RU137395U1

RU137395U1 - SATELLITE RADIO NAVIGATION SYSTEMS RECEIVING DEVICE

Info

Publication number: RU137395U1
Application number: RU2013122458/07U
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Комаров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2014-02-10

Abstract

Устройство приема сигналов спутниковых радионавигационных систем, содержащее входной блок, блок первого преобразования частоты сигналов, первый и второй каналы второго преобразования частоты сигналов, выходы которого являются первым и вторым выходами устройства приема сигналов спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS соответственно, а также формирователь сигналов тактовой и гетеродинных частот, при этом блок первого преобразования частоты сигналов содержит последовательно соединенные входной усилитель, вход которого соединен с выходом входного блока, смеситель, опорный вход которого соединен с первым выходом формирователя сигналов тактовой и гетеродинных частот, и усилитель промежуточной частоты, выход которого подключен к входам первого и второго каналов второго преобразования частоты, каждый из которых содержит последовательно соединенные первый фильтр, вход которого является входом канала, смеситель, второй фильтр и аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом канала, при этом опорный вход смесителя и второй вход аналого-цифрового преобразователя первого канала соединены со вторым и четвертым выходом формирователя сигналов тактовой и гетеродинных частот соответственно, опорный вход смесителя и второй вход аналого-цифрового преобразователя второго канала соединены с третьим и четвертым выходом формирователя сигналов тактовой и гетеродинных частот, вход которого соединен с выходом опорного генератора, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введены сумматор, синтезатор частот и усилитель, причем первый вход сумматора является сигнальным входомA device for receiving signals from satellite radio navigation systems, comprising an input unit, a unit for first converting signal frequencies, first and second channels of a second signal frequency conversion, the outputs of which are the first and second outputs of a device for receiving signals from satellite radio navigation systems GLONASS and GPS, respectively, as well as a signal generator of clock and heterodyne frequencies, while the block of the first signal frequency conversion contains a series-connected input amplifier, the input of which is dined with the output of the input unit, a mixer, the reference input of which is connected to the first output of the clock driver and heterodyne frequencies, and an intermediate frequency amplifier, the output of which is connected to the inputs of the first and second channels of the second frequency conversion, each of which contains a first filter connected in series which is the channel input, a mixer, a second filter and an analog-to-digital converter, the output of which is a channel output, while the reference input of the mixer and the second analog-to-digital input The first channel converter is connected to the second and fourth outputs of the clock and local oscillator frequencies, respectively, the mixer reference input and the second input of the second channel analog-to-digital converters are connected to the third and fourth outputs of the clock and local oscillator signals, the input of which is connected to the output of the reference generator , characterized in that it includes an adder, a frequency synthesizer and an amplifier, the first input of the adder being a signal input

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в аппаратуре радионавигации по сигналам спутниковых радионавигационных систем (СРНС) ГЛОНАСС и GPS.The utility model relates to radio engineering and can be used in radio navigation equipment based on signals from satellite radio navigation systems (SRNS) GLONASS and GPS.

Известны одноканальные устройства приема, выполненные по супергетеродинной схеме с двойным преобразованием частоты (см. например ЕР №0523938, US №5606736), содержащие два последовательно соединенных преобразователя частоты, каждый из который включает свой смеситель и свой фильтр-усилитель, причем опорные входы смесителей подключены соответствующим выходам формирователя сигналов гетеродинных частот. В данных устройствах при помощи внешнего управляющего сигнала, подаваемого на управляемый делитель частоты в кольце автоподстройки управляемого генератора, осуществляется перестройка частот гетеродинных сигналов, получаемых путем деления выходного сигнала генератора, тем самым реализуется переключаемый режим преобразования сигналов СРНС ГЛОНАСС или GPS.Known single-channel receiving devices made according to a superheterodyne circuit with double frequency conversion (see, for example, EP No. 0523938, US No. 5606736) containing two series-connected frequency converters, each of which includes its own mixer and its own filter amplifier, and the mixer reference inputs are connected corresponding outputs of the local oscillator frequency driver. In these devices, using the external control signal supplied to the controlled frequency divider in the auto-tuning ring of the controlled generator, the frequencies of the heterodyne signals obtained by dividing the output signal of the generator are tuned, thereby switching the signal conversion mode of the SRNS GLONASS or GPS.

