RU2067771C1 - Receiver/transmitter for satellite navigation systems - Google Patents
Receiver/transmitter for satellite navigation systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2067771C1 RU2067771C1 RU93047511A RU93047511A RU2067771C1 RU 2067771 C1 RU2067771 C1 RU 2067771C1 RU 93047511 A RU93047511 A RU 93047511A RU 93047511 A RU93047511 A RU 93047511A RU 2067771 C1 RU2067771 C1 RU 2067771C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- frequency
- unit
- receiver
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области спутниковой радионавигации и может быть использовано для определения вектора состояния (координат, скорости и времени) потребителей по сигналам двух взаимнорассинхронизированных спутниковых радионавигационных систем (СРНС). The present invention relates to the field of satellite radio navigation and can be used to determine the state vector (coordinates, speed and time) of consumers from the signals of two mutually synchronized satellite radio navigation systems (SRNS).
Известен приемоиндикатор СРНС [1] содержащий последовательно соединенные антенну и предварительные усилители на два диапазона частот принимаемых сигналов (L1 и L2 cоответственно), выходы предусилителей соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя частоты. Выходы указанного преобразователя, в свою очередь, соединены соответственно со входами первого-четвертого каналов слежения за несущей сигналов каждого из четырех спутников и со входом слежения за задержкой кода, которая обеспечивает последовательное слежение за сигналами четырех спутников в режиме разделения времени. Выходы первого-четвертого каналов слежения за несущей и выход канала слежения за задержкой кода подключены к соответствующим входам управляющего процессора. Выход управляющего процессора соединен со входом блока связей, первый выход которого подсоединен ко входу навигационного процессора, а второй ко входу блока управления индикации. Указанный приемоиндикатор [1] содержит также опорный термостатический генератор и синтезатор частот.Known receiver SRNS [1] containing a series-connected antenna and pre-amplifiers for two frequency ranges of received signals (L 1 and L 2, respectively), the outputs of the preamplifiers are connected respectively to the first and second inputs of the frequency converter. The outputs of the specified Converter, in turn, are connected respectively to the inputs of the first or fourth channels for tracking the signal carrier of each of the four satellites and to the input of tracking the delay code, which provides sequential tracking of the signals of the four satellites in time-sharing mode. The outputs of the first and fourth channels for tracking the carrier and the output of the channel for tracking the delay code are connected to the corresponding inputs of the control processor. The output of the control processor is connected to the input of the communication unit, the first output of which is connected to the input of the navigation processor, and the second to the input of the display control unit. The specified receiver-indicator [1] also contains a reference thermostatic generator and a frequency synthesizer.
Недостаток данного устройства [1] заключается в невозможности работы с сигналами космических аппаратов (КА) двух спутниковых радионавигационных систем типа "Глонасс" и "Навстар" одновременно (приемоиндикатор [1] может работать по сигналам спутников только системы "Навстар"), что ограничивает возможность высокоточных непрерывных навигационных измерений, в особенности при неполном развертывании КА указанной системы. The disadvantage of this device [1] is the inability to work with the signals of spacecraft (SC) of two satellite radio navigation systems of the type "Glonass" and "Navstar" at the same time (the receiver-indicator [1] can work on the signals of the satellites of only the Navstar system), which limits the possibility high-precision continuous navigation measurements, especially with incomplete deployment of the spacecraft of the specified system.
Кроме того, приемоиндикатор [1] обеспечивает невысокую точность измерения вектора состояния навигационных параметров, так как в канале слежения за задержкой кода данного устройства сначала измеряется задержка кода сигнала первого канала слежения за несущей с частотой L1, потом второго канала слежения за несущей с частотой L1 и т.д. т.е. устройство [1] не обеспечивает непрерывности радионавигационных измерений, так как периоды обновления измерений задержек кодов с частотами L1 и L2 составляют соответственно 250 и 10000 нс. Это приводит к снижению точности навигационных измерений вектора состояния потребителя, в особенности высокодинамических объектов.In addition, the receiver-indicator [1] provides low accuracy in measuring the state vector of navigation parameters, since in the tracking channel for the code delay of this device, the signal code delay of the first carrier tracking channel with a frequency L 1 is measured first, then the second carrier tracking channel with a frequency L 1 etc. those. the device [1] does not ensure the continuity of radio navigation measurements, since the update periods of measurements of code delays with frequencies L 1 and L 2 are respectively 250 and 10000 ns. This leads to a decrease in the accuracy of navigation measurements of the consumer state vector, in particular, highly dynamic objects.
Указанные недостатки частично устранены в приемоиндикаторе [2] который содержит антенну, предусилитель, двухступенчатый преобразователь радиочастот, квадратурный преобразователь, опорный кварцевый генератор и синтезатор, цифровой коррелятор, устройство управления, генератор кода, первый управляемый цифровым кодом генератор (ГЦУ), предназначенный для управления генератором кода, второй ГЦУ, который служит для управления несущей, устройство управления, предназначенное для выбора диапазона рабочих частот L1 или L2. Выходы цифрового коррелятора соединены одновременно со входом блоков синхронизаторабит, фильтра схемы слежения за задержкой и фильтра слежения за несущей. С выхода синхронизатора бит выделенное навигационное сообщение поступает на первый вход блока решения навигационных задач, на второй вход указанного блока поступают данные измерений квазидальности с метками времени, на третий данные измерений скорости изменения дальности. Кроме того, с выхода устройства управления на вход управления блока решения навигационных задач поступают сигналы прерываний. Выход блока решения навигационных задач соединен со входом устройства управления, обеспечивая тем самым выбор диапазона рабочих частот L1 или L2. Выходное сигналы блока управления поступают на вход опорного кварцевого генератора и синтезатора частот, которые обеспечивают необходимыми гетеродинными частотами радиотракт устройства [2] и тактовыми частотами узлы цифровой обработки сигналов.These disadvantages are partially eliminated in the receiver-indicator [2] which contains an antenna, preamplifier, two-stage radio frequency converter, a quadrature converter, a reference crystal oscillator and synthesizer, a digital correlator, a control device, a code generator, the first generator controlled by a digital code (GCC), designed to control the generator code, the second GCC, which serves to control the carrier, a control device for selecting a range of operating frequencies L 1 or L 2 . The outputs of the digital correlator are connected simultaneously with the input of the bit synchronizer blocks, a filter for the delay tracking circuit, and a carrier tracking filter. From the output of the bit synchronizer, a dedicated navigation message is sent to the first input of the block for solving navigation problems, the second input of the indicated block receives the data of quasidality measurements with time stamps, and the third data of measurements of the rate of range change. In addition, from the output of the control device to the control input of the unit for solving navigation problems, interrupt signals are received. The output of the unit for solving navigation problems is connected to the input of the control device, thereby providing a choice of the operating frequency range L 1 or L 2 . The output signals of the control unit go to the input of the reference crystal oscillator and frequency synthesizer, which provide the necessary heterodyne frequencies to the radio path of the device [2] and the clock frequencies of the digital signal processing nodes.
Достоинством приемоиндикатора [2] является реализация тракта обработки сигналов (после перехода на промежуточную частоту) в цифровой форме. Это позволяет повысить стабильность, точность и надежность работы устройства, осуществить быстрый захват сигнала в плоскости неопределенности время-частота и как следствие уменьшить время получения первого отсчета, а также уменьшить массогабаритные показатели и энергопотребление. The advantage of the transceiver [2] is the implementation of the signal processing path (after switching to the intermediate frequency) in digital form. This allows you to increase the stability, accuracy and reliability of the device, to quickly capture the signal in the plane of the uncertainty of the time-frequency and as a result to reduce the time it takes to get the first reference, as well as reduce the overall dimensions and power consumption.
