RU2159448C1 - Device for receiving signals from satellite radio navigation systems - Google Patents
Device for receiving signals from satellite radio navigation systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2159448C1 RU2159448C1 RU99107949A RU99107949A RU2159448C1 RU 2159448 C1 RU2159448 C1 RU 2159448C1 RU 99107949 A RU99107949 A RU 99107949A RU 99107949 A RU99107949 A RU 99107949A RU 2159448 C1 RU2159448 C1 RU 2159448C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- signal
- output
- heterodyne
- signals
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано в навигационной аппаратуре потребителей спутниковых радионавигационных систем (CPHC), а конкретно - в радиоприемных устройствах, осуществляющих одновременный прием сигналов CPHC ГЛОНАСС и GPS частотного диапазона L1 с кодовой модуляцией С/А кодом - кодом "стандартной точности". The invention relates to radio navigation and can be used in the navigation equipment of consumers of satellite radio navigation systems (CPHC), and in particular, in radio receivers that simultaneously receive CPHC GLONASS and GPS signals in the frequency range L1 with code modulation C / A code - code "standard accuracy" .
Навигационная аппаратура потребителей CPHC ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) [1] и GPS (Global Positioning System) [2] в настоящее время широко используются для определения координат (широты, долготы, высоты) и скорости объектов, а также времени. При этом использование сигналов CPHC частотного диапазона L1 с кодовой модуляцией С/А кодом - кодом "стандартной точности" - обеспечивает "стандартную" точность определения. Consumer navigation equipment CPHC GLONASS (Global Navigation Satellite System) [1] and GPS (Global Positioning System) [2] are currently widely used to determine the coordinates (latitude, longitude, altitude) and speed of objects, as well as time. In this case, the use of CPHC signals of the frequency range L1 with code modulation with C / A code - a code of "standard accuracy" - provides "standard" accuracy of determination.
Основные различия между CPHC GPS и ГЛОНАСС состоят в использовании различных, хотя и соседних частотных диапазонов, использовании отличающихся псевдошумовых модулирующих кодов и использовании соответственно кодового и частотного разделения сигналов различных спутников в системе. Так, в CPHC GPS в диапазоне частот L1 спутники излучают модулированные различными псевдошумовыми кодами сигналы на одной несущей частоте 1575,42 МГц, а спутники CPHC ГЛОНАСС излучают модулированные одним и тем же псевдошумовым кодом сигналы на различных несущих (литерных) частотах, лежащих в соседней частотной области. The main differences between CPHC GPS and GLONASS are the use of different, albeit adjacent, frequency ranges, the use of different pseudo-noise modulating codes, and the use of code and frequency separation of the signals of different satellites in the system, respectively. So, in CPHC GPS in the frequency range L1, satellites emit signals modulated by various pseudo-noise codes on one carrier frequency 1575.42 MHz, and CPHC GLONASS satellites emit signals modulated by the same pseudo-noise code on different carriers (letter) frequencies lying in the adjacent frequency area.
Номиналы литерных частот в CPHC ГЛОНАСС формируются по правилу
fi = f0+ iΔf,
где f1 - номиналы литерных частот;
f0 - нулевая литерная частота;
i - номера литерных частот;
Δf - интервал между литерными частотами.The nominal frequencies in the CPHC GLONASS are formed according to the rule
f i = f 0 + iΔf,
where f 1 - denominations of letter frequencies;
f 0 - zero lettering frequency;
i - numbers of letter frequencies;
Δf is the interval between letter frequencies.
Для частот рассматриваемого диапазона L1: f0 = 1602 МГц, Δf = 0,5625 МГц.For the frequencies of the considered range L1: f 0 = 1602 MHz, Δf = 0.5625 MHz.
Распределение литерных частот среди функционирующих спутников CPHC ГЛОНАСС задается альманахом, передаваемым в кадре служебной информации. The distribution of letter frequencies among functioning CPHC GLONASS satellites is set by the almanac transmitted in the overhead information frame.
Литерные частоты сигналов CHPC ГЛОНАСС вводятся в соответствии с "Интерфейсным контрольным документом" [1] . В настоящее время (с 1998 г.) введены литерные частоты диапазона от i = 0 до i = 12, в дальнейшем в соответствии с [1] предусматривается переход на диапазон литерных частот от i = -7 до i = 4. Смещение диапазона литерных частот сигналов CPHC ГЛОНАСС в другую частотную область связано с выделением новых частот для работы систем связи. В связи с этим возникает проблема обеспечения возможности работы аппаратуры, осуществляющей прием сигналов CPHC ГЛОНАСС, как в условиях указанного изменения диапазона литерных частот, так и в условиях усложнения помеховой обстановки, обусловленной работой систем связи в близком диапазоне частот. The letter frequencies of the CHPC GLONASS signals are entered in accordance with the “Interface Control Document” [1]. At present (since 1998) the letter frequencies of the range from i = 0 to i = 12 have been introduced; later, in accordance with [1], a transition to the letter frequency range from i = -7 to i = 4 is provided. GLONASS CPHC signals to another frequency domain is associated with the allocation of new frequencies for the operation of communication systems. In this regard, the problem arises of making the equipment capable of receiving CPHC GLONASS signals available, both under the conditions of the indicated change in the letter frequency range, and in conditions of increasing complexity of the noise situation due to the operation of communication systems in a close frequency range.
Отмеченные выше различия между сигналами спутников CPHC GPS и ГЛОНАСС, вытекающие из кодового разделения при одной несущей в CPHC GPS и частотного разделения при нескольких несущих, определяемых литерными частотами, в CPHC ГЛОНАСС обуславливают различия в технических средствах, с помощью которых осуществляется прием и преобразование сигналов этих систем к виду, позволяющему осуществлять последующие радионавигационные измерения. The differences noted above between the signals of the CPHC GPS and GLONASS satellites resulting from the code separation at one carrier in the CPHC GPS and the frequency separation at several carriers determined by the letter frequencies in the CPHC GLONASS determine the differences in the technical means by which the signals of these systems to a form allowing subsequent radio navigation measurements.
Известно, например из [3, фиг. 1], устройство для приема сигналов CPHC GPS, содержащее малошумящий усилитель, фильтр, первый смеситель, усилитель первой промежуточной частоты, квадратурный смеситель, два квантователя для синфазного и квадратурного каналов, формирователь сигнала первой гетеродинной частоты (1401,51 МГц), а также блок деления, формирующий из сигнала первой гетеродинной частоты сигнал второй гетеродинной частоты. It is known, for example, from [3, FIG. 1], a device for receiving CPHC GPS signals, comprising a low-noise amplifier, a filter, a first mixer, a first intermediate frequency amplifier, a quadrature mixer, two quantizers for in-phase and quadrature channels, a signal generator of the first heterodyne frequency (1401.51 MHz), and also a unit division, forming from the signal of the first heterodyne frequency signal of the second heterodyne frequency.
Устройство решает техническую задачу приема и преобразования сигналов CPHC GPS к виду, позволяющему потребителю осуществлять в дальнейшем соответствующие радионавигационные измерения. Устройство не позволяет решить задачу приема сигналов CPHC ГЛОНАСС. The device solves the technical problem of receiving and converting CPHC GPS signals to a form that allows the consumer to carry out further appropriate radio navigation measurements. The device does not allow to solve the problem of receiving CPHC GLONASS signals.
Известно, например из [4, с. 147-148], устройство для приема сигналов CPHC ГЛОНАСС ("одноканальная аппаратура потребителей "АСН-37"). Устройство содержит входной фильтр, малошумящий усилитель, первый смеситель, усилитель промежуточной частоты, фазовый демодулятор, второй смеситель с фазовым подавлением зеркального канала, ограничитель, синтезатор литерных частот, формирователи гетеродинных частот. Синтезатор литерных частот формирует свои выходные сигналы в соответствии с литерными частотами принимаемых сигналов CPHC ГЛОНАСС. Шаг литерных частот, формируемых синтезатором, составляет 0,125 МГц. Сигнал первой гетеродинной частоты формируется в результате умножения частоты выходного сигнала синтезатора на четыре, а сигнал второй гетеродинной частоты - в результате деления частоты выходного сигнала синтезатора на два. It is known, for example, from [4, p. 147-148], a device for receiving CPHC GLONASS signals ("single-channel consumer equipment" ASN-37 "). The device contains an input filter, a low-noise amplifier, a first mixer, an intermediate frequency amplifier, a phase demodulator, a second mixer with phase suppression of the mirror channel, a limiter , letter frequency synthesizer, heterodyne frequency generators. Letter frequency synthesizer generates its output signals in accordance with the letter frequencies of the received signals GLONASS CPHC. Step of letter frequencies generated by the synthesizer Is 0.125 MHz signal of the first heterodyne frequency is formed by multiplying the output signal into four frequency synthesizer, and the signal of the second heterodyne frequency -. By dividing the output signal of the frequency synthesizer by two.