Общим недостатком данных устройств является невозможность одновременного (параллельного) преобразования сигналов СРНС, что исключает возможность работы навигационной аппаратуры одновременно по сигналам двух систем ГЛОНАСС и GPS или альтернативную работу по сигналам одной из систем ГЛОНАСС или GPS в зависимости помеховой обстановки в частотной полосе сигналов одной из систем ГЛОНАСС или GPS.A common drawback of these devices is the impossibility of simultaneous (parallel) conversion of SRNS signals, which excludes the possibility of navigation equipment working simultaneously on the signals of two GLONASS and GPS systems or alternative operation on the signals of one of the GLONASS or GPS systems depending on the interference situation in the frequency band of signals of one of the systems GLONASS or GPS.

Указанного недостатка лишены схемы и устройства частотного преобразования сигналов глобальных СРНС ГЛОНАСС и GPS, в которых обеспечивается возможность одновременного (параллельного) преобразования сигналов систем ГЛОНАСС и GPS (см. например Патент РФ №2146378 фиг.3, Патент РФ №2178894 фиг.4, Патент РФ №2145422).The indicated drawback is deprived of the scheme and device for the frequency conversion of global GLONASS and GPS signals, in which the simultaneous (parallel) conversion of GLONASS and GPS systems signals is possible (see, for example, RF Patent No. 2146378 figure 3, RF Patent No. 2178894 figure 4, Patent RF №2145422).

Данные устройства приема имеют общий для сигналов ГЛОНАСС и GPS канал первого преобразования частоты и два индивидуальных канала второго преобразования частоты сигналов GPS и ГЛОНАСС. Канал первого преобразования частоты сигналов ГЛОНАСС и GPS (группового сигнала ГЛОНАСС и GPS) содержит входной фильтр и первый смеситель. Канал второго преобразования сигналов GPS содержит фильтр первой промежуточной частоты сигналов GPS, второй смеситель с фильтром второй промежуточной частоты сигналов GPS и первый квантователь сигнала по уровню. Канал второго преобразования сигналов ГЛОНАСС содержит фильтр первой промежуточной частоты сигналов ГЛОНАСС, третий смеситель с фильтром второй промежуточной частоты сигналов ГЛОНАСС и второй квантователь сигнала по уровню. Опорные входы первого, второго и третьего смесителей подключены к соответствующим выходам формирователя сигналов тактовой и гетеродинных частот, который синтезирует сигналы трех гетеродинных частот (первой гетеродинной частоты для первого частотного преобразования группового сигнала ГЛОНАСС и GPS, второй гетеродинной частоты для второго частотного преобразования сигналов GPS и третьей гетеродинной частоты для второго частотного преобразования сигналов ГЛОНАСС), а также сигнал тактовой частоты, который задает частоту дискретизации по времени при осуществлении последующей цифровой обработки сигналов в многоканальном цифровом корреляторе и навигационном процессоре.These receiving devices have a channel for the first frequency conversion common to GLONASS and GPS signals and two individual channels of the second frequency conversion of GPS and GLONASS signals. The channel for the first frequency conversion of the GLONASS and GPS signals (group GLONASS and GPS signal) contains an input filter and a first mixer. The second GPS signal conversion channel comprises a filter for the first intermediate frequency of the GPS signals, a second mixer with a filter for the second intermediate frequency of the GPS signals, and a first level quantizer. The channel for the second GLONASS signal conversion contains a filter for the first intermediate frequency of GLONASS signals, a third mixer with a filter for the second intermediate frequency of GLONASS signals, and a second signal quantizer by level. The reference inputs of the first, second and third mixers are connected to the corresponding outputs of the clock and heterodyne frequency signal generator, which synthesizes the signals of three local oscillation frequencies (the first local oscillation frequency for the first frequency conversion of the GLONASS and GPS group signal, the second heterodyne frequency for the second frequency conversion of GPS signals and the third heterodyne frequency for the second frequency conversion of GLONASS signals), as well as a clock frequency signal that sets the sampling frequency according to time during subsequent digital signal processing in a multi-channel digital correlator and navigation processor.