Однако приемоиндикатор [2] имеет ряд серьезных недостатков. Во-первых, устройство [2] работает по сигналам КА только системы "Навстар", что в ряде случаев снижает точность измерения параметров вектора состояния навигационных параметров потребителя. Во-вторых, для учета группового времени распространения входных сигналов в приемнике устройства [2] используется сложный многоразрядный синтезатор частот и калибратор, что приводит к существенному усложнению приемного тракта. However, the receiver-indicator [2] has a number of serious drawbacks. First, the device [2] operates on the spacecraft signals only from the Navstar system, which in some cases reduces the accuracy of measuring the parameters of the state vector of the navigation parameters of the consumer. Secondly, to account for the group propagation time of the input signals in the receiver of the device [2], a complex multi-bit frequency synthesizer and calibrator are used, which leads to a significant complication of the receiving path.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является приемоиндикатор [3] имеющий модульную структуру и включающий в себя две антенны, которые обеспечивают раздельный прием сигналов КА системы "Навстар" в диапазонах L1 и L2, модуль двухканального предварительного усилителя, выходы которого подсоединены соответственно к первому и второму входам переключателя радиочастотного канала, преобразователь радиочастотного сигнала с понижением диапазона рабочих частот, термостатический генератор, синтезатор частот, адаптивный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровой смеситель-коррелятор, генератор псевдослучайной последовательности ПСП), блок управления генератором ПСП, генератор, управляемый цифровым кодом, цифровой генератор несущей частоты, цифровой процессор обработки сигналов, двухпортовое коммуникационное оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), навигационный процессор, сопроцессор с плавающей запятой, ОЗУ с произвольной выборкой и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).The closest in technical essence to the claimed device is a receiver-indicator [3] having a modular structure and including two antennas that provide separate reception of spacecraft signals of the Navstar system in the ranges L 1 and L 2 , a module of a two-channel pre-amplifier, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the switch of the radio frequency channel, the converter of the radio frequency signal with lowering the range of operating frequencies, thermostatic generator, frequency synthesizer, adapt an analog-to-digital converter (ADC), a digital correlator mixer, a pseudo-random sequence generator (CSP), a control unit for a CSP generator, a digital code controlled generator, a digital carrier frequency generator, a digital signal processing processor, a two-port communication random access memory (RAM), navigation processor, floating point coprocessor, random access RAM and read-only memory (ROM).
Достоинством устройства-прототипа [3] является модульная организация составных частей приемоиндикатора, что позволяет реализовать многоканальный принцип построения аппаратуры потребителей (АП) и тем самым обеспечить требуемую точность измерения вектора навигационных параметров. Во-вторых, тракт приемника данного устройства построен так, что не содержит, например, схему исключения доплеровской поправки либо корреляционной обработки входного сигнала, что позволяет в общем случае в цифровом процессоре обработки сигналов реализовать любое число контуров слежения за измеряемыми параметрами принимаемых сигналов, обеспечивая необходимое качество и точность измерений. The advantage of the prototype device [3] is the modular organization of the constituent parts of the receiving indicator, which allows for the implementation of the multi-channel principle of constructing consumer equipment (AP) and thereby ensuring the required accuracy of measurement of the vector of navigation parameters. Secondly, the receiver path of this device is constructed in such a way that it does not contain, for example, a Doppler correction elimination scheme or an input signal correlation processing, which allows, in the general case, to implement any number of tracking loops for the measured parameters of the received signals in a digital signal processor, providing the necessary quality and accuracy of measurements.
Однако устройство-прототип [3] имеет ряд существенных недостатков, ухудшающих его технические характеристики. However, the prototype device [3] has a number of significant drawbacks that worsen its technical characteristics.
Так например, приемоиндикатор [3] обеспечивает работу только с сигналами КА СРНС "Навстар", что приводит к снижению точности измерения вектора навигационных параметров, в особенности при неполном развертывании системы либо выходе части спутников из строя. Кроме того, наличие в приемнике устройства [3] переключателя радиочастотного канала приводит к снижению соотношения сигнал/шум примерно на 1,5 дБ на один канал приема. И наконец, устройство [3] содержит в каждом канале приема только два кольца слежения (за несущей частотой и кодом), что может привести к срыву автосопровождения в случае использования данного приемоиндикатора для измерения вектора состояния навигационных параметров высокодинамичных объектов или в условиях сложной помеховой обстановки, а в отдельных случаях и к потере работоспособности прибора. So, for example, the receiver-indicator [3] provides work only with the signals of the spacecraft of the SRNS Navstar, which leads to a decrease in the accuracy of the measurement of the vector of navigation parameters, especially when the system is not fully deployed or some satellites fail. In addition, the presence in the receiver of the device [3] of the radio frequency channel switch leads to a decrease in the signal-to-noise ratio by about 1.5 dB per one receiving channel. And finally, the device [3] contains only two tracking rings (for the carrier frequency and code) in each receiving channel, which can lead to a breakdown in auto tracking if this receiver-indicator is used to measure the state vector of the navigation parameters of highly dynamic objects or in difficult jamming conditions, and in some cases to the loss of operability of the device.
В заявляемом устройстве достигнута возможность решения следующих задач:
возможность одновременного приема и обработки сигналов космических аппаратов СРНС "Глонасс" и "Навстар" с помощью одного приемного тракта, т.е. без переключения каналов приема,
реализация канала приема сигналов КА с помощью одного преобразования частоты с целью обеспечения возможности цифровой обработки сигналов в широкой полосе частот, а также устранения дополнительных спектральных составляющих, которые имеют место при двойном преобразовании частоты в приемнике,
повышение точностных показателей измерений вектора состояния потребителя за счет уменьшения времени группового запаздывания принимаемых сигналов СРНС "Глонасс" и "Навстар".In the inventive device, the ability to solve the following problems:
the ability to simultaneously receive and process signals from the GLONASS and Navstar spacecraft using the same receiving path, i.e. without switching reception channels,
the implementation of the reception channel of the spacecraft signals using a single frequency conversion in order to enable digital processing of signals in a wide frequency band, as well as eliminate additional spectral components that occur with double frequency conversion in the receiver,
increasing the accuracy of measurements of the consumer state vector by reducing the group delay time of the received GLONASS and Navstar SRNS signals.
повышение точности и надежности работы заявляемого приемоиндикатора за счет введения дополнительных контуров автосопровождения по несущей частоте и коду. improving the accuracy and reliability of the inventive receiver-indicator due to the introduction of additional circuits for auto tracking on the carrier frequency and code.
На фиг.1 представлена функциональная схема приемоиндикатора спутниковых радионавигационных систем; на фиг.2 функциональная схема приемника сигналов спутниковых радионавигационных системж; на фиг.3 структурная схема синтезатора частот приемника; на фиг.4 функциональная схема многоступенчатого делителя частоты синтезатора частот приемника; на фиг.5 (а, б, в) соответственно амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики, а также характеристика времени группового запаздывания водного широкополосного фильтра-преселектора приемника; на фиг. 6 амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра тракта промежуточной частоты приемника; на фиг.7 вариант технической реализации аналого-цифрового преобразователя приемника; на фиг.8
функциональная схема частотно-кодового коррелятора; на фиг.9 функциональная схема блока интеграторов; на фиг.10 функциональная схема многофункционального генератора; на фиг. 11 функциональная схема тракта первичной обработки информации приемоиндикатора; на фиг.12 графическая интерпретация определения амплитудного значения огибающей комплексного сигнала; на фиг.13 графическая интерпретация образования доплеровского сдвига принимаемого сигнала с космического аппарата СРНС; на фиг.14 схема формирования антивектора доплеровского сдвига.Figure 1 presents the functional diagram of the receiver-indicator of satellite radio navigation systems; figure 2 is a functional diagram of a receiver of signals from satellite radio navigation systems; figure 3 is a structural diagram of a frequency synthesizer receiver; figure 4 is a functional diagram of a multi-stage frequency divider synthesizer frequency receiver; figure 5 (a, b, c), respectively, the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics, as well as the characteristic time of the group delay of the aqueous broadband filter-preselector of the receiver; in FIG. 6 amplitude-frequency characteristic of the band-pass filter of the intermediate frequency path of the receiver; Fig.7 embodiment of a technical implementation of the analog-to-digital Converter receiver; in Fig.8
functional diagram of the frequency-code correlator; Fig.9 is a functional diagram of a block of integrators; figure 10 functional diagram of a multifunctional generator; in FIG. 11 is a functional diagram of a primary information processing path of a transceiver; on Fig graphic interpretation of the determination of the amplitude value of the envelope of the complex signal; on Fig graphic interpretation of the formation of the Doppler shift of the received signal from the spacecraft SRNS; on Fig diagram of the formation of the anti-vector Doppler shift.