Устройство решает техническую задачу приема и преобразования сигналов CPHC ГЛОНАСС к виду, позволяющему потребителю осуществлять соответствующие радионавигационные измерения. Устройство не позволяет решить задачу приема сигналов CPHC GPS. The device solves the technical problem of receiving and converting CPHC GLONASS signals to a form that allows the consumer to carry out appropriate radio navigation measurements. The device does not solve the problem of receiving CPHC GPS signals.
Несмотря на различия, существующие между CPHC GPS и ГЛОНАСС, их близость по баллистическому построению орбитальной группировки навигационных спутников и используемому частотному диапазону позволяет ставить и решать задачи, связанные с созданием интегрированной навигационной аппаратуры потребителей, работающей по сигналам этих двух систем. Достигаемый при этом результат состоит в повышении надежности, достоверности и точности определения местоположения объекта, в частности, за счет возможности выбора рабочих созвездий навигационных спутников с лучшими значениями геометрических факторов [2, с. 160]. Все это обуславливает актуальность задачи разработки интегрированных приемных устройств, работающих по сигналам обеих систем, и оптимизации технических решений, направленных на упрощение и минимизацию этих устройств. Despite the differences that exist between CPHC GPS and GLONASS, their proximity to the ballistic construction of the orbital constellation of navigation satellites and the used frequency range allows us to pose and solve problems associated with the creation of integrated navigation equipment for consumers working on the signals of these two systems. The result achieved in this case is to increase the reliability, reliability and accuracy of determining the location of an object, in particular, due to the possibility of choosing the working constellations of navigation satellites with the best values of geometric factors [2, p. 160]. All this determines the relevance of the task of developing integrated receiving devices operating on the signals of both systems, and optimizing technical solutions aimed at simplifying and minimizing these devices.
Среди таких интегрированных приемных устройств известно, см., например, [4, с. 158-161, рис.9.8], устройство, решающее задачу приема сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 и преобразование их к виду, позволяющему с помощью цифрового процессора (процессора первичной обработки и навигационного процессора) осуществить последующие радионавигационные измерения и определение местоположения объекта. Устройство содержит частотный разделитель ("диплексер"), осуществляющий частотное разделение сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС, полосовые фильтры и малошумящие усилители каналов GPS и ГЛОНАСС, смеситель, СВЧ коммутатор, подключающий на сигнальный вход смесителя сигналы CPHC GPS или ГЛОНАСС, СВЧ коммутатор, подключающий на опорный вход смесителя сигнал первого гетеродина для канала GPS или канала ГЛОНАСС. В этом устройстве за счет соответствующего формирования частоты гетеродинного сигнала первая промежуточная частота является постоянной для сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС и весь дальнейший тракт устройства реализован как общий для этих сигналов. Among such integrated receiving devices it is known, see, for example, [4, p. 158-161, Fig. 9.8], a device that solves the problem of receiving CPHC GPS and GLONASS signals of the L1 frequency range and converting them to a form that allows using the digital processor (primary processing processor and navigation processor) to carry out subsequent radio navigation measurements and determining the location of the object. The device contains a frequency splitter (“diplexer”), performing frequency separation of the CPHC GPS and GLONASS signals, bandpass filters and low-noise amplifiers of GPS and GLONASS channels, a mixer, a microwave switch that connects CPHC GPS or GLONASS signals to the mixer input, and a microwave switch that connects to the mixer reference input is the signal of the first local oscillator for the GPS channel or the GLONASS channel. In this device, due to the corresponding generation of the heterodyne signal frequency, the first intermediate frequency is constant for the CPHC GPS and GLONASS signals and the entire further path of the device is implemented as common for these signals.
Особенностью устройства является то, что прием и преобразование сигналов каждой из систем осуществляется последовательно во времени с использованием одного и того же радиоприемного тракта, что увеличивает время, затрачиваемое на получение навигационной информации. A feature of the device is that the reception and conversion of signals of each of the systems is carried out sequentially in time using the same radio path, which increases the time spent on obtaining navigation information.
Известно устройство для приема сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС, описанное в [5, c. 835-844, фиг. 2], в котором решается задача одновременного приема сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС. Функционально законченная часть этого устройства, решающая задачу приема сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 и формирование выходных сигналов, используемых при осуществлении последующих радионавигационных измерений, принята в качестве прототипа. A device for receiving signals CPHC GPS and GLONASS, described in [5, p. 835-844, FIG. 2], which solves the problem of simultaneously receiving CPHC GPS and GLONASS signals. The functionally complete part of this device, which solves the problem of receiving CPHC GPS and GLONASS signals in the frequency range L1 and generating output signals used in subsequent radio navigation measurements, is adopted as a prototype.
Структурная схема устройства для приема сигналов CPHC, принятого в качестве прототипа, представлена на фиг. 1. A block diagram of a device for receiving CPHC signals adopted as a prototype is shown in FIG. 1.
Устройство, принятое в качестве прототипа, содержит (фиг. 1) входной блок 1, вход которого является сигнальным входом устройства, блок 2 первого преобразования частоты сигналов, первый 3 и второй 4 каналы второго преобразования частоты сигналов соответственно CPHC GPS и ГЛОНАСС, а также аппаратуру 5 формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот, содержащую отдельный блок формирования сигнала тактовой частоты - генератор сигнала тактовой частоты и три отдельных блока формирования сигналов гетеродинных частот - три синтезатора частоты (на фиг. 1 не показаны). The device adopted as a prototype contains (Fig. 1) an
Входной блок 1 решает задачу предварительной фильтрации входных сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС и включает по крайней мере один полосовой фильтр (на фиг. 1 не показан). The
Блок 2 решает задачу первого преобразования частоты сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС и включает по крайней мере один смеситель (на фиг. 1 не показан).
Канал 3 второго преобразования частоты сигналов (канал второго преобразования частоты сигналов CPHC GPS) содержит последовательно соединенные фильтр 6, смеситель 7 и блок 8 аналого-цифрового преобразования, выход которого образует выход канала - выход преобразованных сигналов CPHC GPS. Channel 3 of the second signal frequency conversion (channel of the second frequency conversion of CPHC GPS signals) contains a
Канал 4 второго преобразования частоты сигналов (канал второго преобразования частоты сигналов CPHC ГЛОНАСС) содержит последовательно соединенные фильтр 9, смеситель 10 и блок 11 аналого-цифрового преобразования, выход которого образует выход канала - выход преобразованных сигналов CPHC ГЛОНАСС.
Входы фильтров 6 и 9, являющиеся входами соответственно первого 3 и второго 4 каналов второго преобразования частоты сигналов, подключены к выходу блока 2 первого преобразования частоты сигналов. Вход блока 2 подключен к выходу блока 1. Опорный вход смесителя (на фиг. 1 не показан) блока 2 первого преобразования частоты сигналов, образующий опорный вход блока 2, соединен с выходом сигнала первой гетеродинной частоты аппаратуры 5, образованным выходом блока формирования сигнала первой гетеродинной частоты (на фиг.1 не показан). Опорные входы смесителей 7 и 10 первого 3 и второго 4 каналов второго преобразования частоты сигналов подключены соответственно к выходам сигналов второй и третьей гетеродинных частот аппаратуры 5, образованными выходами соответствующих блоков формирования сигналов второй и третьей гетеродинных частот (на фиг. 1 не показаны). The inputs of the
Выходы каналов 3, 4 второго преобразования частоты сигналов и выход сигнала тактовой частоты аппаратуры 5, образованный выходом блока формирования сигнала тактовой частоты (на фиг. 1 не показан), являются выходами устройства-прототипа. The outputs of the
Устройство-прототип работает следующим образом. The prototype device operates as follows.
Сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 с входной антенны (на фиг.1 не показана) через входной блок 1, осуществляющий частотную фильтрацию сигналов данного частотного диапазона, поступают на вход блока 2 первого преобразования частоты сигналов. В блоке 2 сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 преобразуются по частоте с помощью смесителя, входящего в состав блока 2. The CPHC GPS and GLONASS signals of the frequency range L1 from the input antenna (not shown in FIG. 1) through the
Для первого преобразования частоты, осуществляемого в блоке 2, в устройстве-прототипе используется сигнал первой гетеродинной частоты fr1 = 1416 МГц, поступающий с соответствующего выхода аппаратуры 5. В аппаратуре 5 сигнал первой гетеродинной частоты fr1 синтезируется с помощью отдельного блока формирования сигнала первой гетеродинной частоты - первого синтезатора частоты (на фиг. 1 не показан).For the first frequency conversion, carried out in
Преобразованные в блоке 2 сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 поступают на входы первого 3 и второго 4 каналов второго преобразования частоты сигналов, то есть на входы фильтров 6 и 9. Каждый из этих фильтров осуществляет фильтрацию сигналов одной из систем, а именно, фильтр 6 - фильтрацию сигналов CPHC GPS, а фильтр 9 - фильтрацию сигналов CPHC ГЛОНАСС. The CPHC GPS and GLONASS signals of the frequency range L1 converted in
Отфильтрованные с помощью фильтров 6 и 9 от внеполосных помех и разделенные по системам (GPS и ГЛОНАСС) сигналы в каждом из каналов 3 и 4 поступают на сигнальные входы смесителей 7 и 10 соответственно. Filtered using
Для второго преобразования частоты, осуществляемого в каналах 3 и 4, в устройстве-прототипе используются сигналы второй и третьей гетеродинных частот fr2 = 173,9 МГц и fr3 = 178,8 МГц, синтезируемые с помощью соответствующих отдельных блоков формирования сигналов второй и третьей гетеродинных частот - второго и третьего синтезаторов частот (на фиг.1 не показаны), входящих в состав аппаратуры 5. При этом сигнал второй гетеродинной частоты fr2 = 173,9 МГц используется для преобразования сигналов CPHC GPS в смесителе 7 первого канала 3, а сигнал третьей гетеродинной частоты fr3 = 178,8 МГц используется для преобразования сигналов CPHC ГЛОНАСС в смесителе 10 второго канала 4.For the second frequency conversion carried out in
Преобразованные с помощью смесителей 7 и 10 сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС далее поступают на входы блоков 8 и 11 аналого-цифрового преобразования, где преобразуются в цифровой вид. Преобразование в цифровой вид осуществляется в устройстве-прототипе с тактовой частотой FT, определяемой сигналом тактовой частоты, формируемым в аппаратуре 5 (на фиг.1 связь блоков 8, 11 с аппаратурой 5 не показана).The CPHC GPS and GLONASS signals converted using
Сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС, преобразованные в каналах 3 и 4 в цифровой вид, и сигнал тактовой частоты, сформированный в аппаратуре 5 с помощью отдельного блока формирования сигнала тактовой частоты, например, с помощью кварцевого генератора (на фиг.1 не показан), являются выходными сигналами устройства-прототипа. The CPHC GPS and GLONASS signals converted into digital form in
Выходные сигналы устройства используются для осуществления последующих радионавигационных измерений и получения навигационной информации. При осуществлении радионавигационных измерений сигналы CPHC подвергаются корреляционной цифровой обработке. Сигнал тактовой частоты, сформированный в устройстве, используется при этом в качестве сигнала, из которого формируются тактовые сигналы для цифровой корреляционной обработки. The output signals of the device are used to perform subsequent radio navigation measurements and obtain navigation information. When performing radio navigation measurements, CPHC signals are digitally correlated. The clock signal generated in the device is used as a signal from which clock signals are generated for digital correlation processing.
Для осуществления цифровой обработки без потерь навигационной информации выходные сигналы устройства-прототипа согласованы по частоте и спектру. Согласование обеспечивается путем выбора определенных значений тактовой и гетеродинных частот. Так, в устройстве-прототипе значение тактовой частоты, определяющей частоту аналого-цифрового преобразования, то есть частоту дискретизации по времени, выбрано fT = 57,0 МГц. С учетом этой частоты выбраны согласованные значения гетеродинных частот fr2 = 173,9 МГц и fr3 = 178,8 МГц для второго преобразования частоты сигналов, а именно таким образом, чтобы средняя частота сигналов CPHC ГЛОНАСС и GPS на второй промежуточной частоте была бы близка к 14,25 МГц. Это обеспечивает возможность цифрового преобразования сигналов в блоках 8, 11 с помощью 4-битовых аналого-цифровых преобразователей с тактовой частотой fT = 57,0 МГц (4 х 14,25 МГц), а также дает возможность использовать в последующей цифровой обработке специализированные цифровые фильтры, выделяющие двухбитовые синфазную и квадратурную выборки с частотой 28,5 МГц (2 х 14,25 МГц) [5, c. 837].For digital processing without loss of navigation information, the output signals of the prototype device are consistent in frequency and spectrum. Coordination is ensured by selecting certain values of the clock and heterodyne frequencies. So, in the prototype device, the value of the clock frequency that determines the frequency of the analog-to-digital conversion, that is, the sampling frequency in time, is selected f T = 57.0 MHz. With this frequency in mind, the harmonized heterodyne frequencies f r2 = 173.9 MHz and f r3 = 178.8 MHz were chosen for the second signal frequency conversion, namely, in such a way that the average frequency of the GLONASS and GPS CPHC signals at the second intermediate frequency would be close to 14.25 MHz. This provides the ability to digitally convert signals in
Таким образом, в устройстве-прототипе формируются следующие сигналы тактовой и гетеродинных частот: тактовой - 57,0 МГц, первой гетеродинной - 1416 МГц, второй гетеродинной - 173,9 МГц, третьей гетеродинной - 178,8 МГц. Thus, in the prototype device, the following clock and local oscillation frequency signals are generated: clock - 57.0 MHz, first heterodyne - 1416 MHz, second heterodyne - 173.9 MHz, third heterodyne - 178.8 MHz.
Формирование указанных сигналов тактовой и гетеродинных частот осуществляется в устройстве-прототипе посредством аппаратуры 5, сложность выполнения которой обусловлена тем, что ни тактовая, ни какая-либо из гетеродинных частот не может быть получена из другой гетеродинной частоты, используемой в устройстве-прототипе, путем простого умножения или деления. Поэтому гетеродинные частоты формируются (синтезируются) в аппаратуре 5 с помощью трех отдельных формирователей (синтезаторов) гетеродинных частот, а тактовая частота - с помощью отдельного генератора тактовой частоты. Каждый из формирователей (синтезаторов) гетеродинных частот представляет собой самостоятельное радиотехническое устройство, сложность реализации которого обусловлена высокими требованиями, предъявляемыми к стабильности синтезируемых частот (относительная нестабильность частоты 10-11-10-12 за 1 с [6]), поскольку от этого в значительной степени зависят выходные характеристики приемного устройства в целом. Такое решение - применение в аппаратуре формирования тактовой и гетеродинных частот трех отдельных синтезаторов гетеродинных частот и отдельного генератора тактовой частоты, а также высокое значение формируемой тактовой частоты (57,0 МГц), приводящее к усложнению оборудования, используемого при последующей цифровой обработке сигналов, - затрудняет использование устройства-прототипа в качестве приемного устройства для портативных (переносных, карманных) приемоиндикаторов, определяющих местоположение объекта по сигналам CPHC GPS и ГЛОНАСС.The formation of these clock and local oscillation frequency signals is carried out in the prototype
Особенностью устройства-прототипа является также то, что решения, реализуемые в нем при приеме и обработке принимаемых сигналов, основываются на использовании сигналов CPHC ГЛОНАСС определенного диапазона литерных частот (с номерами литер от i = 0 до i = 24) и соответствующего этому диапазону значения тактовой частоты FT = 57 МГц. При этом в устройстве-прототипе не предусмотрены технические средства для приема сигналов CPHC ГЛОНАСС с номерами литер в диапазоне от i = -7 до i = -1, вводимыми в соответствии с [1]. Возможное решение задачи приема сигналов CPHC ГЛОНАСС с литерными частотами, включающими в себя и указанные дополнительные литерные частоты, в рамках структуры устройства-прототипа может быть достигнуто за счет расширения (примерно на 30%) полосы пропускания радиочастотного тракта для сигналов CPHC ГЛОНАСС и соответствующего увеличения тактовой частоты. При этом, однако, возникают проблемы с обеспечением помехозащищенности, а увеличение тактовой частоты приводит к увеличению мощности, потребляемой при осуществлении цифровой обработки.A feature of the prototype device is also that the solutions implemented in it when receiving and processing received signals are based on the use of CPHC GLONASS signals of a certain range of letter frequencies (with letter numbers from i = 0 to i = 24) and the corresponding clock value in this range frequency F T = 57 MHz. However, the prototype device does not provide technical means for receiving CPHC GLONASS signals with letter numbers in the range from i = -7 to i = -1, introduced in accordance with [1]. A possible solution to the problem of receiving CPHC GLONASS signals with letter frequencies, including the indicated additional letter frequencies, within the framework of the prototype device structure can be achieved by expanding (by about 30%) the radio frequency path bandwidth for CPHC GLONASS signals and a corresponding increase in clock frequency. In this case, however, there are problems with ensuring noise immunity, and an increase in the clock frequency leads to an increase in the power consumed during digital processing.