Недостатком данных устройств является отсутствие возможности контроля работоспособности приемно-усилительного тракта СРНС ГЛОНАСС и GPS. Наиболее близким к заявляемому является устройство по патенту РФ №2145422, которое выбрано в качестве прототипа.The disadvantage of these devices is the inability to control the operability of the receiving-amplifying path of the SRNS GLONASS and GPS. Closest to the claimed is a device according to the patent of the Russian Federation No. 2145422, which is selected as a prototype.

Целью полезной модели является решение задачи автоматизированного контроля работоспособности приемо-усилительного тракта устройства приема сигналов глобальных СРНС-ГЛОНАСС и GPS.The purpose of the utility model is to solve the problem of automated monitoring of the operability of the receiving-amplifying path of the global SRNS-GLONASS and GPS signal receiving device.

Указанная задача решается тем, что в устройство приема сигналов спутниковых радионавигационных систем, содержащее входной блок, блок первого преобразования частоты сигналов, первый и второй каналы второго преобразования частоты сигналов, выходы которого являются первым и вторым выходами устройства приема сигналов спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS соответственно, а также формирователь сигналов тактовой и гетеродинных частот, при этом блок первого преобразования частоты сигналов содержит последовательно соединенные входной усилитель, вход которого соединен с выходом входного блока, смеситель, опорный вход которого соединен с первым выходом формирователя сигналов тактовой и гетеродинных частот, и усилитель промежуточной частоты, выход которого подключен к входам первого и второго каналов второго преобразования частоты, каждый из которых содержит последовательно соединенные первый фильтр, вход которого является входом канала, смеситель, второй фильтр и аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом канала, при этом опорный вход смесителя и второй вход аналого-цифрового преобразователя первого канала соединены со вторым и четвертым выходом формирователя сигналов тактовой и гетеродинных частот соответственно, опорный вход смесителя и второй вход аналого-цифрового преобразователя второго канала соединены с третьим и четвертым выходом формирователя сигналов тактовой и гетеродинных частот, вход которого соединен с выходом опорного генератора,This problem is solved in that in the signal receiving device of satellite radio navigation systems, comprising an input unit, a first signal frequency conversion unit, first and second channels of a second signal frequency conversion, the outputs of which are the first and second outputs of a signal receiving device of GLONASS and GPS satellite navigation systems, respectively , as well as a signal generator of clock and local oscillation frequencies, while the block of the first signal frequency conversion contains serially connected an input amplifier, the input of which is connected to the output of the input unit, a mixer, the reference input of which is connected to the first output of the clock and heterodyne frequency driver, and an intermediate frequency amplifier, the output of which is connected to the inputs of the first and second channels of the second frequency conversion, each of which contains in series connected the first filter, the input of which is the channel input, a mixer, the second filter and an analog-to-digital converter, the output of which is the channel output, while the reference input the mixer and the second input of the analog-to-digital converter of the first channel are connected to the second and fourth output of the clock and local oscillator signal shaper, respectively, the reference input of the mixer and the second input of the analog-to-digital converter of the second channel are connected to the third and fourth output of the clock and local oscillator, the input which is connected to the output of the reference generator,