Согласно изобретению приемоиндикатор спутниковых радионавигационных систем (фиг. 1) содержит антенну с входным фидером 1, выходом соединенного со входом приемника 2, обеспечивающего одновременную обработку в широкой полосе частот сигналов КА систем "Глонасс" и "Навстар". Опорный термостатический генератор 3 производит выдачу опорных высокостабильных колебаний частотой 10 МГц и подключен к управляющему входу приемника 2. В приемнике 2 после преобразования выдается сетка рабочих тактовых частот для обеспечения работоспособности ряда других узлов и блоков приемоиндикатора. Приемник 2 обеспечивает также подачу m-битных цифровых сигналов на первые информационные входы частотно-кодового коррелятора 4, обеспечивая тем самым цифровую обработку входной информации при поддержке внутреннего программно-математического обеспечения. According to the invention, the receiver-indicator of satellite radio navigation systems (Fig. 1) contains an antenna with an
Сигналы, принимаемые с космических аппаратов, модулированы псевдослучайными последовательностями и навигационным сообщением. В приемоиндикаторе необходимо сформировать копии этих ПСП для каждого из сигналов КА, согласовать их по временному положению, восстановить подавленную несущую с учетом доплеровского смещения и выдать навигационное сообщение. Для этого многофункциональный генератор 5 включает в себя генераторы ПСП, вырабатывающие последовательности, каждая из которых уникальна для любого из спутников двух систем космических аппаратов. Сигналы псевдослучайных последовательностей ("раньше", "норма", "позже") в различных сочетаниях для двух систем КА поступает на вторую группу информационных входов частотно-кодового коррелятора 4, который вместе с блоком 6 интеграторов и блоком вычисления псевдодальностей и псевдоскоростей 7 выполняет ряд функций первичной обработки информации, например, слежение за кодом, слежение за сдвигом частоты, оценка соотношения сигнал/шум, инициализация и поиск кода и т.д. The signals received from the spacecraft are modulated by pseudo-random sequences and a navigation message. In the receiver-indicator, it is necessary to generate copies of these SRPs for each of the spacecraft signals, coordinate them according to the temporary position, restore the suppressed carrier taking into account the Doppler shift, and issue a navigation message. For this, the
Двухпортовое коммуникационное ОЗК 8 служит для обмена информацией между блоком 7 обработки сигналов и блоком навигационного процессора, включающим в себя блоки согласования уровней сигналов, блок решения навигационной задачи 11 и блок выбора рабочего созвездения 12, а также необходимые элементы организации вычислительного процесса для решения навигационной задачи, а именно ОЗК 13, ПЗУ 14 и РПЗУ 15. The two-
Результаты решения навигационной задачи поступают на вход блока 16 ввода-вывода, для функциональной поддержки работоспособности которого служит таймер 17, энергонезависимое оперативное запоминающее устройство 18 и ПЗУ 19. Результаты измерений вектора навигационных параметров поступают на индикатор 20. The results of solving the navigation problem are fed to the input of the I /
Приемник 2 сигналов спутниковых радионавигационных систем (фиг.1, 2) содержит широкополосный фильтр-преселектор 21, на вход которого поступает сигнал с выхода фидера антенны 1. Выход широкополосного фильтра-преселектора 21 соединен с первым входом первого малошумящего усилителя 22, соединенного, в свою очередь, выходом со входом полосового фильтра 23, выход которого подключен к первому входу второго малошумящего усилителя 24. Выход малошумящего усилителя 24 подключен ко входу смесителя 25, ко второму входу которого подсоединен первый выход синтезатора 26 частот, выполняющего роль гетеродина в данном случае. Вход синтезатора 26 частот соединен с выходом опорного термостатического генератора 3. Выход смесителя 25 соединен со входом полосового фильтра 27, обеспечивающего выделение сигналов космических аппаратов СРНС "Глонасс" и "Навстар" на разностной промежуточной частоте. Выход полосового фильтра 27 подключен к первому входу усилителя 28 промежуточной частоты. Выход усилителя 28 промежуточной частоты соединен одновременно со входом аналого-цифрового преобразователя 29, выход которого является цифровым выходом приемника 2, а также со входом блока 30 автоматической регулировки усиления. Выход последнего подключен к первому входу усилителя 28 промежуточной частоты, второму входу второго малошумящего усилителя 24 и второму входу первого малошумящего усилителя 22. Второй и третий выходы синтезатора 26 частот соединен со сдвигом на четверть периода, обеспечивая тем самым образование квадратурной и синфазной составляющей на выходе блока АЦП 29. The
Синтезатор 26 частот (фиг.2, 3) включает в себя импульсно-фазовый детектор 31, на первый вход которого поступает сигнал с выхода термостатического генератора 3. Выходной сигнал с выхода термостатического генератора 3 также поступает на первый вход частотного детектора 32. Выходы импульсно-фазового детектора 21 и частотного детектора 32 соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора 33, выходом соединенного со входом фильтра 34 нижних частот (ФНЧ). Выход ФНЧ 34 подключен ко входу генератора 35, управляемого напряжением (ГУН), выход которого, в свою очередь, соединен со входом смесителя 25, обеспечивая тем самым подачу сигнала гетеродина частотой 1440 МГц, а также со входом многокаскадного делителя 36 частоты, образуя тем самым активный синтезатор частот. The frequency synthesizer 26 (figure 2, 3) includes a pulse-
Многокаскадный делитель 36 частоты (фиг.2, 4) содержит Т-триггер 37, тактовый вход которого соединен с выходом генератора 35, управляемого напряжением, и является входом многокаскадного делителя 36 частоты. The multi-stage frequency divider 36 (FIGS. 2, 4) contains a T-flip-flop 37, whose clock input is connected to the output of the voltage-controlled
Прямой выход Т-триггера 37 соединен с тактовым входом T-триггера 38, а инверсный со входом счетчика-делителя 39, с первого выхода которого снимается последовательность прямоугольных импульсов частотой 20 МГц и поступает на тактовые входы блоков 4, 5, 6, 7, со второго выхода снимается последовательность прямоугольных импульсов частотой 12 МГц, которая поступает на входы тактовой частоты блоков 9, 10, 11, 12, третий выход указанного счетчика подключен соответственно ко вторым входам импульсного фазового детектора 31 и частотного детектора 32. Инверсный выход триггера 38 соединен одновременно со входом Т-триггера 40 и первым входом элемента 3 И 41. Выход Т-триггера 40 подключен одновременно ко Т-триггера 42 и второму входу элемента 3 И 41. Выход Т-триггера 42 соединен одновременно с третьим входом элемента 3 И 41 и первым входом управления аналого-цифрового преобразователя 29. Прямой выход Т-триггера 38 подсоединен ко входу синхронизации Т-триггера 43, выход которого соединен со входом синхронизации Т-триггера 44, выходом подключенного ко второму входу управления аналого-цифрового преобразователя 29. Выход элемента 3 И 41 подсоединен ко входам сброса Т-триггера 43 и 44. Сигналы, которые снимаются с выхода триггеров 42 и 44, поступают на соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя 29 со сдвигом относительно друг друга во времени на четверть периода, обеспечивая тем самым квадратурную обработку сигнала. The direct output of the T-flip-flop 37 is connected to the clock input of the T-flip-flop 38, and the inverse is connected to the input of the
На фиг.5 а, б, в показаны соответственно амплитудно-частотная, фазо-частотная характеристики, а также характеристика времени группового запаздывания широкополосного фильтра-преселектора 21 (фильтра-преселектора Кауэра). Figure 5 a, b, c shows, respectively, the amplitude-frequency, phase-frequency characteristics, as well as the time delay characteristic of the group delay of the broadband filter preselector 21 (filter-preselector Cauer).
