RU2527923C2

RU2527923C2 - Method of creating spatial navigation field with distributed navigation signal sources

Info

Publication number: RU2527923C2
Application number: RU2012155720/07A
Authority: RU
Inventors: Александр Львович Михайленко; Михаил Юрьевич Медведев; Валерий Николаевич Бабаков
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Конструкторское бюро навигационных систем" (ЗАО "КБ НАВИС")
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-09-10
Also published as: RU2012155720A

Abstract

FIELD: physics, navigation.

SUBSTANCE: invention relates to satellite navigation and can be used in testing and inspecting consumer navigation equipment of satellite navigation systems, located in closed or shielded space. The technical result is creating a spatial navigation field in a closed space, shielded from the external environment, which corresponds to the real environment in which the consumer navigation equipment is to be used. The device which carries out said method using a multichannel satellite navigation system signal simulator with spaced-apart signal emitters enables to create a navigation field using spaced-apart navigation signal sources. When the antenna of the consumer navigation equipment being tested moves, amplitude/phase ratios will vary according to the displacement vector.

EFFECT: disclosed method enables to test interference-tolerant navigation receivers equipped with an antenna array which enables to change the antenna directional pattern for radiation coming from certain directions.

3 cl, 2 dwg

Description

Данное изобретение относится к области радиотехники, а именно к спутниковой навигации, и может быть использовано для испытаний и проверки навигационной аппаратуры потребителей (НАП) спутниковых навигационных систем (СНС), размещенной в замкнутом или экранированном пространстве.This invention relates to the field of radio engineering, namely to satellite navigation, and can be used to test and verify the navigation equipment of consumers (NAP) of satellite navigation systems (SNA), located in a closed or shielded space.

Современное навигационное обеспечение подвижных и неподвижных объектов в основном базируется на использовании навигационных сигналов, излучаемых с навигационных космических аппаратов (НКА) СНС. На основе принимаемых сигналов с помощью навигационной аппаратуры потребитель определяет свое положение в пространстве и во времени.Modern navigation support for moving and stationary objects is mainly based on the use of navigation signals emitted from navigation spacecraft (NSC) SNA. Based on the received signals using navigation equipment, the consumer determines his position in space and time.

Высокие требования, предъявляемые к НАП по качеству навигационных и временных определений, скорости их получения, достоверности при кратковременном пропадании навигационных сигналов и в других случаях, приводящих к искажению данных обсерваций, требуют усовершенствования способа ее проверки, например, в имитируемом пространственном навигационном поле.The high requirements imposed on the NAC for the quality of navigation and time definitions, the speed of their acquisition, reliability during short-term disappearance of navigation signals, and in other cases leading to distortion of observational data, require an improvement in the method of its verification, for example, in a simulated spatial navigation field.

В настоящее время при проверке НАП широко применяются способы с использованием имитаторов навигационных сигналов СНС, позволяющих формировать навигационное поле, представляющее собой совокупность сигналов имитируемых НКА СНС.Currently, when testing NAPs, methods are widely used using simulators of navigation signals of the SNA, which allow forming a navigation field, which is a set of signals simulated by the SNA SNA.

Из уровня техники известен способ для формирования навигационного поля с использованием имитатора сигнала с одним ВЧ-выходом, навигационные сигналы от которого поступают на вход одной излучающей антенны, «Характеристики подавления помех в первом образце помехоустойчивой аппаратуры потребителей СРНС ГЛОНАСС/GPS с адаптивной антенной решеткой», Яскин Н.С., Харисов В.Н., Ефименко B.C. и др., «Радиотехника», 2010 г., №7, фиг.1, который и выбран в качестве прототипа. Преимуществом данного способа является простота построения и калибровки системы.The prior art method for generating a navigation field using a signal simulator with one RF output, the navigation signals from which are fed to the input of one emitting antenna, "Interference suppression characteristics in the first sample of noise-resistant equipment of GLONASS / GPS ARNS consumers with adaptive antenna array", Yaskin N.S., Kharisov V.N., Efimenko BC and others, "Radio Engineering", 2010, No. 7, figure 1, which is selected as a prototype. The advantage of this method is the simplicity of the construction and calibration of the system.

Недостатком данного способа является то, что при проверке НАП при перемещении антенны в любую точку рабочего пространства, в котором размещена НАП, фазовое соотношение приходящих сигналов будет постоянным, изменению подвергнется лишь амплитуда приходящих сигналов. Вследствие чего навигационный приемник будет иметь одно и то же решение навигационной задачи, заложенное в моделируемой модели, в пределах погрешностей имитатора и самого приемника, что не соответствует реальной обстановке проведения испытаний.The disadvantage of this method is that when checking the NAP when moving the antenna to any point in the working space where the NAP is located, the phase ratio of the incoming signals will be constant, only the amplitude of the incoming signals will undergo a change. As a result, the navigation receiver will have the same solution to the navigation problem embedded in the simulated model, within the error of the simulator and the receiver itself, which does not correspond to the actual testing environment.