дополнительно введены сумматор, синтезатор частот и усилитель, причем первый вход сумматора является сигнальным входом устройства, выход сумматора подключен ко входу входного блока, а второй вход сумматора к выходу усилителя, первый вход усилителя подключен к выходу синтезатора частот, второй вход усилителя является входом управления уровнем тестового сигнала, первый вход синтезатора частот подключен к опорному генератору, а второй вход является входом управления частотой тестового сигнала, при этом частота тестового сигнала задана исходя из условий ее прохождения в полосе пропускания соответствующего тракта преобразования частоты и не совпадения ее значения с частотами CPHGIn addition, an adder, a frequency synthesizer and an amplifier are introduced, the first adder input being the signal input of the device, the adder output connected to the input of the input unit, and the second adder input to the amplifier output, the first amplifier input connected to the output of the frequency synthesizer, the second amplifier input is the level control input test signal, the first input of the frequency synthesizer is connected to the reference generator, and the second input is the frequency control input of the test signal, while the frequency of the test signal is set and coming from the conditions of its passage in the passband of the corresponding frequency conversion path and the discrepancy of its value with the frequencies CPHG

Функциональная схема предлагаемого устройства приема представлена на фиг 1. Заявляемое устройство содержит сумматор (СУМ) 1, первый вход которого является сигнальным входом устройства, к выходу сумматора подключен входной блок (ВБ) 2, к выходу которого подключен блок первого преобразования частоты сигналов 3, содержащий последовательно соединенные входной усилитель (ВУ) 4, смеситель 5 (СМ1) и усилитель промежуточной частоты 6 (УПЧ), первый 7 и второй каналы 8 второго преобразования частоты сигналов, выходы которых являются первым и вторым выходами устройства сигналов СРНС ГЛОНАСС и GPS соответственно, формирователь сигналов тактовой и гетеродинных частот (ФЧ) 10, опорный генератор (ОГ) 9, усилитель с управляемым коэффициентом усиления (У) 19 и управляемый синтезатор частот (СЧ) 20.The functional diagram of the proposed receiving device is shown in Fig 1. The inventive device contains an adder (SUM) 1, the first input of which is the signal input of the device, an input unit (WB) 2 is connected to the output of the adder, the output of which is the first signal frequency conversion unit 3 containing serially connected input amplifier (VU) 4, mixer 5 (CM1) and intermediate frequency amplifier 6 (UPCH), the first 7 and second channels 8 of the second frequency signal conversion, the outputs of which are the first and second output the signal devices of the SRNS GLONASS and GPS, respectively, a signal generator of clock and heterodyne frequencies (FC) 10, a reference generator (OG) 9, an amplifier with a controlled gain (V) 19 and a controlled frequency synthesizer (MF) 20.

Канал 7 второго преобразования частоты содержит последовательно соединенные первый фильтр (Ф11) 11, смеситель (СМ12) 12, второй фильтр (Ф12) 13 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП1) 14, выход которого является выходом канала 7. Канал 8 второго преобразования частоты содержит последовательно соединенные первый фильтр (Ф21) 15, смеситель (СМ22) 16, второй фильтр (Ф22) 17 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП2) 18, выход которого является выходом канала 8. Вход формирователя сигналов тактовой и гетеродинных частот 10 подключен к выходу опорного генератора 9, первый выход формирователя 10 подключен к опорному входу смесителя 5, второй выход формирователя 10 подключен к опорному входу смесителя 12, третий выход формирователя 10 подключен к опорному входу смесителя 12, четвертый выход формирователя 10 подключен ко второму входу АЦП 14 и 18. Первый вход синтезатора частот 20 подключен к выходу опорного генератора 9, второй вход является управляющим, выход синтезатора частот 20 подключен к первому входу усилителя 19, второй вход которого является управляющим, выход усилителя 19 подключен ко второму входу сумматора 1.Channel 7 of the second frequency conversion contains serially connected first filter (Ф11) 11, mixer (СМ12) 12, second filter (Ф12) 13 and analog-to-digital converter (ADC1) 14, the output of which is the output of channel 7. Channel 8 of the second frequency conversion contains connected in series are the first filter (Ф21) 15, the mixer (СМ22) 16, the second filter (Ф22) 17 and the analog-to-digital converter (ADC2) 18, the output of which is the output of channel 8. The input of the signal generator of the clock and heterodyne frequencies 10 is connected to the output of the reference generator 9, p The first output of the shaper 10 is connected to the reference input of the mixer 5, the second output of the shaper 10 is connected to the reference input of the mixer 12, the third output of the shaper 10 is connected to the reference input of the mixer 12, the fourth output of the shaper 10 is connected to the second input of the ADC 14 and 18. The first input of the frequency synthesizer 20 is connected to the output of the reference generator 9, the second input is control, the output of the frequency synthesizer 20 is connected to the first input of the amplifier 19, the second input of which is control, the output of the amplifier 19 is connected to the second input 1 ora.