На фиг.6 представлена амплитудно-частотная характеристика каскадного полосового фильтра 27, обеспечивающего фильтрацию зеркальной помехи радиотракта и выделение (избирательность) сигналов космических аппаратов систем "Глонасс" и "Навстар". Figure 6 presents the amplitude-frequency characteristic of the
Аналого-цифровой преобразователь 29 (фиг.2, 7) содержит компараторы 45, 46, 47, на первый вход которых поступает сигнал с усилителя 28 промежуточной частоты. Второй вход компаратора 45 соединен с положительным потенциалом, определяющим пороговое напряжение сравнения (Uпор1, второй вход компаратора 46 подключается к отрицательному потенциалу, определяющему пороговое напряжение сравнения (Uпор2), второй вход компаратора 47 подключен к нулевому потенциалу, также определяющему пороговое напряжение сравнения (Uпор3), выходы компараторов 45, 46 подсоединены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ 48, выход которого соединен одновременно с информационными входами Д-триггеров 49 и 50. Выход компаратора 47 соединен с информационными входами Д-триггеров 51 и 52. Тактовые входы триггеров 49 и 50 одновременно подключены к выходу Т-триггера 42, тактовые входы Д-триггеров 51 и 52 одновременно соединены с выходом Т-триггера 44. Выходы Д-триггеров 49 и 51 образуют первую (синусную) пару отсчетов I1 и I2 и выходы Д-триггеров 50 и 51 вторую (косинусную) пару отсчетов Q1 и Q2 выходного информационного сигнала.The analog-to-digital Converter 29 (Fig.2, 7) contains
Частотно-кодовый коррелятор 4 (фиг.1 и фиг.8) содержит постоянное запоминающее устройство 53, на первый-четвертый адресные входы которого поступают сигналы с выхода АЦП 29 приемника, а на пятый-восьмой адресные входы ПЗУ 53 поступают сигналы с выхода генератора с цифровым управлением 54, на вход которого, в свою очередь, поступают данные вычислений с шины данных цифрового процессора 7 обработки сигналов. Выходы ПЗУ 53 подключены к соответствующим входам множительного устройства 55, при этом на вторые входы данного устройства поступают значения псевдослучайных последовательностей с выхода многофункционального генератора 5. Результаты умножения поступают на входы накапливающих сумматоров 56, 57, 58, 59, причем три младших разряда выхода множительного устройства 55 подключены к входам накапливающих сумматоров 56 и 57, а старших к входам накапливающих сумматоров 58 и 59. Выходы переноса четырех перечисленных накапливающих сумматоров подключены к тактовым входам двоичных счетчиков 60, 61, 62, 63. Входы сброса указанных счетчиков объединены между собой и подключены к выходу управления сбросом цифрового процессора 7 обработки сигналов. The frequency-code correlator 4 (Fig. 1 and Fig. 8) contains a read-
Блок 6 интеграторов (фиг.11 и фиг.9) содержит N-адекватных каналов, каждый из которых содержит, в свою очередь, двухпозиционные ключи 64, 65, 66, 67, на первые входы которых поступают сигналы In, Qn, IE, IL с выходов двоичных счетчиков 60, 61, 62, 63 частотно-кодового коррелятора 4. На вторые входы двухпозиционных ключей 64, 65, 66, 67 поступает информация с выхода цифрового процессора 7 обработки сигналов, выбор режима работы осуществляется путем подачи управляющего потенциала с шины управления цифрового процессора 7. Выходы указанных двухпозиционных ключей соединены с тактовыми входами счетчиков-накопителей 68, 69, 70, 71 соответственно. Входы установки указанных счетчиков-накопителей объединены между собой и подключены к первому выходу блока 72 управления, на вход которого поступает тактовая частота 20 МГц с выхода управления приемника 2. Выходы указанных счетчиков-накопителей подключены ко входу регистров 73, 74, 75, 76, тактовые входы которых объединены между собой и подсоединены ко второму выходу блока 72 управления. Выходы указанных регистров соединены с информационными входами мультиплексора 77, на управляющие входы которого поступают сигналы с третьего-шестого выходов блока 72 управления. Выходы первого N-го каналов блока 6 интеграторов подключены к информационным входам мультиплексора 78, управление которым осуществляется с помощью узла Ж79 приоритетных прерываний, один из выходов которого соединен со входом блока 72 управления. На вход узла 79 приоритетных прерываний, а также на вход блока 80 управления ПЗУ и интерфейсного блока 81 поступает информация от шин адреса и управления блока 7. Выходы мультиплексора 78 и постоянного запоминающего устройства 82 подключены ко входу блока 83 ключей, управление которым осуществляется с помощью узла 79 приоритетных прерываний. Вход ПЗУ 82 соединен с выходом блока 80 управления ПЗУ. Выход интерфейсного блока 81 подключен ко входу управления двухпортового коммуникационного ОЗУ 8, а выход блока 83 ключей подключен ко входу шины данных цифрового процессора 7 обработки сигналов.The integrator block 6 (Fig. 11 and Fig. 9) contains N-adequate channels, each of which contains, in turn, on-off
Многофункциональный генератор 5 (фиг.1 и фиг.10) содержит делитель 84 частоты, первый-пятый выходы которого подключены к соответствующим входам блока 85 управления, на вход которого поступает внешний потенциальный сигнал "ведущий/ведомый". Выход блока 85 управления подключен к первому входу формирователя 86 тактовых частот, а также к остальным N-каналам многофункционального генератора 5. На второй вход формирователя 86 тактовых частот поступает сигнал с первого выхода блока 87 управления псевдослучайными последовательностями, вход которого соединен с шиной управления цифрового процессора 7 обработки сигналов. Первый выход формирователя 86 тактовых частот подключен ко входу синхронизации генератора ПСП пониженной точности (ПТ) системы "Глонасс" и генератора ПСП общего применения С/А системы "Навстар", которые выполнены на основе генератора ПТ/СА 88. Выбор режима работы генератора осуществляется путем подключения второго выхода блока 87 управления ПСП к входу управления блока 88 и подачи потенциального сигнала "Навстар"/"Глонасс" в зависимости от вида космического аппарата. В случае работы с КА системы "Глонасс" на вход блока 88 поступает сигнал частотой 511 кГц, а при работе с КА системы "Навстар" 1,023 МГц. Второй выход формирователя 86 тактовых частот подключен ко входу синхронизации генератора ПСП высокой точности (ВТ-код), который выполнен на основе блока 89. В случае работы блока 89 на вход синхронизации блока 89 поступает сигнал частотой 5,11 МГц. Информационный вход блока 89 соединен с третьим выходом блока 87 управления псевдослучайными последовательностями, обеспечивая тем самым возможность программного изменения режима работы генератора ПСП 89. Информационные входы блоков 88 и 89 подключены соответственно к первому и второму входам мультиплексора 90, первый и второй входы управления которого соединены соответственно с четвертым и пятым выходами блока 87. На выходах мультиплексора 90 в зависимости от сочетания входных сигналов образуются сигналы псевдослучайных последовательностей:
а) для системы КА "Навстар": C/A (норма), СА (раньше), С/А (позже),
б) для системы КА "Глонасс": ПТ (норма), ПТ (раньше), ПТ (позже),
для системы КА "Глонасс": ВТ (норма), ВТ (раньше), ВТ (позже).The multi-function generator 5 (FIG. 1 and FIG. 10) comprises a
a) for the spacecraft system "Navstar": C / A (norm), CA (earlier), C / A (later),
b) for the Glonass spacecraft system: Fri (normal), Fri (earlier), Fri (later),
for the Glonass spacecraft system: VT (normal), VT (earlier), VT (later).
Указанные сигналы псевдослучайных последовательностей поступают на вход множительного устройства 55 частотно-кодового коррелятора 4. Выходы управления блоков 88 и 89 подсоединены соответственно к первому и второму входам управления счетчика 91 псевдодальностей, тактовый вход которого подключен ко входу тактовой частоты 20 МГц многофункционального генератора 5. Информационный вход счетчика 91 псевдодальностей подключен к шестому выходу блока 87 управления ПСП, обеспечивая подачу начального вектора псевдодальностей. Информационный выход указанного счетчика 91 подключен к шине данных блока 7. The indicated signals of the pseudo-random sequences are fed to the input of the multiplying
Тракт первичной обработки информации включает в себя частотно-кодовый коррелятор 4, блок 6 интеграторов и ряд узлов, реализованных на основе цифрового процессора 7 обработки сигналов, при этом выходы блока 6 интеграторов подключены ко входу блока 92 оценки параметров, первый выход которого соединен с информационным входом двухпортового ОЗУ 8, а второй с блоком 80 управления ПЗУ, выход которого подключен к адресному входу ПЗУ 82, на основе которого реализован арктангенсный фазовый детектор петли слежения за фазовой несущей (блок 82, цифровой фильтр 93, регистр 94, цифровой управляющий генератор 54) и за частотной ошибкой несущей (вычитатель 95, цифровой фильтр 93, регистр 94, многофункциональный генератор 5 и частотно-кодовый коррелятор 4). Третий и четвертый выходы блока 92 оценки параметров соединены соответственно с первым и вторым входами цифрового фильтра 96, обеспечивая этим реализацию контуров за задержкой кода и ошибкой за задержкой кода путем подключения ко второму входу регистра 94, выходом соединенного со входом блока 54 частотно-кодового коррелятора 4. The primary information processing section includes a frequency-
На фиг. 12 приведена графическая интерпретация оценки фазы кода по трем огибающим. In FIG. 12 is a graphical interpretation of the code phase estimate from three envelopes.
