СЛЧ и СДЧ подключены к четвертому входу БАО., первые входы С,ПЧ и СДЧ подключены к пятому входу БАО, вшсод первого Ш соединен черев БУ и первый УПЧ с первы}л входом первого Кривых од первого КР соединен с первыми входами второго СМ и второго I-CPj, к. выходу второго СМ подключены последовательно соединенные второй УШ. и первый n3j выход второго КР соединен с первым входом третьего СМ, выгсод с;в соединен с вторыми входами второго и третьего Ш, вььчод СЛЧ соединен с вторык1 входом первого СМ, к выходу третьего СМ подключены последовательно соединенные третий ШЧ и второй ПЭ, выходы первого и второго ПЭ являются соответственно первьол и вторым выгсодами БАО,

На фиг,1 представлена структурная схема предложенного комбинированного приемного устройства на фиг.2 - структурная схема РСБ; на фиг..3 - стуктурная схема БАО..

Комбинированное приемное устройство (фигЛ) содержит антен.ну 1, антенный блок 2, первый., второй и третий канальные блоки 3,4,5,управляющей процессор б., навигационный процессор 7., блок управления и индикащга 8, блок спорны}-;: 4aiDтот 9 и блок питания 10. РСанальный блок (фиг,2) содержит генератор кодов И). БАО 12,. БЦО 13).БАО содержит (фиг..3) первый, второй и третий смесители 14.,18.сй4 первый и второй корреляторы 23s первый, второй и третий УПЧ 16,19,25; первый и второй ГО 20 26, синтезатор литерных ча1зтот 21) синтезатор доплеровских частот 22),

Комбинированное приемное устройство работает следуюпрш образом,

Сигналы ССРНО ГПС и ГЛОНАСС поступ;Ж Т на антенну 1 и далее на первый вход АБ 2, где преоОраеутотся в сигналы промежуточной ча-.ти (ПЧ) 102,5625 -115,5 №ц (ГЛОНАСС) и 75,42 Жц (ГПС), Сигнал с АБ поступает на первые входы КБ 3,4 и 5 в которых осуществляется слежение за несущей сигналов (каналу) и слежение за задержкой (ржналд) с послед щей квадратурной обработкой), В № сигнал ПЧ поступает на первый вход БАО где смешивается в первом СМ 14 с сигналами литерных чазтот, вырабатьшаемьши СЛЧ 21 (77,0625 - 90) МГц для ГЛОНАСС и 49,95 МГц для ГПС), С выхода СМ 14 сигналы второй ПЧ - 25,5 МГц (ГЛОНАСС) и 25,47 т:ч (ГПС) после усиления в буферном усилителе 15 и УПЧ 16 поступают на первый вход КР 17,, на второй вход которого поступает с выхода ТК 11 видеосигнал, соответств ующ й С/А коду ССРНС ГЛОНАСС/ ГПС. При совпадении принимаемого и местного С/А кодов на выходе КР 17 появляется пик автокоррелящюнной функции в виде фазоманипуляционного данньши сигнала промежуточной чэзтоты,С выхода № 17 сигнад поступает на вход КР 23 и СМ 18, На вто

рой вход Ш 18 поступает гетеродинный сигнал с СДЧ 22. На выходе СМ 18 образуется сигнап разностной частоты, который после дополнительного и фил;ьтра1д.ии в УПЧ 19 поступает на 1ГЭ 20 J приводящий этот сигнал к бинарно-квантовом / виду, соответствЗТощекГЗ уровням ТТЬ-логиРш, Блоки 14-20 составляют канаж слежения ва несущей (канал). Канал слежения за. задержкой (канал Л) состояпц-ш ив блоков 23-26 работает аналогир но каналу , причем на первый вход КР 23 поступает сигнал с вьпсода КР 17,на второй вход Р 23 поступает меандр тактовых частот кодов, по фээе соответств тощй тактовой час-тоте С/А кода, с выхода ГК 11, Выходом № 23 является сигнал, соответствующйй фазовой ошибке принимаемого и местного С/А кодов. Аналоговые сигналы и -Д с выходов БАО 12 поступают соответственно на первый и второй входы БЦО 13, где преобразуются в 1дифровую форщ и проходят квадратурную обработку).. С информационные вьосодов БЦО данные поступают на вход УП 6, который в соответствии с требованиями к решению навигационной задачи программно реализует следующее алгоритмы 1) сбор информации с БЦО; 2) вычисление доплеровских сдвигов частоты и задержки кода; 3) выработка управляющих кодов для блоков 11J21522,13; 4) связь с НП, НП 7 в соответствии с сигнала сй БУЙ 8 вырабатывает команды для управления УТЕ 6, а также выполняет решение навигационной задачи, результаты которой отображаются блоком 8),

Примечания содержат дополнительные сведения для экспертизы,, Боэтощг не включены в основной теюзт описания.

1,Структура и процесс работы генератора кодов не являются существенными отличиями, они олиса.ны, наоршлер в /3/,

2,В БЦО выполняется квадратурная . сигналов по каждому F3 каналов- и А известньми способа 4и /3,7/- При этом используется одинаковая промежуточная частота для сигналов спутников ГПС и ГЛОНАСС3- Отличие блокна 21 от известньос не является сущеотвенн:ык1 для изобретения. Методика расчета подобных устройств приводится Е /6/.