Устройство работает следующим образом. Сигнал, формируемый синтезатором частот 20, поступает на усилитель 19 с программируемым коэффициентом усиления, который обеспечивает формирование требуемого уровня тестового сигнала. Частота тестового сигнал задается при помощи управляющего входа синтезатора частот 20, например, при помощи навигационного процессора. Тестовый сигнал с выхода усилителя 19 подается на второй вход сумматора 1, где он суммируется с сигналами СРНС ГЛОНАСС или GPS, поступающими с внешней антенны на первый вход сумматора 1.The device operates as follows. The signal generated by the frequency synthesizer 20 is fed to an amplifier 19 with a programmable gain, which ensures the formation of the required level of the test signal. The frequency of the test signal is set using the control input of the frequency synthesizer 20, for example, using a navigation processor. The test signal from the output of the amplifier 19 is fed to the second input of the adder 1, where it is added to the signals SRNS GLONASS or GPS coming from an external antenna to the first input of the adder 1.

Во входном блоке 2 осуществляется предварительная фильтрация принимаемых сигналов СРНС ГЛОНАСС и GPS. В блоке первого преобразования 3 осуществляется перенос группового спектра сигналов СРНС ГЛОНАСС и GPS на первую промежуточную частоту, их фильтрация и усиление. В канале 7 осуществляется фильтрация от внеполосных помех и перенос группового спектра сигналов СРНС ГЛОНАСС на вторую промежуточную частоту с их последующей оцифровкой в аналого-цифровом преобразователе 14 с интервалом дискретизации по времени; определяемым сигналом тактовой частоты. Аналогичным образом в канале 8 осуществляется фильтрация от внеполосных помех и перенос спектра сигналов СРНС GPS на вторую промежуточную частоту с их последующей оцифровкой в аналого-цифровом преобразователе 18 с интервалом дискретизации по времени, определяемым сигналом тактовой частоты. Оцифрованные сигналы в дальнейшем могут быть обработаны в многоканальном цифровом корреляторе и/или навигационном процессоре.In the input unit 2 is a preliminary filtering of the received signals SRNS GLONASS and GPS. In the block of the first conversion 3, the group spectrum of the SRNS GLONASS and GPS signals is transferred to the first intermediate frequency, filtered and amplified. Channel 7 carries out filtering from out-of-band interference and transfers the group spectrum of GLONASS SRNS signals to a second intermediate frequency with their subsequent digitization in analog-to-digital converter 14 with a sampling interval in time; detectable clock signal. Similarly, in channel 8, out-of-band interference is filtered and the spectrum of GPS SRNS signals is transferred to the second intermediate frequency with their subsequent digitization in the analog-to-digital converter 18 with a sampling interval in time determined by the clock signal. The digitized signals can be further processed in a multi-channel digital correlator and / or navigation processor.

Блок формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот обеспечивает формирование сигнала общей первой гетеродинной частоты для блока первого преобразования частоты 3, сигнала второй гетеродинной частоты для канала второго преобразования частоты 7 сигналов ГЛОНАСС, сигнала второй гетеродинной частоты для канала второго преобразования частоты 8 сигналов GPS и сигнала тактовой частоты необходимой для работы аналого-цифровых преобразователей 14 и 18.The clock and local oscillation frequency signal generation unit provides the generation of a common first local oscillation frequency signal for the first frequency conversion unit 3, the second local oscillation frequency signal for the second frequency conversion channel 7 of the GLONASS signals, the second heterodyne frequency signal for the second frequency conversion channel of 8 GPS signals and the clock signal necessary for the operation of analog-to-digital converters 14 and 18.