На фиг. 13 дана графическая интерпретация накопления доплеровского сдвига, который впоследствии должен быть скомпенсирован путем противовращения вектора для определения псевдодальности от потребителя к i-ому КА.In FIG. 13 gives a graphical interpretation of the accumulation of the Doppler shift, which subsequently must be compensated by counter-rotation of the vector to determine the pseudorange from the consumer to the i-th spacecraft.
На фиг.14 представлена структурная схема вычисления фазы вектора противовращения реализованная на основе ПЗУ 53 частотно-кодового коррелятора 4.On Fig presents a structural diagram of the calculation of the phase of the vector of counter-rotation implemented on the basis of
Работает заявляемое устройство следующим образом. На вход антенны 1 приемника 2 спутниковых радионавигационных систем приемоиндикатора поступают одновременно сигналы космических аппаратов двух спутниковых радионавигационных систем, а именно "Глонасс" и "Навстар" Si которые излучаются в L1-диапазоне и имеют вид
Si•L1(t) Pi(t)•Di(t)•Cos(ω1•L1•t + Φi•L1 (1)
где Pi(t) ПСП огибающая i-го КА, i=1,n;
Di(t) навигационное сообщение i-го КА;
Φi•L1 начальные фазы принимаемых сигналов;
ωi •L1 несущие частоты i-го КА,
t текущее время.The claimed device operates as follows. At the input of the
Si • L 1 (t) Pi (t) • Di (t) • Cos (ω 1 • L 1 • t + Φ i • L 1 (1)
where Pi (t) PSP envelope of the i-th spacecraft, i = 1, n;
Di (t) navigation message of the i-th spacecraft;
Φ i • L 1 initial phases of the received signals;
ω i • L 1 carrier frequencies of the i-th spacecraft,
t current time.
Амплитудно-частотная характеристика приемного тракта определяется спектрами частот принимаемых сигналов. Спектр сигналов системы КА "Навстар" по коду общего применения С/А составляет (1575,42-1) МГц, а спектр сигналов КА СРНС "Глонасс" при работе по коду общего применения СА и высокоточному Р-коду составляет (1602.1620,6) МГц. Это означает, что общая полоса частот принимаемых сигналов равна 1574,42≅Δf≅1620,6 МГц, т.е. занимаемая полоса частот Δf составляет примерно 50 МГц. The frequency response of the receive path is determined by the frequency spectra of the received signals. The signal spectrum of the spacecraft system Navstar according to the general-use C / A code is (1575.42-1) MHz, and the signal spectrum of the spacecraft SRNS Glonass when working according to the general-use code CA and high-precision R-code is (1602.1620.6) MHz This means that the total frequency band of the received signals is 1574.42≅Δf≅1620.6 MHz, i.e. The occupied frequency band Δf is approximately 50 MHz.
Принимаемые сигналы проходят через антенну и входной фидер, который входит в состав антенны и представляет собой 1/4-волновый замкнутый на одной стороне отрезок коаксиальной линии и служит для согласования параметров антенны и входных цепей приемника. С выхода фидера антенны 1 сигналы поступают на вход широкополосного фильтра-преселектора 21, который служит для ограничения полосы частот принимаемых сигналов в диапазоне 1574,42.1621 МГц. Указанный фильтр, выполненный на микроволновых линиях, реализует эллиптический полосовой фильтр Кауэра 5-го порядка. На фиг.5 а представлена амплитудно-частотная характеристика данного фильтра, а на фиг.5 б его фазочастотная характеристика. Как видно из фиг.5 б, широполосный фильтр-преселектор 31 обладает важным достоинством, а именно практически линейной фазой в полосе пропускания фильтра, что является большим преимуществом при работе со сложными фазоманипулированными сигналами, принимаемыми со спутников. Это приводит, например, к тому, что фильтр-преселектор 21 имеет одинаковое линейное время группового запаздывания τ в полосе пропускания, равное примерно 2,5 нс (фиг.5 в). Такая реализация приводит к тому, что нет необходимости использовать специальный калибратор для обеспечения одинакового времени группового запаздывания t для всех сигналов, принимаемых от КА. С выхода фильтра-преселектора 21 сигнал поступает на вход малошумящего усилителя 22, выход которого соединен со входом полосового фильтра 23, сигнал с выхода которого поступает на вход второго малошумящего усилителя 24. Полосовой фильтр 23 служит для устранения дополнительных пульсаций в полосе заграждения широкополосного фильтра-преселектора 21, а также для развязки между малошумящими усилителями 22 и 24. Основное усиление приемного тракта обеспечивается малошумящими усилителями 22 и 24, которые выполнены на основе арсенид-галлиевых транзисторов с барьером Шоттки. Параметры малошумящих усилителей 22 и 24, коэффициент усиления 35 дБ, диапазон принимаемых частот 1.8 ГГц при неравномерности амплитудно-частотной характеристики 1 дБ и коэффициенте шума 1,1 дБ. The received signals pass through the antenna and the input feeder, which is part of the antenna and is a 1/4-wave segment of the coaxial line closed on one side and serves to coordinate the parameters of the antenna and the input circuits of the receiver. From the output of the
В дальнейшем сигнал с выхода МШУ 24 поступает на вход смесителя 25, выполненного по балансной схеме и представляющего собой линейный преобразователь сдвига частоты, т.е. на выходе блока 25 происходит выделение сигнала разностной частоты fпр=fc-fг причем сохраняется линейность времени группового запаздывания t для всех принимаемых сигналов.In the future, the signal from the output of the
Выход смесителя 25 соединен со входом полосового фильтра 27, амплитудно-частотная характеристика которого представлена на фиг.6. Он представляет собой два последовательно соединенных фильтра Бесселя третьего порядка с линейной фазо-частотной характеристикой, настроенных на частоты сигналов космических аппаратов системы "Навстар", т.е. на частоту (133-137 МГц) и системы "Глонасс", т.е. на частоту (157-181 МГц), обеспечивая тем самым обработку входной информации в широкий полосе частот. Выход полосового фильтра 27 соединен с первым входом усилителя 28 промежуточной частоты для дальнейшего усиления входного сигнала. Для обеспечения постоянства коэффициента усиления в заданных пределах используется блок 30 автоматической регулировки усиления, охватывающий МШУ 22 и 24 усилитель 28 промежуточной частоты. Выходной сигнал усилителя 28 промежуточной частоты поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 29, в котором реализована квадратурная обработка входной информации за счет подачи на управляющие входы данного узла прямоугольных импульсов с частотой 90 МГц со сдвигом на четверть периода, при этом на выходах I1, I2 образуется синусная, а на выходах Q1, Q2 косинусная составляющая входного комплексного информационного сигнала.The output of the
Дальнейшая работа приемоиндикатора обеспечивается при поддержке внутреннего математического обеспечения (МО). После прохождения тестовых программ и подтверждения работоспособности основных узлов приемоиндикатор переходит в режим ожидания прерывания, например, от многофункционального генератора 5 либо от блока решения навигационной задачи. Further operation of the receiver-indicator is supported by internal mathematical support (MO). After passing the test programs and confirming the operability of the main nodes, the transceiver goes into interrupt standby mode, for example, from the
Следующая проблема, которая решается при поддержке внутреннего математического обеспечения, это выбор оптимального рабочего созвездия КА из общего количества радиовидимых в данный момент времени. Начальный выбор рабочего созвездия КА производится по данным действующих альманахов двух систем, которые в заявляемом устройстве хранятся: для системы КА "Глонасс" в РПЗУ 15 (фиг.1), а для системы "Навстар" в энергонезависимом ОЗУ 18 (фиг.1). При этом учитываются также приближенные координаты места потребителя и текущее время суток, которые вводятся с клавиатуры. В этом случае блок решения навигационной задачи производит пересчет действующего альманаха на текущий момент времени с целью определения возможности радиовидимости каждого КА в конкретный момент времени. В случае, если альманах устарел, либо при первом включении заявляемого устройства, внутренним МО (математическим обеспечением) выдается команда "обновить альманах" либо "осуществить поиск КА вслепую". При этом проводится последовательный поиск по N-физическим каналам в общем случае по одному КА систем "Глонасс" и "Навстар", считывается навигационное сообщение. Одновременно определяется и эфемерная информация, т.е. определяется число работающих спутников двух систем в данный момент времени, их координаты и прогнозируемое доплеровское смещение относительно потребителя. Следует заметить, что данная процедура занимает по времени десятки минут. В случае использования эфемерной информации по данным альманаха результаты первого отсчета измерений вектора состояния навигационных параметров могут быть получены в ряде случаев с достаточно большой погрешностью. Зная эти исходные данные, первоначально формируется признак СРНС Ki т.е. если, например, в i-ом канале принимается сигнал системы "Навстар", то Ki=0 и Ki=1, если в i-ом канале принимается сигнал со спутника системы "Глонасс".The next problem, which is solved with the support of internal mathematical support, is the choice of the optimal working spacecraft constellation from the total number of radio-visible at a given time. The initial selection of the working constellation of the spacecraft is made according to the current almanacs of two systems that are stored in the inventive device: for the Glonass spacecraft system in RPZU 15 (figure 1), and for the Navstar system in non-volatile RAM 18 (figure 1). In this case, the approximate coordinates of the consumer’s place and the current time of the day, which are entered from the keyboard, are also taken into account. In this case, the unit for solving the navigation problem recalculates the current almanac at the current time in order to determine the radio visibility of each spacecraft at a particular time. If the almanac is outdated, or when the inventive device is turned on for the first time, the internal MO (mathematical support) issues the command "update the almanac" or "search for the spacecraft blindly." In this case, a sequential search is carried out on N-physical channels in the general case for one spacecraft of the Glonass and Navstar systems, and a navigation message is read. At the same time, ephemeral information is determined, i.e. the number of operating satellites of the two systems at a given time, their coordinates and the predicted Doppler shift relative to the consumer are determined. It should be noted that this procedure takes tens of minutes in time. In the case of using ephemeral information according to the almanac, the results of the first measurement of the state vector of the navigation parameters can be obtained in some cases with a rather large error. Knowing these initial data, the sign of SRNS K i is initially formed i.e. if, for example, in the i-th channel signal is received system "Navstar" then K i = 0 and K i = 1 if the i-th channel signal is received from the satellite system "Glonass".