Основной задачей изобретения является создание пространственного навигационного поля в замкнутом пространстве, экранированном от внешней среды, соответствующего реальной обстановке, в которой планируется применять НАП.The main objective of the invention is the creation of a spatial navigation field in a confined space, shielded from the external environment, corresponding to the real situation in which it is planned to use NAP.

Поставленная задача решается тем, что в способе формирования пространственного навигационного поля с распределенными источниками навигационных сигналов формируют пространственное навигационное поле в замкнутом пространстве, экранированном от внешней среды с помощью n-фиксированных излучателей для излучения сигналов от ИС, причем излучатели для излучения сигналов от ИС располагают максимумом диаграмм направленности, ориентированным в центр замкнутого пространства, а их фазовые центры образуют полусферу, внутри которой находится область с навигационным полем, аналогичным внешнему, которая дает возможность определять местоположение с помощью обычного навигационного приемника, при этом сигнал на каждый излучатель подают с многоканального имитатора сигналов, с помощью которого автоматически коммутируют имитируемый сигнал на излучатели, расположенные в различных сегментах полусферы, которые соответствуют азимуту и углу возвышения имитируемого навигационного космического аппарата и получают изменение пространственного направления излучения сигнала, соответствующее реальному.The problem is solved in that in the method of forming a spatial navigation field with distributed sources of navigation signals, a spatial navigation field is formed in a closed space shielded from the external environment using n-fixed emitters to emit signals from the IC, and the emitters for emitting signals from the IP have a maximum radiation patterns oriented to the center of the enclosed space, and their phase centers form a hemisphere, inside of which is located an area with a navigation field similar to an external one, which makes it possible to determine the location using a conventional navigation receiver, and the signal to each emitter is fed from a multi-channel signal simulator, with which the simulated signal is automatically switched to emitters located in different segments of the hemisphere that correspond to the azimuth and the elevation angle of the simulated navigation spacecraft and receive a change in the spatial direction of the radiation of the signal, respectively real to the real.

Частными существенными признаками являются:Private essential features are:

- подключение к многоканальному имитатору сигналов навигационного приемника с антенной, которые располагают в реальном навигационном поле, причем навигационный приемник выделяет и передает в многоканальный имитатор сигналов цифровую информацию, передаваемую с борта НКА, и при этом обеспечивают жесткую временную привязку шкалы времени многоканального имитатора сигналов, задержку в радиочастотных (РЧ) кабелях в каждом канале многоканального имитатора сигналов компенсируют с помощью регулируемой линии задержки, формируют навигационное поле, соответствующее внешнему, при этом обеспечивают непрерывное решение навигационной задачи при переходе из внешнего навигационного поля в область навигационного поля, расположенного внутри замкнутого экранированного пространства;- connection to a multichannel simulator of signals of a navigation receiver with an antenna, which are located in a real navigation field, and the navigation receiver selects and transmits to the multichannel signal simulator digital information transmitted from the board of the NKA, and at the same time provide a rigid time reference of the time scale of the multichannel signal simulator, delay in radio frequency (RF) cables in each channel of a multi-channel signal simulator, compensate with an adjustable delay line, form a navigation th field corresponding to the outside, while providing continuous solution of the navigation problem in the transition from the external navigational fields to navigation field, located inside a closed shielded space;

- количество каналов многоканального имитатора сигналов СНС и излучателей для излучения сигналов от ИС выбрано кратным 4.- the number of channels of a multichannel simulator of SNA signals and emitters for radiation of signals from the IC is selected as a multiple of 4.

Технический результат - формирование пространственного навигационного поля в замкнутом пространстве, экранированном от внешней среды, для проведения испытаний НАП, соответствующего реальной обстановке, в которой планируется применять НАП.The technical result is the formation of a spatial navigation field in a confined space shielded from the external environment for testing NAP, corresponding to the real situation in which it is planned to use NAP.

На фиг.1 и фиг.2 показаны блок-схемы устройств, реализующие способ.Figure 1 and figure 2 shows a block diagram of devices that implement the method.