В этой связи очевидна актуальность задачи упрощения оборудования, осуществляющего в приемном устройстве формирование сигналов тактовой и гетеродинных частот, например, уменьшение числа синтезаторов гетеродинных частоты и снижение значения тактовой частоты. Актуально также обеспечение возможности работы приемного устройства в условиях указанного изменения диапазона литерных частот сигналов CPHC ГЛОНАСС у потребителя без конструктивной его доработки. От решения этих задач зависит возможность создания серийных малогабаритных (портативных, карманных) приемоиндикаторов, определяющих местоположение объекта по сигналам CPHC ГЛОНАСС и GPS, в том числе приемоиндикаторов, жизненный цикл которых приходится на период изменения в соответствии с [1] диапазона литерных частот сигналов CPHC ГЛОНАСС. In this regard, the urgency of the task of simplifying equipment performing the generation of clock and local oscillation frequency signals in the receiver, for example, reducing the number of heterodyne frequency synthesizers and decreasing the clock frequency, is obvious. It is also relevant to ensure that the receiving device can operate under the conditions of the indicated change in the letter frequency range of the CPHC GLONASS signals from the consumer without its constructive development. The possibility of creating serial small-sized (portable, pocket-sized) receiver indicators that determine the location of an object using CPHC GLONASS and GPS signals, including receiver indicators whose life cycle falls within the period of change in accordance with [1] the range of letter frequencies of CPHC GLONASS signals, depends on the solution of these problems. .
Задачей заявляемого изобретения является создание устройства, осуществляющего одновременный прием и преобразование сигналов CPHC ГЛОНАСС и GPS частотного диапазона L1, с более простым по сравнению с прототипом оборудованием для формирования тактовой и гетеродинных частот, с обеспечением возможности приема и обработки сигналов CPHC ГЛОНАСС в условиях вводимых в соответствии с [1] новых диапазонов литерных частот сигналов (i=0-12 и i=-7-4). Полоса пропускания радиочастотного тракта, определяющая помехозащищенность приемного устройства, при этом максимально сужена, а тактовая частота, согласованная со спектром принимаемых сигналов, уменьшена по сравнению с прототипом. При этом учитывается, что спектры обрабатываемых сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС включают по четыре боковых лепестка по обе стороны от несущей для обеспечения возможности при последующей цифровой обработке реализовать так называемый "узкий коррелятор", улучшающий обработку сигналов CPHC при наличии мешающих сигналов [7,8,9]. The objective of the invention is the creation of a device that simultaneously receives and converts CPHC GLONASS and GPS signals of the L1 frequency range, with equipment that is simpler than the prototype for generating clock and local oscillation frequencies, with the possibility of receiving and processing CPHC GLONASS signals under the conditions entered in accordance with [1] new ranges of letter frequencies of signals (i = 0-12 and i = -7-4). The bandwidth of the radio frequency path, which determines the noise immunity of the receiving device, is narrowed as much as possible, and the clock frequency, consistent with the spectrum of the received signals, is reduced in comparison with the prototype. It is taken into account that the spectra of the processed CPHC GPS and GLONASS signals include four side lobes on either side of the carrier to enable the subsequent digital processing to implement the so-called “narrow correlator”, which improves the processing of CPHC signals in the presence of interfering signals [7,8, nine].
Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для приема сигналов спутниковых радионавигационных систем, содержащем входной блок, включающий по крайней мере один полосовой фильтр, подключенный к выходу входного блока, блок первого преобразования частоты сигналов, включающий по крайней мере один смеситель, подключенные к выходу блока первого преобразования частоты сигналов первый и второй каналы второго преобразования частоты сигналов соответственно CPHC GPS и ГЛОНАСС, каждый из которых содержит последовательно соединенные фильтр, вход которого является входом канала, смеситель и блок аналого-цифрового преобразования, выход которого является выходом канала, а также аппаратуру формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот, содержащую блок формирования сигнала первой гетеродинной частоты, блок формирования сигнала второй гетеродинной частоты, блок формирования сигнала третьей гетеродинной частоты и блок формирования сигнала тактовой частоты, причем выход сигнала первой гетеродинной частоты аппаратуры формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот, образованный выходом блока формирования сигнала первой гетеродинной частоты, подключен к опорному входу смесителя блока первого преобразования частоты сигналов, выход сигнала второй гетеродинной частоты, образованный выходом блока формирования сигнала второй гетеродинной частоты, подключен к опорному входу смесителя первого канала второго преобразования частоты сигналов, а выход сигнала третьей гетеродинной частоты, образованный выходом блока формирования сигнала третьей гетеродинной частоты, подключен к опорному входу смесителя второго канала второго преобразования частоты сигналов, при этом выходы первого и второго каналов второго преобразования частоты сигналов и выход сигнала тактовой частоты аппаратуры формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот, образованный выходом блока формирования сигнала тактовой частоты, являются выходами устройства, а вход входного блока - сигнальным входом устройства, в каналах второго преобразования частоты сигналов каждый из блоков аналого-цифрового преобразования выполнен в виде последовательно соединенных усилительного элемента и порогового элемента, в аппаратуре формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот блок формирования сигнала тактовой частоты выполнен в виде блока деления частоты на восемь, причем вход блока формирования сигнала тактовой частоты подключен к выходу блока формирования сигнала третьей гетеродинной частоты, выполненного в виде блока деления частоты на восемь, вход блока формирования сигнала третьей гетеродинной частоты подключен к выходу блока формирования сигнала первой гетеродинной частоты, при этом блок формирования сигнала первой гетеродинной частоты и блок формирования сигнала второй гетеродинной частоты выполнены в виде перестраиваемых синтезаторов частоты, опорные входы которых подключены к выходу опорного генератора, а управляющие входы образуют управляющие входы устройства. The essence of the invention lies in the fact that in a device for receiving signals from satellite radio navigation systems containing an input unit comprising at least one band-pass filter connected to the output of the input unit, a first signal frequency conversion unit comprising at least one mixer connected to the output of the first signal frequency conversion unit, the first and second channels of the second signal frequency conversion, respectively, CPHC GPS and GLONASS, each of which contains series-connected phi a liter, the input of which is the input of the channel, a mixer and an analog-to-digital conversion unit, the output of which is the output of the channel, as well as equipment for generating clock and heterodyne signals, containing a signal generating unit of the first heterodyne frequency, a signal generating unit of the second heterodyne frequency, and a signal generating unit the third heterodyne frequency and the clock signal generating unit, and the output of the first heterodyne frequency signal of the clock and heterodyne signal generation equipment the frequency generated by the output of the signal conditioning unit of the first heterodyne frequency is connected to the reference input of the mixer of the first signal frequency conversion unit, the output of the second heterodyne frequency signal formed by the output of the signal conditioning unit of the second heterodyne frequency is connected to the reference input of the mixer of the first channel of the second signal frequency conversion, and the output signal of the third heterodyne frequency, formed by the output of the signal generation unit of the third heterodyne frequency, is connected to the reference input with the mixer of the second channel of the second signal frequency conversion, while the outputs of the first and second channels of the second signal frequency conversion and the output of the clock frequency signal of the clock and heterodyne signal generating equipment, formed by the output of the clock signal generating unit, are the device outputs, and the input unit input is the signal the input of the device, in the channels of the second signal frequency conversion, each of the blocks of the analog-to-digital conversion is made in the form of series-connected of the amplifying element and the threshold element, in the equipment for generating clock and local oscillation frequency signals, the clock signal generating unit is made in the form of a frequency division unit by eight, and the input of the clock signal generating unit is connected to the output of the third heterodyne signal generating unit made in the form of a block dividing the frequency by eight, the input of the signal conditioning unit of the third heterodyne frequency is connected to the output of the signal conditioning unit of the first heterodyne frequency, while signal generating unit of the first heterodyne frequency block and a signal of the second heterodyne frequency formed in a tunable frequency synthesizer, the reference inputs are connected to the reference generator output, and control inputs constitute the control inputs of the device.
В частных случаях выполнения заявляемого устройства усилительный и пороговый элементы блоков аналого-цифрового преобразования каналов второго преобразования частоты сигналов могут быть выполнены, например, в виде усилителя с автоматической регулировкой усиления и двухбитового квантователя по уровню, а также в виде усилителя с постоянным коэффициентом усиления и бинарного квантователя по уровню. In particular cases of the implementation of the claimed device, the amplifying and threshold elements of the blocks of analog-to-digital conversion of the channels of the second signal frequency conversion can be performed, for example, in the form of an amplifier with automatic gain control and a two-bit quantizer in level, as well as in the form of an amplifier with a constant gain and binary quantizer by level.