В дальнейшем из всех работающих в данный момент времени спутников выбирается оптимальное созвездие КА двух систем (например, на основе критерия минимального геометрического фактора), при этом известно истинное положение каждого из входящих в оптимальное созвездие спутников. Так как в заявляемом устройстве число физических каналов N=8, то в оптимальное созвездие входит 8 КА систем "Глонасс" и "Навстар". Так как все физические каналы первичной обработки информации идентичны, рассмотрим детально работу одного из них на примере работы КА системы "Глонасс". Такой выбор объясняется только тем, что прием и обработка сигналов по системе "Глонасс" осуществляется по двум кодам, в то время как в случае использования системы "Навстар" только по коду общего применения, т.е. принцип работы по системе КА "Глонасс" является более общим. Subsequently, from all the satellites currently operating at a given time, the optimal spacecraft constellation of the two systems is selected (for example, based on the criterion of the minimum geometric factor), while the true position of each of the satellites included in the optimal constellation is known. Since in the claimed device the number of physical channels is N = 8, then the 8 constellation of the Glonass and Navstar systems is included in the optimal constellation. Since all the physical channels of the primary processing of information are identical, let us consider in detail the operation of one of them using the example of the operation of the spacecraft of the Glonass system. This choice is explained only by the fact that the reception and processing of signals by the Glonass system is carried out according to two codes, while in the case of using the Navstar system only by the general application code, i.e. The operating principle of the GLONASS spacecraft system is more general.
При поступлении управляющего сигнала с выхода дешифратора номера космического аппарата инициализируется работа канала слежения и измерения параметров сигнала данного КА. Приемоиндикатор в этом случае работает так: блок вычисления 7 обнуляет счетчики 60-63 и 73 и 76, блок 7 разрешает по прерыванию работу многофункционального генератора 5, с выхода 90 которого на вход множительного устройства 55 частотно-кодового коррелятора 4 поступают ПСП- последовательности кода общего применения С раньше, С норма, С позже на второй вход устройства 55 при этом поступают считанные отсчеты фазы с ПЗУ 53. Выходы множительного устройства 55 соединены с накапливающими сумматорами 56-59, выходы которых подключены ко входам двоичных счетчиков 60-63, соединенных через двоичные ключи 64-67 со входами счетчиков-накопителей 68-71, на выходе которых в режиме разделения времени накапливаются значения шести сумм I раньше, I норма, I позже, Q раньше, Q норма, Q позже. Накопленные суммы проходят последовательно через мультиплексоры 77, 78 блок ключей 83 на блок 92 оценки параметров цифрового процессора 7 обработки сигналов.Upon receipt of a control signal from the output of the spacecraft number decoder, the operation of the tracking channel and measuring the signal parameters of this spacecraft is initialized. The receiver indicator in this case works as follows: the calculating
Получив, например, три комплексных отсчета указанных сумм можно получить оценки фазы кода ПСП последовательности входного сигнала
(I1, Q1 соответствует ψ1
(I1,Q2)-ψ2+π
(I3,Q3)-ψ1+2π
По трем комплексным отсчетам соответствующие значения огибающих вычисляются в блоке 92 так
(2)
Используя значения трех комплексных огибающих, можно получить общую огибающую с помощью следующего аналитического выражения
(3)
Из рассчитанных огибающих Е1, E2, E3 выбираем наибольшую, к примеру, как показано на фиг. 12, это Е2. Затем в блоке 92 определяется максимальная амплитуда из двух соседних значений, на фиг.12 это Е1. Это означает, что сигналы Е1 и Е2 определяют концевые точки для поиска максимума амплитудного значения огибающей комплексного сигнала. Используя метод деления пополам, определяем значение ψпик, которое удовлетворяет условию ψ1≅ ψпик≅ ψ2.Having received, for example, three complex readings of the indicated amounts it is possible to obtain estimates of the phase of the code code of the input signal sequence
(I 1 , Q 1 corresponds to ψ 1
(I 1 , Q 2 ) -ψ 2 + π
(I 3 , Q 3 ) -ψ 1 + 2π
For three complex samples, the corresponding values of the envelopes are calculated in
(2)
Using the values of the three complex envelopes, one can obtain the general envelope using the following analytical expression
(3)
From the calculated envelopes E 1 , E 2 , E 3, choose the largest, for example, as shown in FIG. 12, this is E 2 . Then, in
На основе фиг. 11 можно констатировать, что ψ в точке jпик это лучшая оценка фазы кода, относительное положение фазы кода определяется вычитанием пика фазы из ψ2 т.е. ψотн= ψ2-ψпик
Оценка сдвига фаз кода при I(ψ = ψпик), Q(ψ = ψпик) определяется так:
(4)
Тогда оценка сдвига фаз с целью выхода на пик взаимнокорреляционной функции выглядит так
(5)
На основании полученной оценки происходит выдача команды в блок 87 управления ПСП многофункционального генератора 5 с целью сдвига в сторону увеличения/уменьшения сдвига ПСП для минимизации сдвига фаз и выхода на пик взаимно-корреляционной функции между огибающей принимаемого сигнала и местной ПСП. Данная задача решается с помощью контура слежения, состоящего из блоков: регистра 94, частотно-кодового коррелятора 4, блока 6 интеграторов, блока 92 оценки параметров, находящегося в составе блока 7 вычислении и цифрового фильтра 96 третьего порядка (фиг.11). Второй контур слежения за ошибкой по задержке кода собран на основе тех же блоков, однако в этом случае в блоке 92 вычисляется ошибка по задержке кода на основе аналитического выражения
(6)
Из выражения (6), видно, что в случае отсутствия ошибки, т.е. совпадения местной ПСП с ПСП, входящей в состав сигнала КА, числитель его равен нулю, что подтверждает выход на максимум взаимно-корреляционной функции между огибающей принимаемого сигнала и местной ПСП.Based on FIG. 11, it can be stated that ψ at the point j peak is the best estimate of the code phase, the relative position of the code phase is determined by subtracting the phase peak from ψ 2 i.e. ψ rel = ψ 2 -ψ peak
The code phase shift estimate for I (ψ = ψ peak ), Q (ψ = ψ peak ) is defined as follows:
(4)
Then the phase shift estimate in order to reach the peak of the cross-correlation function, it looks like this
(5)
Based on the obtained estimate, a command is issued to the
(6)
From the expression (6), it is seen that in the absence of an error, i.e. if the local PSP coincides with the PSP that is part of the spacecraft signal, its numerator is zero, which confirms the maximum cross-correlation function between the envelope of the received signal and the local PSP.