4, Методы синтеза доплеровских ча1зтот хорошо неучены и достаточно просто реализуемы ,7/,

5.. Работа приемного устройства. ССРНС подробно описана в /5,9,10/.

пртсчАЮ1я

Испольеованиые источники L Прототип и бл1тайший авадог,

1,Gouzhva V., Condryavtsev L. FCornienko V, Pushkina I,, Receivers; An Outline. - GPS World, 1994 January, p.30--36, (прототип),

2,Ivanov N,, Salistohe V,, GLONAS3 and GPS: Prospect for a partneship, 1991 April, p,36-40, (аналог),

II, Дополнительные источники по уровню техники.

3,Бортовые устройства спутниковой радионавиг, И..В.РСудрявцев, И..НЛЛищенко, АЛ1, Ео,яынкин и др. Под, ред, В, С, и1ебшаеЕИча., - М, ; Транспорт, 1983, - 201 с,

4,Dale S,A,, PCitching LD., Daly Position-fixing using the USSR s GLONASS code,- IEEE Aerosp, and Electron Syst,- Mag,; 1989, v,4, N2, p,3-lQ,

5,Marvin B,M,, Measuring Velocity Using GPS Worldj 1992, September, p,58-65,

6,Э, Ред, Справочное пособие по высок,очэ::;тотной схемотехнике, - М,; Мир, 1990J 256 с,

7,Волынншн А,И, , Кудрявцев И, В,, Шщенрю JLH, j ШеОшаевйч В,С,/Алпаратура потребителей СРНО НАБСТАР, Зарубежная; р атдиоэлектороника, в,4, 1983; с,89-91,

8,SturzabLA, J Navigation system Integrity Monitoring Using Redundant Measurements,- Navigation, v,35j M 4, 1988, p,483-499,

9.. Сетевые спутниковые радконавигшдаонные систег ы / В,С,Шебшаевйч,. П-П,Дмитриев Н,В,Иванцев1и и др.: Под ред, П,П. Дмитриева и В,С, Шебшаевича. - М,; Радио и овявь, 1982,, с,87 - 99.

10, БутькоИ.Н, ; Рязанцев П,11, При:емное устройство сттутниковой навигационной аппаратуры СНбС, - В кн,; Морская нввигация при геол, исследованиях Мирового океана, Геленджик; НПО Шморгеология, 1991 с, 51-57.

Claims (3)

1. Комбинированное приемное устройство спутниковых систем радионавигации, содержащее последовательно соединенные антенну, антенный блок, аналого-цифровой блок, управляющий процессор, навигационный процессор, блок управления и индикации, а также блок опорных частот и блок питания, причем первый выход блока опорных частот подключен к второму входу антенного блока, второй выход блока опорных частот - к второму входу аналого-цифрового блока, третий выход блока опорных частот - к второму входу управляющего процессора, отличающееся тем, что аналого-цифровой блок выполнен в виде первого, второго и третьего параллельных канальных блоков, причем первые входы первого-третьего канальных блоков объединены и являются первым входом аналого-цифрового блока, вторые входы первого-третьего канальных блоков объединены и являются вторым входом аналого-цифрового блока, выходы первого-третьего канальных блоков объединены и являются выходом аналого-цифрового блока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый из трех параллельных канальных блоков содержит соединенные генератор кодов, блок аналоговой обработки и блок цифровой обработки, причем первый вход канального блока является первым входом блока аналоговой обработки, второй вход канального блока соединен с первым входом генератора кодов, пятым входом блока аналоговой обработки и вторым входом блока цифровой обработки, первый выход генератора кодов подключен к второму входу блока аналоговой обработки, второй выход генератора кодов подключен к третьему входу блока аналоговой обработки, выход канального блока является магистралью обмена с управляющим процессором, причем выход блока цифровой обработки является информационным выходом магистрали обмена, а управляющий вход магистрали обмена подключен к второму входу генератора кодов, первому входу блока цифровой обработки и четвертому входу блока аналоговой обработки, выход блока цифровой обработки является информационным выходом канального блока.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок аналоговой обработки содержит первый, второй и третий смесители, буферный усилитель, первый и второй корреляторы, первый, второй и третий усилители промежуточной частоты, синтезатор литерных частот, синтезатор доплеровских частот, первый и второй пороговые элементы, причем первый вход первого смесителя является первым входом блока аналоговой обработки, вторые входы первого и второго корреляторов являются вторым и третьим входами блока аналоговой обработки, вторые входы синтезатора литерных частот и синтезатора доплеровских частот подключены к четвертому входу блока аналоговой обработки, первые входы синтезатора литерных частот и синтезатора доплеровских частот подключены к пятому входу блока аналоговой обработки, выход первого смесителя соединен через буферный усилитель и первый усилитель промежуточной частоты с первым входом первого коррелятора, выход первого коррелятора соединен с первыми входами второго смесителя и второго коррелятора, к выходу второго смесителя подключены последовательно соединенные второй усилитель промежуточной частоты и первый пороговый элемент, выход второго коррелятора соединен с первым входом третьего смесителя, выход синтезатора доплеровских частот соединен с вторыми входами второго и третьего смесителей, выход синтезатора литерных частот соединен с вторым входом первого смесителя, к выходу третьего смесителя подключены последовательно соединенные третий усилитель промежуточной частоты и второй пороговый элемент, выходы первого и второго пороговых элементов являются соответственно первым и вторым выходами блока аналоговой обработки.