Частота тестового сигнала задается таким образом, чтобы ее значение не совпадало с частотами СРНС, но при этом она попадала в полосу пропускания соответствующего тракта преобразования частоты, например 1610 МГц для ГЛОНАСС или 1577 МГц для GPS. По наличию тестового сигнала на априорно известной частоте на выходах ГЛОНАСС или GPS устройства, с учетом преобразования частоты в каналах 3 и 7 или 3 и 8 соответственно, судят о работоспособности приемно-усилительного тракта заявляемого устройства.The frequency of the test signal is set so that its value does not coincide with the frequencies of the SRNS, but at the same time it falls into the passband of the corresponding frequency conversion path, for example, 1610 MHz for GLONASS or 1577 MHz for GPS. The presence of a test signal at an a priori known frequency at the outputs of a GLONASS or GPS device, taking into account frequency conversion in channels 3 and 7 or 3 and 8, respectively, judges the operability of the receiving-amplifying path of the claimed device.

Все функциональные узлы устройства являются широко известными из уровня техники, и могут быть выполнены в соответствии с устройством прототипом. Синтезатор частот 20 может быть выполнен, например, по схеме управляемого генератора с частотно-фазовой автоподстройкой частоты относительно частоты сигнала сравнения, формируемого из сигнала внешнего опорного генератора 9, например на микросхеме РЕ9763 или РЕ9601.All functional units of the device are widely known from the prior art, and can be performed in accordance with the device prototype. The frequency synthesizer 20 can be performed, for example, according to the scheme of a controlled generator with frequency-phase self-tuning of the frequency relative to the frequency of the comparison signal generated from the signal of the external reference generator 9, for example, on the chip RE9763 or RE9601.

Реализация данного технического решения позволит создать устройство приема сигналов спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS со встроенной системой контроля его работоспособности.The implementation of this technical solution will create a device for receiving signals from satellite radio navigation systems GLONASS and GPS with a built-in monitoring system for its performance.

Claims

A device for receiving signals from satellite radio navigation systems, comprising an input unit, a unit for first converting signal frequencies, first and second channels of a second signal frequency conversion, the outputs of which are the first and second outputs of a device for receiving signals from satellite radio navigation systems GLONASS and GPS, respectively, as well as a signal generator of clock and heterodyne frequencies, while the block of the first signal frequency conversion contains a series-connected input amplifier, the input of which is dined with the output of the input unit, a mixer, the reference input of which is connected to the first output of the clock driver and heterodyne frequencies, and an intermediate frequency amplifier, the output of which is connected to the inputs of the first and second channels of the second frequency conversion, each of which contains a first filter connected in series which is the channel input, a mixer, a second filter and an analog-to-digital converter, the output of which is a channel output, while the reference input of the mixer and the second analog-to-digital input The first channel converter is connected to the second and fourth outputs of the clock and local oscillator frequencies, respectively, the mixer reference input and the second input of the second channel analog-to-digital converters are connected to the third and fourth outputs of the clock and local oscillator signals, the input of which is connected to the output of the reference generator , characterized in that it includes an adder, a frequency synthesizer and an amplifier, the first input of the adder being a signal input devices, the output of the adder is connected to the input of the input unit, and the second input of the adder is connected to the output of the amplifier, the first input of the amplifier is connected to the output of the frequency synthesizer, the second input of the amplifier is the input of the test signal level control, the first input of the frequency synthesizer is connected to the reference generator, and the second input is the frequency control input of the test signal, while the frequency of the test signal is set based on the conditions of its passage in the passband of the corresponding frequency conversion path and its mismatch values with SRNS frequencies.