Синфазные и квадратурные выборки, совпадающие с корреляционным пиком, используются для формирования сигнала ошибки контура слежения за фазой несущей с использованием фазового детектора арктангенсного типа, реализованного на основе ПЗУ 82. Контур кроме ПЗУ 82 включает в себя блок 80 управления, цифровой фильтр 93 второго порядка, регистр 94, частотно-кодовый коррелятор 4, блок 6 интеграторов, блок 92 оценки параметров. Полоса удержания такой петли составляет примерно 20 Гц. Такая узкая полоса, необходимая для обеспечения требуемой точности слежения за фазой несущей, имеет существенный недостаток, так как в случае работы с большими динамическими нагрузками аппаратуры приемоиндикатора, либо в условиях сложной помеховой обстановки может произойти выход за полосу удержания 20 Гц. С целью устранения этого недостатка в заявляемое устройство введен контур слежения за ошибкой по частоте, который включает в себя кроме блоков контура слежения за фазой несущей еще и вычитатель 96, вычисляющий разность между значениями углов измеряемой фазы несущей ΔΦ = Φn+1-Φn обеспечивая тем самым слежение за ошибкой по частоте несущей. Полоса удержания контура составляет 250 Гц, что повышает точность измерений и надежность работы заявляемого устройства, в особенности в отмеченных выше сложных условиях работы приемоиндикатора.In-phase and quadrature samples coinciding with the correlation peak are used to generate an error signal of the carrier phase tracking loop using an arctangent type phase detector based on
Заметим, что измеряемое значение несущей ωi отличается на величину доплеровского смещения Ω, которое образуется вследствие взаимного движения относительно друг друга КА и заявляемого приемоиндикатора. В процессе накопления отсчетов I и Q принимаемого сигнала значение доплеровского сдвига фаз также имеет свойство накапливаться (фиг.13). Для компенсации эффекта поворота фазы в контуре слежения за фазой несущей накопленный вектор доплеровского сдвига должен быть скомпенсирован, т.е. должен быть умножен на вектор, повернутый в противоположную сторону (антивектор) в плоскости I, jQ. Аналогически данную операцию можно представить так
Аппаратно данная реализация выполнена в ПЗУ 53 частотно-кодового коррелятора 4 (фиг.14). В ПЗУ 53 хранятся соответствующим образом рассчитанные дискретные значения фазы обрабатываемого сигнала, при этом угол антивращения ωмт реализуется с помощью цифрой управляемого генератора 54 и представлен М-битными словами.Note that the measured value of the carrier ω i differs by the magnitude of the Doppler shift Ω, which is formed due to the mutual movement relative to each other of the spacecraft and the inventive transceiver. In the process of accumulation of samples I and Q of the received signal, the value of the Doppler phase shift also tends to accumulate (Fig.13). To compensate for the effect of phase rotation in the tracking phase of the carrier phase, the accumulated Doppler shift vector must be compensated, i.e. must be multiplied by a vector rotated in the opposite direction (antivector) in the plane I, jQ. Similarly, this operation can be represented as
Hardware this implementation is made in
Таким образом, при настройке цифрой управляемого генератора 54 частотно-кодового коррелятора 4 и генератора ПСП многофункционального генератора 5 соответственно на частоту и огибающую сигнала выбранного космического аппарата и при совпадении временного положения ПСП с огибающей Pi(t) в пределах основного лепестка взаимно-корреляционной функции на выходе блока 92 образуется узкополосный сигнал Si(t) выбранного КА с восстановленной несущей и скомпенсированным доплеровским смещением. Thus, when the digitally tuned
Si(t) = Di(t)•cos(ωit+Φi) (7)
где: Di(t) навигационное сообщение.Si (t) = Di (t) • cos (ω i t + Φ i ) (7)
where: Di (t) navigation message.
С выхода блока 92 сигнал Si(t) псевдодальность ρ до N-го КА, псевдоскорость (мгновенное состояние дискретной фазы в петле слежения за задержкой соответствует псевдодальности а мгновенное состояние фазы в петле слежения за несущей псевдоскорости) поступают через двухпортовое коммуникационное ОЗУ 8 в блок 11 решения навигационной задачи, где происходи дешифрация навигационного сообщения Di(t) причем программно реализованные дешифраторы навигационных сообщений КА систем "Глонасс" и "Навстар" индивидуальные для каждого вида спутников, так как структура навигационного сообщения указанных СРНС отличается друг от друга.From the output of
Следует отметить, что коды общего применения ПТ системы "Глонасс" и коды высокой точности привязаны к одному и тому же моменту времени с погрешностью Dt = 5 нс, поэтому сигнал ПТ служит ключом для ускоренного вхождения в синхронизм по коду ВТ. Это означает, что начальная синхронизация осуществляется по коду общего применения ПТ до специального ключевого слова, которое содержится в навигационном сообщении и расстояние до которого известно из его структуры, после чего осуществляется ускоренное вхождение в синхронизм по коду ВТ. Структура и принцип работы следящих измерителей при этом не меняется. It should be noted that the general application codes of the GLONASS system PTs and high-precision codes are tied to the same time with an error of Dt = 5 ns; therefore, the PT signal serves as a key for accelerated synchronization with the BT code. This means that the initial synchronization is carried out according to the code of general application of PT to a special keyword, which is contained in the navigation message and the distance to which is known from its structure, after which accelerated entry into synchronism by BT code is carried out. The structure and principle of operation of tracking meters does not change.
Работа с КА системы "Навстар" осуществляется только по С/А коду, при этом снижается точность навигационных измерений и требуется разработка специальных моделей распространения радиоволн для учета ионосферных и тропосферных задержек принимаемых сигналов. Work with the spacecraft of the Navstar system is carried out only by the C / A code, while the accuracy of navigation measurements is reduced and the development of special models of the propagation of radio waves to account for the ionospheric and tropospheric delays of the received signals is required.
Так как в рабочем созвездии обычно находятся КА различных систем, необходимо прежде всего определить величину сдвига шкалы системного времени спутников СРНС "Навстар" относительно шкалы времени СРНС "Глонасс" и лишь после этого текущий вектор состояния потребителя. С этой целью в блоках 11 и 12 решается уравнение измерений вида
(9)
где ρi измеренная псевдодальность до i-го КА;
n размерность вектора состояния потребителя;
c скорость света,
1, если i-ый КА принадлежит СРНС "Глонасс",
х вектор состояния без учета относительно временного сдвига СРНС.Since spacecraft of various systems are usually located in the working constellation, it is necessary first of all to determine the magnitude of the shift in the system time scale of the Navstar satellites relative to the Glonass SRNS time scale and only after this the current consumer state vector. For this purpose, in
(9)
where ρ i measured pseudorange to the i-th spacecraft;
n dimension of the consumer state vector;
c is the speed of light
1, if the i-th spacecraft belongs to the Glonass SRNS,
x state vector without regard to the time shift of the SRNS.
Тогда система уравнений измерений для случая работы по созвездию, включающему КА двух различных систем, имеет вид:
10
где ρm вектор измерений псевдодальностей,
δm вектор признаков принадлежности КА к данной СРНС.Then the system of measurement equations for the case of work on the constellation, including the spacecraft of two different systems, has the form:
ten
where ρ m is the vector of measurements of pseudorange,
δ m is the vector of signs of spacecraft belonging to this SRNS.
Решив данную систему уравнений, получим точное значение временного сдвига Δτ временной шкалы СРНС "Глонасс" относительно СРНС "Навстар". Having solved this system of equations, we obtain the exact value of the time shift Δτ of the time scale of the GLONASS SRNS relative to the Navstar SRNS.