Устройство на фиг.1 содержит 1 - многоканальный имитатор сигналов спутниковых навигационных систем (ИС); 2 - безэховую экранированную камеру (БЭК); 3 - указана область формирования пространственного навигационного поля; 4, …, n-1, n - излучатели для излучения сигналов от ИС, например антенны.The device in figure 1 contains 1 - multi-channel simulator of signals from satellite navigation systems (IP); 2 - anechoic shielded chamber (BEC); 3 - indicates the area of formation of the spatial navigation field; 4, ..., n-1, n are emitters for emitting signals from ICs, such as antennas.

Устройство на фиг.2 содержит 1 - многоканальный имитатор сигналов спутниковых навигационных систем (ИС); 2 - безэховую экранированную камеру (БЭК); 3 - указана область формирования пространственного навигационного поля; 4, …, n-1, n - излучатели для излучения сигналов от ИС, например антенны, А-антенна для приема сигналов СНС; ПН-приемник навигационный для приема сигналов СНС.The device in figure 2 contains 1 - multi-channel simulator of signals from satellite navigation systems (IP); 2 - anechoic shielded chamber (BEC); 3 - indicates the area of formation of the spatial navigation field; 4, ..., n-1, n - emitters for emitting signals from the IC, such as antennas, A-antenna for receiving SNA signals; PN receiver navigation for receiving SNS signals.

Способ формирования пространственного навигационного поля с распределенными источниками навигационных сигналов реализуется следующим образом.The method of forming a spatial navigation field with distributed sources of navigation signals is implemented as follows.

ИС (1) формирует сигналы навигационных космических аппаратов (НКА) СНС ГЛОНАСС/GPS/Galileo. Для этого ИС выдает сигнал на антенну для излучения сигналов от ИС, расположенную в сегменте, соответствующем углу возвышения имитируемого навигационного космического аппарата. По мере перемещения имитируемого навигационного космического аппарата по траектории движения сигнал будет переключаться на соответствующую антенну для излучения сигналов от ИС, тем самым изменяя пространственно плоскость излучения сигнала.IS (1) forms the signals of navigation spacecraft (NSC) SNA GLONASS / GPS / Galileo. To do this, the IS provides a signal to the antenna for emitting signals from the IS, located in the segment corresponding to the elevation angle of the simulated navigation spacecraft. As the simulated navigation spacecraft moves along the motion path, the signal will switch to the corresponding antenna to emit signals from the IC, thereby changing spatially the radiation plane of the signal.

С выходов ИС по коаксиальным кабелям через сигналы поступают на входы излучателей (n-антенн) для излучения сигналов от ИС (4 - n-1, n), размещенных внутри БЭК (2), линия визирования которых направлена в область формирования пространственного навигационного поля (3). Антенны для излучения сигналов от ИС располагаются таким образом, чтобы плоскости излучения образовали полусферу. Внутри этой полусферы образуется область (3), в которой формируется навигационное поле, аналогичное внешнему и позволяющее определять местоположение с помощью обычного навигационного приемника.From the outputs of the IC via coaxial cables through the signals are fed to the inputs of emitters (n-antennas) for the emission of signals from the IC (4 - n-1, n) located inside the BEC (2), the line of sight of which is directed to the area of formation of the spatial navigation field ( 3). Antennas for emitting signals from the IC are positioned so that the radiation planes form a hemisphere. Inside this hemisphere, a region (3) is formed in which a navigation field is formed that is similar to the external one and allows one to determine the location using a conventional navigation receiver.

На сегодняшний день количество НКА одной ГНСС (ГЛОНАСС, GPS, Galileo), находящихся в зоне видимости НАП и включаемых в решение навигационной задачи, не превышает 12-ти НКА (с вероятностью 0,95 на интервале времени, равном периоду обращения НКА вокруг Земли). В связи с этим количество ВЧ-выходов имитатора сигналов целесообразно иметь равным 12. Количество поддиапазонов для каждой навигационной системы не превышает 3-х, поэтому на каждом ВЧ-выходе достаточно иметь по 4 канала для формирования навигационных сигналов различных поддиапазонов.To date, the number of spacecraft of one GNSS (GLONASS, GPS, Galileo) located in the visibility range of the NAP and included in the solution of the navigation problem does not exceed 12 spacecraft (with a probability of 0.95 in the time interval equal to the period of the spacecraft’s revolution around the Earth) . In this regard, the number of RF outputs of the signal simulator should be equal to 12. The number of subbands for each navigation system does not exceed 3, therefore, at each RF output, it is enough to have 4 channels for generating navigation signals of various subbands.

Количество каналов имитатора сигналов СНС, который используется в комплексе, кратно 4.The number of channels of the SNS signal simulator, which is used in the complex, is a multiple of 4.