Сущность заявляемого изобретения, возможность его осуществления и промышленного использования поясняются чертежами и частотными диаграммами, представленными на фиг. 1 -5, где:
на фиг. 1 изображена структурная схема устройства, принятого в качестве прототипа;
на фиг. 2 представлена структурная схема заявляемого устройства в одном из возможных вариантов его реализации;
на фиг. 3 представлены частотные диаграммы, поясняющие распределение частотных полос сигналов CPHC GPS (фиг. 3а) и сигналов CPHC ГЛОНАСС с номерами литерных частот первого диапазона i=0-12 (фиг. 3б) и второго диапазона i=-7-4 (фиг. 3в) до первого преобразования частоты;
на фиг. 4 представлены частотные диаграммы, поясняющие распределение частотных полос сигналов CPHC GPS (фиг. 4а,б) и ГЛОНАСС (фиг. 4в,г) в заявляемом устройстве после первого преобразования частоты сигналов для первого (фиг. 4а, в) и второго (фиг. 4б,г) режимов работы, соответствующих приему сигналов CPHC ГЛОНАСС первого и второго диапазонов литерных частот с номерами литер i=0-12 и i=-7-4 соответственно;
на фиг. 5 представлены частотные диаграммы, поясняющие распределение частотных полос сигналов CPHC GPS (фиг. 5а,б) и ГЛОНАСС (фиг. 5в,г) в заявляемом устройстве после второго преобразования частоты для первого (фиг. 5а, в) и второго (фиг. 5б,г) режимов работы, соответствующих приему сигналов CPHC ГЛОНАСС первого и второго диапазонов литерных частот с номерами литер i=0-12 и i=-7-4 соответственно.The essence of the claimed invention, the possibility of its implementation and industrial use are illustrated by the drawings and frequency diagrams presented in FIG. 1 -5, where:
in FIG. 1 shows a structural diagram of a device adopted as a prototype;
in FIG. 2 presents a structural diagram of the inventive device in one of the possible options for its implementation;
in FIG. Figure 3 presents frequency diagrams explaining the distribution of the frequency bands of GPS CPHC signals (Fig. 3a) and GLONASS CPHC signals with the letter frequencies of the first range i = 0-12 (Fig. 3b) and the second range i = -7-4 (Fig. 3c) ) before the first frequency conversion;
in FIG. 4 are frequency diagrams explaining the distribution of the frequency bands of the CPHC GPS (Fig. 4a, b) and GLONASS (Fig. 4c, d) signals in the inventive device after the first signal frequency conversion for the first (Fig. 4a, c) and second (Fig. 4b, d) operating modes corresponding to the reception of CPHC GLONASS signals of the first and second letter frequency ranges with letter numbers i = 0-12 and i = -7-4, respectively;
in FIG. 5 is a frequency diagram explaining the distribution of the frequency bands of the CPHC GPS signals (Fig. 5a, b) and GLONASS (Fig. 5c, d) in the inventive device after the second frequency conversion for the first (Fig. 5a, c) and second (Fig. 5b , d) operating modes corresponding to the reception of CPHC GLONASS signals of the first and second letter frequency ranges with letter numbers i = 0-12 and i = -7-4, respectively.
Заявляемое устройство для приема сигналов спутниковых радионавигационных систем в рассматриваемом примере реализации содержит (см. фиг. 2) входной блок 1, вход которого является сигнальным входом устройства, блок 2 первого преобразования частоты сигналов, первый 3 и второй 4 каналы второго преобразования частоты сигналов соответственно CPHC GPS и ГЛОНАСС, а также аппаратуру 5 формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот. The inventive device for receiving signals from satellite navigation systems in this example implementation contains (see Fig. 2) an
Канал 3 второго преобразования частоты сигналов (канал второго преобразования частоты сигналов CPHC GPS) содержит последовательно соединенные фильтр 6, смеситель 7 и блок 8 аналого-цифрового преобразования, выход которого образует выход канала - выход преобразованных сигналов CPHC GPS. Channel 3 of the second signal frequency conversion (channel of the second frequency conversion of CPHC GPS signals) contains a
Канал 4 второго преобразования частоты сигналов (канал второго преобразования частоты сигналов CPHC ГЛОНАСС) содержит последовательно соединенные фильтр 9, смеситель 10 и блок 11 аналого-цифрового преобразования, выход которого образует выход канала - выход преобразованных сигналов CPHC ГЛОНАСС.
В канале 3 блок 8 аналого-цифрового преобразования выполнен в виде последовательно соединенных усилительного элемента 12 и порогового элемента 13. In channel 3, the analog-to-
В канале 4 блок 11 аналого-цифрового преобразования выполнен в виде последовательно соединенных усилительного элемента 14 и порогового элемента 15. In
Аппаратура 5 формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот содержит блок 16 формирования сигнала первой гетеродинной частоты, блок 17 формирования сигнала второй гетеродинной частоты, блок 18 формирования сигнала третьей гетеродинной частоты, блок 19 формирования сигнала тактовой частоты и опорный генератор 20. The clock and heterodyne frequency
Выход сигнала тактовой частоты аппаратуры 5 (FT), образованный выходом блока 19 формирования сигнала тактовой частоты, и выходы первого 3 (GPS) и второго 4 (ГЛОНАСС) каналов второго преобразования частоты сигналов являются выходами устройства.The output signal of the clock frequency of the equipment 5 (F T ), formed by the output of the
В аппаратуре 5 блок 19 формирования сигнала тактовой частоты выполнен в виде блока деления частоты на восемь. Вход блока 19 формирования сигнала тактовой частоты подключен к выходу блока 18 формирования сигнала третьей гетеродинной частоты. Блок 18 формирования сигнала третьей гетеродинной частоты выполнен в виде блока деления частоты на восемь. Вход блока 18 формирования сигнала третьей гетеродинной частоты подключен к выходу блока 16 формирования сигнала первой гетеродинной частоты. Блок 16 формирования сигнала первой гетеродинной частоты и блок 17 формирования сигнала второй гетеродинной частоты выполнены в виде перестраиваемых синтезаторов частоты. Опорные входы блоков 16 и 17 (опорные входы синтезаторов частоты) подключены к выходу опорного генератора 20. Управляющие входы блоков 16 и 17 (управляющие входы синтезаторов частоты) образуют управляющие входы устройства (УПР), на которые подаются сигналы управления, например, из навигационного процессора (на фиг. 2 не показан) для установления режимов работы устройства, соответствующих приему сигналов CPHC ГЛОНАСС первого или второго диапазонов литерных частот с номерами литер i=0-12 или i=-7-4 соответственно. In the
Входной блок 1, решающий задачу предварительной фильтрации входных сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС, содержит по крайней мере один полосовой фильтр. В рассматриваемом примере реализации (фиг. 2), имеющем практическое применение, входной блок 1 содержит последовательно соединенные первый полосовой фильтр 21, усилитель 22 и второй полосовой фильтр 23. The
К входу блока 1, то есть к входу фильтра 21, подключается приемная антенна. To the input of
Блок 2, решающий задачу первого преобразования частоты сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС, содержит по крайней мере один смеситель. В рассматриваемом примере реализации (фиг. 2), имеющем практическое применение, блок 2 содержит последовательно соединенные первый усилитель 24, смеситель 25 и второй усилитель 26.
Входы фильтров 6 и 9, являющиеся входами соответственно первого 3 и второго 4 каналов второго преобразования частоты сигналов, подключены к выходу блока 2 первого преобразования частоты сигналов, то есть к выходу усилителя 26. Вход блока 2, то есть вход усилителя 24, подключен к выходу входного блока 1, то есть к выходу полосового фильтра 23. The inputs of the
Выход сигнала первой гетеродинной частоты аппаратуры 5, то есть выход блока 16, подключен к опорному входу смесителя 25 блока 2 первого преобразования частоты сигналов. Выход сигнала второй гетеродинной частоты аппаратуры 5, то есть выход блока 17, подключен к опорному входу смесителя 7 канала 3 второго преобразования частоты сигналов. Выход сигнала третьей гетеродинной частоты аппаратуры 5, то есть выход блока 18, подключен к опорному входу смесителя 10 канала 4 второго преобразования частоты сигналов. The signal output of the first heterodyne frequency of the
Составляющие заявляемое устройство элементы, узлы и блоки являются известными элементами, узлами и блоками, практически используемыми в технике приема сигналов CPHC. Components of the claimed device elements, nodes and blocks are known elements, nodes and blocks, practically used in the technique of receiving CPHC signals.
Так, входной блок 1, включающий полосовые фильтры 21, 23 и усилитель 22, может быть реализован, например, с использованием стандартных керамических фильтров, реализующих функции полосовых фильтров, и усилителя типа MGA-87563 фирмы HEWLETT-PACKARD. So, the
Входящие в состав блока 2 первого преобразования частоты сигналов усилитель 24, смеситель 25 и усилитель 26 могут быть реализованы, например, с использованием микросхемы типа UPC2731 фирмы NEC.