В дальнейшем в блоке 11 происходи решение следующей системы уравнений с использованием одного из методов оптимальной оценки вектора состояния, например, метода наименьших квадратов
(11)
где C скорость распространения сигнала;
ρi псевдодальность до i-го КА;
Xi, Yi, Zi известные из навигационного сообщения Di(t) координаты, КА;
известные из навигационного сообщения Di(t) скорости КА;
неизвестные координаты и составляющие вектора скорости объекта;
ωoi номинальная частота несущей i-го КА, постоянная величина;
ωi измеренная частота несущей i-го КА;
расстройка частоты опорного генератора ПИ относительно опорного генератора РСНС;
Δτ временное рассогласование между шкалами времени СРНС двух систем,
Решив данную систему уравнений для случая, когда число наблюдаемых СРНС не менее 4, получим результирующий вектор состояния объекта
(12)
который выводится на индикатор 20. Среднеквадратичная ошибка G оценки координат и времени равна
(13)
где σx, σy, σz, σt среднеквадратичная ошибка по трем координатам и времени,
σρ cреднеквадратичная ошибка измерения псевдодальностей;
M геометрический фактор.Subsequently, in
(eleven)
where C is the signal propagation speed;
ρ i pseudorange to the i-th spacecraft;
Xi, Yi, Zi coordinates known from the navigation message Di (t), spacecraft;
spacecraft speeds known from the navigation message Di (t);
unknown coordinates and components of the object's velocity vector;
ω oi is the nominal carrier frequency of the i-th spacecraft, constant;
ω i measured carrier frequency of the i-th spacecraft;
detuning the frequency of the reference PI generator relative to the reference RSNS generator;
Δτ is the temporary mismatch between the SRNS time scales of the two systems,
Having solved this system of equations for the case when the number of observed SRNSs is at least 4, we obtain the resulting state vector of the object
(12)
which is displayed on
(thirteen)
where σ x , σ y , σ z , σ t the mean square error in three coordinates and time,
σρ is the standard error of the measurement of pseudorange;
M is a geometric factor.
По сравнению с устройством-прототипом 3 в заявляемом устройстве достигнуты следующие преимущества:
а) обеспечена возможность приема и обработки сигналов двух СРНС двух систем "Глонасс" и "Навстар" с помощью одного приемного тракта, т.е. не прибегая к мультиплексированию либо дублированию каналов приема, чем достигается существенное упрощение приемной аппаратуры,
б) реализация приемника осуществлена с помощью одного преобразования на промежуточную частоту с целью дальнейшего цифровой обработки сигналов, поступивших с КА в широкой полосе частот, в этом случае отсутствуют дополнительные помехи позеркальному каналу, которые имеют месо при двойном преобразовании частоты. Подача сигналов гетеродина, аналого-цифрового преобразователя, а также тактовых частот 90 МГц, 20 МГц, 12 МГц для обеспечения работоспособности цифровой части приемоиндикатора происходит с помощью одного синтезатора частот. Использование в синтезаторе частот импульсного фазового и частотного детекторов предохраняет устройство от ложных захватов на кратных частотах генератора, управляемого напряжением и тем самым обеспечивается высокая надежность и точность работы схемы,
в) заявляемое устройство обеспечивает более высокую точность воспроизведения входной информации за счет применения фильтров с эллиптической аппроксимацией и линейного преобразования частоты, что позволяет получить линейную фазо-частотную характеристику тракта приема, и, как следствие, одинаковое и минимальное время групповой задержки для всех принимаемых сигналов КА. В этом случае нет необходимости использования специального калибратора для усреднения времени группового запаздывания.Compared with the
a) the possibility of receiving and processing signals of two SRNS of two systems "Glonass" and "Navstar" using one receiving path, i.e. without resorting to multiplexing or duplication of the reception channels, thereby achieving a significant simplification of the receiving equipment,
b) the implementation of the receiver is carried out using one conversion to an intermediate frequency with the aim of further digital processing of signals received from the spacecraft in a wide frequency band, in this case there is no additional interference to the mirror channel, which have a meso in double frequency conversion. The supply of local oscillator signals, an analog-to-digital converter, as well as clock frequencies of 90 MHz, 20 MHz, 12 MHz to ensure the operability of the digital part of the transceiver occurs using a single frequency synthesizer. The use of a pulsed phase and frequency detectors in the frequency synthesizer protects the device from false captures at multiple frequencies of a voltage-controlled generator and thereby ensures high reliability and accuracy of the circuit,
c) the inventive device provides higher accuracy of reproducing input information through the use of filters with elliptic approximation and linear frequency conversion, which allows to obtain a linear phase-frequency characteristic of the receive path, and, as a result, the same and minimum group delay time for all received spacecraft signals . In this case, there is no need to use a special calibrator for averaging the group delay time.
г) достигнута более высокая точность измерений и надежность работы за счет введения дополнительных контуpов слежения по ошибке частоты несущей, по задержке кода и сдвигу кода, что обеспечивает надежную работу при срыве слежения по коду или несущей, например, в случае наличия преднамеренных помех или при установке приемоиндикатора на высокодинамичных объектах,
д) использование для определения вектора измеряемых параметров космических аппаратов двух радионавигационных систем "Глонасс" и "Навстар" позволяет обеспечить измерение вектора состояния параметров аппаратуры потребителей в любое время суток, даже при неполном развертывании КА одной из систем либо выходе части спутников из строя,
е) заявляемое устройство за счет многоканальной организации вычислительного процесса измерений обеспечивает работоспособность в условиях частичной затененности КА (например, на улицах города с высотными домами или лиственного леса, когда имеет место фактор многолучевости).d) higher accuracy of measurements and operational reliability due to the introduction of additional tracking loops due to carrier frequency error, code delay and code shift, which ensures reliable operation when tracking is disrupted by the code or carrier, for example, in the case of intentional interference or during installation receiver indicator on highly dynamic objects,
e) the use of the two radio navigation systems Glonass and Navstar to determine the vector of measured parameters of spacecraft makes it possible to measure the state vector of parameters of consumer equipment at any time of the day, even if one of the systems is not fully deployed or some satellites fail,
f) the inventive device due to the multi-channel organization of the computational measurement process ensures operability in the conditions of partial shadowing of the spacecraft (for example, on city streets with high-rise buildings or deciduous forest, when there is a multipath factor).
Таким образом, поставленные перед изобретением задачи выполнены. Ца Thus, the tasks set for the invention are fulfilled. Tsa
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93047511A RU2067771C1 (en) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | Receiver/transmitter for satellite navigation systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93047511A RU2067771C1 (en) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | Receiver/transmitter for satellite navigation systems |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93047511A RU93047511A (en) | 1996-02-20 |
RU2067771C1 true RU2067771C1 (en) | 1996-10-10 |
Family
ID=20148160
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93047511A RU2067771C1 (en) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | Receiver/transmitter for satellite navigation systems |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2067771C1 (en) |
-
1993
- 1993-10-12 RU RU93047511A patent/RU2067771C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Приемоиндикатор типа Х фирмы Magnavox (США), М., Зарубежная радиоэлектроника N 4 1983, с.77, рис.4. Военный приемник фирмы "Интерстейт электроникс корпорейшн" (США). Материалы симпозиума по радиолокации и радионавигации Лас-Вегас, США, 1986, стр. 162-168. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6069583A (en) | Receiver for a navigation system, in particular a satellite navigation system | |
US4701934A (en) | Method of doppler searching in a digital GPS receiver | |
JP3262585B2 (en) | Digital Processing Technology for Global Positioning System Receiver | |
US4807256A (en) | Global position system receiver | |
US4785463A (en) | Digital global positioning system receiver | |
US5192957A (en) | Sequencer for a shared channel global positioning system receiver | |
US6363123B1 (en) | Receiver calibration technique for global orbiting navigation satellite system (GLONASS) | |
EP0351156B1 (en) | Global positioning system receiver with radio frequency and digital processing sections | |
US4048563A (en) | Carrier-modulated coherency monitoring system | |
KR20010034174A (en) | Receiver of pseudo-noise signals of satellite radio navigational systems | |
NZ240329A (en) | Gps receiver with a/d converter for satellite signals and digital signal processing | |
US5036330A (en) | Ranging system using correlation between two spread spectrum wave signals | |
JPH0659013A (en) | Signal acquisition method for gps receiver | |
KR19990036303A (en) | Receiver and method for reducing multipath errors in spread spectrum receivers used for distance measurement | |
US5995556A (en) | Front end for GPS receivers | |
EP3362818B1 (en) | Satellite navigation receiver with fixed point sigma rho filter | |
CN108169773B (en) | Satellite navigation signal tracking method based on maximum likelihood coherent integration | |
US5343210A (en) | Satellite radionavigation receiver | |
RU2067771C1 (en) | Receiver/transmitter for satellite navigation systems | |
US9453918B2 (en) | Apparatus and method for processing radio navigation signals | |
JPH0242374A (en) | Determination of pseudo range from earth orbit satellite | |
RU2079148C1 (en) | Multichannel receiver indicator of satellite radionavigational systems | |
RU2090902C1 (en) | Digital receiver of satellite navigation | |
RU2205417C2 (en) | Multichannel receiver-indicator of satellite radio navigation systems | |
JPH06501772A (en) | Receiver for wide area positioning system |