Входящие в состав каналов 3 и 4 второго преобразования частоты сигналов фильтры 6, 9 могут быть реализованы в виде полосовых фильтров на поверхностно-акустических волнах (ПАВ), см., например, [10, с. 217-220]; смесители 7, 12 и усилительные элементы 12, 14 (в том числе в варианте с регулируемым коэффициентом усиления) могут быть реализованы, например, с использованием микросхем типа UPC2753 фирмы NEC, а пороговые элементы 13,15 - с использованием компараторов типа AD9696 фирмы ANALOG DEVICES.
Составляющие аппаратуру 5 блоки 16, 17, 18, 19 и опорный генератор 20 реализуются на элементах, выпускаемых промышленностью. The components of the
Так, входящий в состав аппаратуры 5 опорный генератор 20 может быть реализован в виде кварцевого генератора, формирующего сигнал с частотой, например, 10 МГц. В частности, может использоваться термокомпенсированный кварцевый генератор типа TEMPUS-LVA фирмы MOTOROLA. So, the
Блоки 16 и 17 формирования сигналов первой и третьей гетеродинных частот (перестраиваемые синтезаторы частоты) представляют собой стандартные устройства, описанные, в частности, в [11, с. 158-169, фиг. 6]. Схема стандартного синтезатора частоты состоит из последовательно соединенных блока фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), фильтра (например, фильтра нижних частот - ФНЧ) и генератора, управляемого напряжением (ГУН). Выход ГУН образует выход синтезатора частоты. Выход ГУН подключен к сигнальному входу блока ФАПЧ, опорный и управляющий входы которого образуют опорный и управляющий входы синтезатора частоты. В качестве ГУН в таком синтезаторе может использоваться, например, генератор, входящий в состав указанной выше микросхемы UPC2731 фирмы NEC. Блок ФАПЧ синтезатора может быть реализован, например, с использованием микросхемы типа SP8853 фирмы GEC Plessey Semiconductors, которая содержит в своем составе перестраиваемые делители частоты (для синтезируемого и опорного сигналов), фазовый детектор и регистры для записи данных, устанавливающих определенные коэффициенты деления делителей частоты. Коэффициенты деления делителей частоты блока ФАПЧ устанавливаются внешними сигналами - цифровыми кодами, поступающими на управляющие входы указанной микросхемы по последовательному интерфейсу с управляющего входа (УПР) устройства. Коэффициенты деления делителей частоты блока ФАПЧ устанавливаются исходя из требуемого соотношения между опорной частотой, формируемой опорным генератором 20, и частотой выходного сигнала ГУН в зависимости от режима работы устройства, определяемого диапазоном литерных частот сигналов CPHC ГЛОНАСС (i=0-12 или i=-7-4). Фазовый детектор блока ФАПЧ в таком синтезаторе вырабатывает напряжение, соответствующее рассогласованию фаз опорного и формируемого сигналов, поступающих на входы фазового детектора с выходов соответствующих делителей частоты. Выходное напряжение фазового детектора преобразуется с помощью фильтра, после чего поступает на варикап ГУН, осуществляя соответствующую подстройку формируемой частоты и замыкая тем самым цепь обратной связи.
Блок 18 формирования сигнала третьей гетеродинной частоты и блок 19 формирования сигнала тактовой частоты, представляющие собой делители частоты на восемь, могут быть выполнены, например, на микросхемах делителя частоты на восемь типа SP8808 (SP8402) фирмы GEC Plessey Semiconductors. The third heterodyne frequency
Работу заявляемого устройства для приема сигналов спутниковых радионавигационных систем рассмотрим на примере приема и обработки сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 с кодовой модуляцией С/А кодом (кодом "стандартной точности") для двух режимов, соответствующих двум диапазонам литерных частот сигналов CPHC ГЛОНАСС с номерами литер соответственно i=0-12 и i=-7-4. The operation of the claimed device for receiving signals from satellite navigation systems will consider the example of the reception and processing of signals CPHC GPS and GLONASS frequency band L1 with code modulation C / A code (code "standard accuracy") for two modes corresponding to two letter frequency ranges of CPHC GLONASS signals letter numbers respectively i = 0-12 and i = -7-4.
Заявляемое устройство для приема сигналов спутниковых радионавигационных систем работает следующим образом. The inventive device for receiving signals from satellite navigation systems works as follows.
Принятые антенной сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 поступают на сигнальный вход устройства, то есть на вход входного блока 1 (фиг. 2). Сигналы CPHC GPS диапазона L1 занимают частотные полосы шириной ΔF = 8,184 МГц (по четыре лепестка в спектре сигнала в обе стороны от несущей для реализации "узкого коррелятора"). Сигналы CPHC ГЛОНАСС диапазона L1 занимают частотные полосы (по четыре лепестка в спектре сигнала в обе стороны от несущей для реализации "узкого коррелятора") шириной ΔF = 10,838 МГц (случай литерных частот i=0-12) и ΔF = 10,2755 МГц (случай литерных частот i= -7-4). Положение частотных полос, занимаемых на оси частот сигналами CPHC GPS и ГЛОНАСС диапазона L1, показано на фиг. 3, где фиг. 3а - полоса частот сигналов CPHC GPS (1571,328 - 1579,512) МГц, фиг. 3б - полоса частот сигналов CPHC ГЛОНАСС для случая литерных частот i=0-12 (1599,956 - 1610,794) МГц, фиг. 3в - полоса частот сигналов CPHC ГЛОНАСС для случая литерных частот i= -7-4 (1596,019 - 1606,294) МГц. Входной блок 11 пропускает на свой выход сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС во всем диапазоне указанных частотных полос (то есть частоты от 1571,328 до 1610,794 МГц). The CPHC GPS and GLONASS signals of the frequency range L1 received by the antenna are fed to the signal input of the device, that is, to the input of input unit 1 (Fig. 2). CPHC GPS signals of the L1 band occupy frequency bands with a width of ΔF = 8.184 MHz (four lobes in the signal spectrum on both sides of the carrier for the implementation of a “narrow correlator”). CPHC GLONASS signals of the L1 band occupy frequency bands (four lobes in the signal spectrum on both sides of the carrier for the implementation of a “narrow correlator”) of width ΔF = 10.838 MHz (case of letter frequencies i = 0-12) and ΔF = 10.2755 MHz ( case of letter frequencies i = -7-4). The position of the frequency bands occupied on the frequency axis by the CPHC GPS and GLONASS signals of the L1 range is shown in FIG. 3, where FIG. 3a is a frequency band of CPHC GPS signals (1571.328 - 1579.512) MHz, FIG. 3b is a frequency band of CPHC GLONASS signals for the case of letter frequencies i = 0-12 (1599.956 - 1610.794) MHz, FIG. 3c - frequency band of CPHC GLONASS signals for the case of letter frequencies i = -7-4 (1596.019 - 1606.294) MHz. The
Во входном блоке 1 сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 поступают на вход первого полосового фильтра 21, осуществляющего частотную фильтрацию сигналов данного частотного диапазона. С выхода фильтра 21 сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС поступают через усилитель 22 на вход фильтра 23, который в рассматриваемом случае выполнен аналогично фильтру 21 и имеет ту же амплитудно-частотную характеристику. Использование двух полосовых фильтров 21 и 23, связанных между собой усилителем 22, позволяет упростить реализацию необходимых характеристик входного блока 1 по частотной избирательности и соотношению сигнал/шум при указанной общей полосе пропускания (1571,328 - 1610,794) МГц. In the
С выхода блока 1 сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 поступают на вход блока 2 первого преобразования частоты сигналов, где усиливаются в первом усилителе 24, преобразуются по частоте в смесителе 25 и усиливаются во втором усилителе 26 (усилителе первой промежуточной частоты). From the output of
Для первого преобразования частоты, осуществляемого в смесителе 25 блока 2, используется сигнал первой гетеродинной частоты, синтезируемый в блоке 16 из опорного сигнала частотой 10 МГц, сформированного опорным генератором 20. В первом режиме работы заявляемого устройства частота сигнала первой гетеродинной частоты устанавливается fr1 (1) = 1412 МГц, а во втором - fr1 (2) = 1408 МГц.For the first frequency conversion, carried out in the
В результате первого преобразования частоты положение частотных полос, занимаемых сигналами CPHC GPS и ГЛОНАСС, на оси частот изменяется как показано на фиг. 4, где фиг. 4а - расположение частотных полос сигналов CPHC GPS для первого режима работы (159,328 - 167,512) МГц, фиг. 4б - расположение частотных полос сигналов CPHC GPS для второго режима работы (163,328 - 171,512) МГц, фиг. 4в - расположение частотных полос сигналов CPHC ГЛОНАСС для первого режима работы (187,956 - 198,794) МГц, фиг. 4г - расположение частотных полос сигналов CPHC ГЛОНАСС для второго режима работы (188,019 - 198,294) МГц. As a result of the first frequency conversion, the position of the frequency bands occupied by the CPHC GPS and GLONASS signals on the frequency axis changes as shown in FIG. 4, where FIG. 4a is the location of the frequency bands of the CPHC GPS signals for the first mode of operation (159.328 - 167.512) MHz, FIG. 4b is the location of the frequency bands of the CPHC GPS signals for the second mode of operation (163.328 - 171.512) MHz, FIG. 4c shows the arrangement of frequency bands of CPHC GLONASS signals for the first mode of operation (187.956 - 198.794) MHz, FIG. 4d - arrangement of frequency bands of CPHC GLONASS signals for the second mode of operation (188.019 - 198.294) MHz.
Преобразованные на первую промежуточную частоту в блоке 2 сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС с выхода усилителя 26 поступают на входы первого 3 и второго 4 каналов второго преобразования частоты сигналов, то есть на входы фильтров 6 и 9. Каждый из этих фильтров осуществляет полосовую фильтрацию сигналов соответствующей CPHC, а именно фильтр 6 - фильтрацию сигналов CPHC GPS в диапазоне частот (159,328 - 171,512) МГц, а фильтр 9 - фильтрацию сигналов CPHC ГЛОНАСС в диапазоне частот (187,956 - 198,794) МГц. The signals CPHC GPS and GLONASS, converted to the first intermediate frequency in
Отфильтрованные от внеполосных помех преобразованные на первую промежуточную частоту сигналы CPHC GPS (фиг. 4а,б) с выхода фильтра 6 поступают на сигнальный вход смесителя 7, где осуществляется второе преобразование частоты сигналов CPHC GPS. Filtered from out-of-band interference, the CPHC GPS signals converted to the first intermediate frequency (Fig. 4a, b) from the output of the
Для второго преобразования частоты сигналов CPHC GPS, осуществляемого в смесителе 7 канала 3, используется сигнал второй гетеродинной частоты, синтезируемый в блоке 17 из опорного сигнала частотой 10 МГц, сформированного опорным генератором 20. В первом режиме работы заявляемого устройства частота сигнала второй гетеродинной частоты устанавливается fr2(1) = 181,5 МГц, а во втором - fr2(2) = 182,5 МГц.For the second frequency conversion of the CPHC GPS signals carried out in the
Отфильтрованные от внеполосных помех преобразованные на первую промежуточную частоту сигналы CPHC ГЛОНАСС (фиг. 4в,г) с выхода фильтра 9 поступают на сигнальный вход смесителя 10, где осуществляется второе преобразование частоты сигналов CPHC ГЛОНАСС. Filtered from out-of-band interference, the GLONASS signals CPHC converted to the first intermediate frequency (Fig. 4c, d) from the output of the
Для второго преобразования частоты сигналов CPHC ГЛОНАСС, осуществляемого в смесителе 10 канала 4, используется сигнал третьей гетеродинной частоты, формируемой в блоке 18 путем деления на восемь частоты сигнала первой гетеродинной частоты, синтезируемого блоком 16. В первом режиме работы заявляемого устройства частота сигнала третьей гетеродинной частоты устанавливается fr3(1) = 1/8 • fr1(1) = 176,5 МГц, а во втором - fr3(2) = 1/8 • fr1(2) = 176 МГц.For the second frequency conversion of the GLONASS CPHC signals carried out in the
В результате второго преобразования частоты положение частотных полос, занимаемых сигналами CPHC GPS и ГЛОНАСС, на оси частот изменяется как показано на фиг. 5, где фиг. 5а - расположение частотных полос сигналов CPHC GPS для первого режима работы (13,99 - 22,17) МГц, фиг. 5б - расположение частотных полос сигналов CPHC GPS для второго режима работы (10,99 - 19,17) МГц, фиг. 5в - расположение частотных полос сигналов CPHC ГЛОНАСС для первого режима работы (11,46 - 22,29) МГц, фиг. 5г - расположение частотных полос сигналов CPHC ГЛОНАСС для второго режима работы (12,02 - 22,29) МГц. As a result of the second frequency conversion, the position of the frequency bands occupied by the CPHC GPS and GLONASS signals on the frequency axis changes as shown in FIG. 5, where FIG. 5a is the location of the frequency bands of the CPHC GPS signals for the first mode of operation (13.99 - 22.17) MHz, FIG. 5b is the location of the frequency bands of the CPHC GPS signals for the second mode of operation (10.99 - 19.17) MHz, FIG. 5c shows the location of the frequency bands of the CPHC GLONASS signals for the first operating mode (11.46 - 22.29) MHz, FIG. 5d - location of the frequency bands of the CPHC GLONASS signals for the second mode of operation (12.02 - 22.29) MHz.
Преобразованные по частоте с помощью смесителей 7, 10 сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС в каждом из каналов 3, 4 преобразуются в цифровой вид с помощью блоков 8, 11 аналого-цифрового преобразования. Преобразование сигналов в цифровой вид заключается в усилении сигналов в усилительных элементах 12, 14 и квантовании по уровню в пороговых элементах 13, 15. Frequency-converted using the
В предпочтительных вариантах выполнения заявляемого устройства указанное усиление осуществляется с помощью усилителя с автоматической регулировкой усиления, а квантование по уровню - с помощью двухбитового квантователя. Практическую значимость имеет также случай усиления с помощью усилителя с постоянным коэффициентом усиления, а квантование по уровню - с помощью бинарного квантователя. Выбор конкретной схемы реализации усилителя и квантователя определяется цифровым коррелятором, используемым для последующей обработки сигналов. In preferred embodiments of the inventive device, said amplification is carried out using an amplifier with automatic gain control, and level quantization is performed using a two-bit quantizer. The case of amplification with an amplifier with a constant gain is also of practical importance, and level quantization with a binary quantizer. The choice of a specific implementation scheme of the amplifier and quantizer is determined by the digital correlator used for subsequent signal processing.
С выходов блоков 13, 14 аналого-цифрового преобразования, то есть с выходов каналов 3, 4, преобразованные в цифровой вид сигналы поступают на выход устройства. From the outputs of the
На выход устройства поступает также сигнал тактовой частоты, формируемый блоком 19, входящим в состав аппаратуры 5. The output of the device also receives a clock signal generated by the
Выходные сигналы устройства далее поступают в многоканальный цифровой коррелятор навигационного процессора (на фиг. 2 не показано) для дальнейшей цифровой обработки и выделения навигационной информации. The output signals of the device then go to the multi-channel digital correlator of the navigation processor (not shown in Fig. 2) for further digital processing and separation of navigation information.
Формирование сигнала тактовой частоты (тактового сигнала) в заявляемом устройстве осуществляется из сигнала третьей гетеродинной частоты, формируемой блоком 18, путем деления этой частоты на восемь. При указанном формировании сигнала тактовой частоты значение тактовой частоты, определяющее частоту временной дискретизации при цифровой обработке сигналов в цифровом корреляторе, составляет величину FT ≈ (176:8) МГц = 22 МГц. Эта частота согласована со спектром выходных сигналов (GPS и ГЛОНАСС) устройства, что обеспечивает возможность осуществлять цифровую обработку сигналов без потерь навигационной информации. При этом уменьшение по сравнению с прототипом значения тактовой частоты позволяет уменьшить потребляемую цифровыми блоками мощность (блоками цифрового коррелятора и навигационного процессора, на чертежах не показаны). Это важно при выполнении портативных (карманных) приемоиндикаторов, работающих от батарей.The formation of a clock frequency signal (clock signal) in the inventive device is carried out from the signal of the third heterodyne frequency generated by
Установка режима работы устройства, соответствующего приему сигналов CPHC ГЛОНАСС определенного диапазона литерных частот (i=0-12 или i=-7-4), осуществляется под действием команд внешнего управления, поступающих на управляющие входы блоков 16, 17, синтезирующих сигналы первой и второй гетеродинных частот. Команды внешнего управления могут формироваться, например, в навигационном процессоре приемоиндикатора, в состав которого входит данное приемное устройство. При этом установка режима работы устройства не требует конструктивной его доработки, в частности не требуется перенастройки его полосовых фильтров. The operation mode of the device corresponding to the reception of CPHC GLONASS signals of a certain range of letter frequencies (i = 0-12 or i = -7-4) is set under the influence of external control commands received at the control inputs of
Таким образом, в заявляемом устройстве решается поставленная техническая задача - обеспечивается возможность в рамках одной конструкции приемного устройства осуществлять одновременный прием и преобразование сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 в условиях вводимых в соответствии с [1] новых диапазонов литерных частот сигналов CPHC ГЛОНАСС, а именно - диапазонов с номерами литер i=0-12 и i=-7-4. При этом полоса пропускания радиочастотного тракта устройства максимально сужена, а формируемая тактовая частота, согласованная со спектрами выходных сигналов, уменьшена по сравнению с прототипом. Установка режима работы устройства, соответствующего диапазону используемых литерных частот сигналов CPHC ГЛОНАСС, осуществляется без какой-либо замены узлов и блоков устройства, в том числе без замены или перестройки полосовых фильтров, определяющих частотную избирательность и помехозащищенность приемника. Решение задачи осуществляется при использовании двух (а не трех, как в прототипе) синтезаторов, используемых для формирования гетеродинных частот, а именно - синтезаторов первой и второй гетеродинных частот, при этом сигнал третьей гетеродинной частоты формируется из сигнала второй гетеродинной частоты с помощью простого делителя частоты на восемь, а сигнал тактовой частоты - из сигнала третьей гетеродинной частоты также с помощью делителя частоты на восемь (то есть без использования отдельного генератора тактовой частоты), что упрощает выполнение устройства. Thus, the claimed device solves the technical problem - it is possible within the same design of the receiving device to simultaneously receive and convert CPHC GPS and GLONASS signals of the frequency range L1 under the conditions introduced in accordance with [1] the new letter frequency ranges of the CPHC GLONASS signals, and namely - ranges with numbers of letters i = 0-12 and i = -7-4. In this case, the passband of the radio frequency path of the device is narrowed to the maximum, and the generated clock frequency, consistent with the spectra of the output signals, is reduced in comparison with the prototype. Setting the operation mode of the device corresponding to the range of used letter frequencies of the CPHC GLONASS signals is carried out without any replacement of the components and units of the device, including without replacing or tuning bandpass filters that determine the frequency selectivity and noise immunity of the receiver. The problem is solved using two (and not three, as in the prototype) synthesizers used to form the heterodyne frequencies, namely the synthesizers of the first and second heterodyne frequencies, while the signal of the third heterodyne frequency is formed from the signal of the second heterodyne frequency using a simple frequency divider by eight, and the clock signal from the signal of the third local oscillator frequency also using the frequency divider by eight (that is, without using a separate clock generator), which simplifies device execution.
Из рассмотренного видно, что заявляемое изобретение осуществимо, промышленно применимо, решает поставленную техническую задачу и имеет перспективы по использованию в составе портативных приемоиндикаторов, работающих одновременно по сигналам CPHC GPS и ГЛОНАСС и реализующих "стандартную точность" навигационных местоопределений. При этом обеспечивается возможность функционирования приемоиндикатора в условиях указанной смены диапазонов литерных частот сигналов CPHC ГЛОНАСС без конструктивной доработки и изменения устройства. From the above it can be seen that the claimed invention is feasible, industrially applicable, solves the technical problem and has prospects for the use of portable transceivers that work simultaneously on the CPHC GPS and GLONASS signals and implement the "standard accuracy" of navigation locations. At the same time, it is possible to operate the receiver under the conditions of the indicated change of the letter frequency ranges of the CPHC GLONASS signals without constructive modification and modification of the device.
Источники информации
1. Глобальная Навигационная Спутниковая Система - ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ. КНИЦ ВКС Россия, 1995.Sources of information
1. Global Navigation Satellite System - GLONASS. Interface control document. KNITS VKS Russia, 1995.
2. Global Positioning System. Standard Positioning Service. Signal Specification. США, 1993. 2. Global Positioning System. Standard Positioning Service. Signal Specification. USA, 1993.
3. Global Positioning System (GPS) Receiver RF Front End. Analog-Digitl Converter. Rockwell International Proprietary Information Order Number. May 31, 1995. 3. Global Positioning System (GPS) Receiver RF Front End. Analog-Digitl Converter. Rockwell International Proprietary Information Order Number. May 31, 1995.
4. Сетевые спутниковые радионавигационные системы /В.С.Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В.Иванцевич и др.- М.: Радио и связь, 1993. 4. Network satellite radio navigation systems / V.S.Shebshaevich, P.P. Dmitriev, N.V. Ivantsevich et al. - M.: Radio and Communications, 1993.
5. Riley S. , Howard N., Aardoom E., Daly P., Silvestrin P. A Combined GPS/GLONASS High Precision Receiver for Spase Applications/ Proc. jf ION GPS-95, Palm Springs, CA, US, Sept. 12-15, 1995, p. 835-844. 5. Riley S., Howard N., Aardoom E., Daly P., Silvestrin P. A Combined GPS / GLONASS High Precision Receiver for Spase Applications / Proc. jf ION GPS-95, Palm Springs, CA, US, Sept. 12-15, 1995, p. 835-844.
6. Moses I. Navstar Global Positioning System oscillator requirements for the GPS Manpack. Proc. of the 30th Annual Freguency Control Sympos., 1976, p. 390-400. 6. Moses I. Navstar Global Positioning System oscillator requirements for the GPS Manpack. Proc. of the 30th Annual Freguency Control Sympos., 1976, p. 390-400.
7. A. J. Van Dierendonck, Pat. Fenton and Tom Ford. Theory and Performance of Narrow Correlator Spacing in a GPS Reciever. Navigation: Journal of The Institute of Navigation, vol. 39, N 3, 1982. 7. A. J. Van Dierendonck, Pat. Fenton and Tom Ford. Theory and Performance of Narrow Correlator Spacing in a GPS Reciever. Navigation: Journal of The Institute of Navigation, vol. 39, N 3, 1982.
8. Патент США US N 5390207 (A1), кл. G 01 S 5/02, H 04 В 7/85, опубл. 14.02.95. 8. US patent US N 5390207 (A1), CL. G 01
9. Патент США US N 5495499 (A1), кл. H 04 L 9/00, опубл. 27.02.96. 9. US patent US N 5495499 (A1), CL. H 04
10. Радиоприемные устройства /Банков В.Н., Барулин Л.Г., Жодзишский М.И. и др.- М.: Радио и связь, 1984. 10. Radio receivers / Banks V.N., Barulin L.G., Zhodzishsky M.I. et al., Moscow: Radio and Communications, 1984.
11. Professional Products. IC Handbook. June 1994. GEC Plessey Semiconductors. 11. Professional Products. IC Handbook. June 1994. GEC Plessey Semiconductors.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99107949A RU2159448C1 (en) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | Device for receiving signals from satellite radio navigation systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99107949A RU2159448C1 (en) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | Device for receiving signals from satellite radio navigation systems |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2159448C1 true RU2159448C1 (en) | 2000-11-20 |
Family
ID=20218679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99107949A RU2159448C1 (en) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | Device for receiving signals from satellite radio navigation systems |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2159448C1 (en) |
-
1999
- 1999-04-15 RU RU99107949A patent/RU2159448C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Riley S., Howard., Aardoom E., Daly P., Silvestrin P. "A Combined GPS/GLONASS High Precision Receiver for Space Applications"/ Pros. jf 10N GPS-95, Palm Springs, CA, VS, Sept, 12-154, 1995, p.835-844. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7301377B2 (en) | Demodulation apparatus and receiving apparatus | |
US6441780B1 (en) | Receiver for pseudo-noise signals from a satellite radio-navigation systems | |
US6856794B1 (en) | Monolithic GPS RF front end integrated circuit | |
US5192957A (en) | Sequencer for a shared channel global positioning system receiver | |
RU2280261C2 (en) | Method and device for compensating for frequency error of heterodyne | |
RU2417382C2 (en) | Architecture of signal processing in satellite navigation system receiver | |
US20100048155A1 (en) | Multi-band rf receiver | |
EP0493784A2 (en) | Global positioning system digital receiver | |
US20060141969A1 (en) | L1/L2 GPS receiver | |
JPH0273180A (en) | Global position measurement system by improved type radio frequency and digital processing | |
CN101221234A (en) | Frequency converter circuit and satellite position signal receiving device | |
US7633440B2 (en) | Positioning receiver | |
JPH10290212A (en) | Method for receiving and converting spectrum spread signal and device therefor | |
US9791574B2 (en) | Method and system for repurposing of a global navigation satellite system receiver for receiving low-earth orbit communication satellite signals | |
KR100895886B1 (en) | A dual band gps/galileo satellite receiver | |
CA2456540A1 (en) | Radio-frequency signal frequency conversion device for a low power rf receiver | |
US20160025861A1 (en) | Method and system for indoor global navigation satellite system detection utilizing low-earth orbit satellite signals | |
AU757848B2 (en) | Device for receiving signals from satellite radio-navigation systems | |
RU2167431C2 (en) | Receiver of signals of satellite radio navigation systems | |
RU2178894C1 (en) | Satellite radio-navigation receiver | |
RU2159448C1 (en) | Device for receiving signals from satellite radio navigation systems | |
RU2124214C1 (en) | Device which receives signals from satellite navigation systems | |
RU2145422C1 (en) | Device for reception of signals of satellite positioning systems | |
RU2173862C2 (en) | Method and device for processing radio signals of navigation satellites gps and glonass | |
RU2100821C1 (en) | Receiver for user equipment of global satellite navigation system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110416 |