Для реализации способа по пункту 2 к многоканальному ИС (1) дополнительно подключается навигационный приемник (ПН) с антенной (А), расположенной в реальном навигационном поле. Приемник выделяет цифровую информацию, передаваемую с борта навигационного космического аппарата, и передает ее по цепи связи (ЦИ) в ИС (1). Также навигационный приемник (ПН) обеспечивает жесткую временную привязку ИС (1) по цепи 1pps. Для устранения влияния задержки в кабелях РЧ1…РЧn в ИС в каждом канале предусматривается РЛЗ. Предложенный способ позволяет создать область формирования пространственного навигационного поля (3), в которой формируется навигационное поле, соответствующее внешнему и обеспечивающее непрерывное решение навигационной задачи при переходе из внешнего навигационного поля в область формирования пространственного навигационного поля (3), расположенного внутри замкнутого экранированного пространства.To implement the method according to paragraph 2, a navigation receiver (PN) with an antenna (A) located in a real navigation field is additionally connected to a multichannel IC (1). The receiver selects the digital information transmitted from the board of the navigation spacecraft and transmits it through the communication circuit (DI) to the IC (1). Also, the navigation receiver (PN) provides a hard time reference IP (1) on the 1pps chain. To eliminate the influence of the delay in the cables RF1 ... RFn in the IC in each channel, a radar is provided. The proposed method allows to create a spatial navigation field formation region (3) in which a navigation field is formed corresponding to the external one and provides a continuous solution to the navigation problem when moving from an external navigation field to the spatial navigation field formation region (3) located inside a closed shielded space.

ИС представляет собой многоканальный генератор высокочастотных (ВЧ) сигналов сложной формы. ВЧ-сигналы, генерируемые имитатором сигналов СНС, аналогичны сигналам НКА и соответствуют требованиям интерфейсных контрольных документов на соответствующую СНС, например имитатор разработки ЗАО «КБ НАВИС» СН-3805М-1.IP is a multi-channel generator of high-frequency (HF) signals of complex shape. The high-frequency signals generated by the SNA signal simulator are similar to those of the NCA and correspond to the requirements of the interface control documents for the corresponding SNA, for example, the simulator developed by KB NAVIS SN-3805M-1.

БЭК представляет собой радиочастотную безэховую камеру, стены, потолок и пол которой покрывает радиопоглощающий пористый материал. Размеры БЭК обеспечивают возможность расположения приемных антенн относительно излучающих антенн на расстояниях дальнего поля, при этом в месте размещения испытываемой НАЛ обеспечивается коэффициент отражения не более минус 40 дБ в рабочем объеме размером 6×6×4 м.BEC is a radio frequency anechoic chamber whose walls, ceiling and floor are covered with a radio-absorbing porous material. The dimensions of the BEC make it possible to position the receiving antennas relative to the emitting antennas at far-field distances, while at the location of the tested NAL the reflection coefficient is provided no more than minus 40 dB in a working volume of 6 × 6 × 4 m.

Антенны для излучения сигналов от ИС представляют собой пассивные спиральные антенны с диапазоном рабочих частот от 1,1 до 1,7 ГГц с коэффициентом усиления от 8 до 12 дБ, разработанные ЗАО «КБ НАВИС» ТДЦК.464679.001.Antennas for emitting signals from the IC are passive helical antennas with a range of operating frequencies from 1.1 to 1.7 GHz with a gain from 8 to 12 dB, developed by ZAO KB NAVIS TDCC.464679.001.

Приемник навигационный представляет собой многочастотный спутниковый приемник, например ПСНМ, разработанный в ЗАО «КБ НАВИС».The navigation receiver is a multi-frequency satellite receiver, such as PSNM, developed by ZAO KB NAVIS.

Антенна для приема сигналов СНС представляет собой антенное устройство, способное принимать сигналы СНС ГЛОНАСС, GPS, Galileo, например антенна ТДЦК.464629.010, разработанная в ЗАО «КБ НАВИС».The antenna for receiving SNS signals is an antenna device capable of receiving GLONASS, GPS, Galileo SNS signals, for example, antenna ТДЦК.464629.010, developed by ZAO KB NAVIS.

Таким образом, способ формирования навигационного поля спутниковых навигационных систем в замкнутом пространстве, заключающийся в том, что формируется пространственное навигационное поле в замкнутом пространстве, экранированном от внешней среды, с помощью фиксированных излучателей для излучения сигналов от ИС, расположенных таким образом, что их излучение образует область, в которой формируется навигационное поле, аналогичное внешнему, при этом сигнал на каждый излучатель подается с многоканального имитатора сигналов, который автоматически коммутирует имитируемый сигнал на излучатели для излучения сигналов от ИС, соответствующие углу возвышения имитируемого навигационного космического аппарата. По мере перемещения имитируемого навигационного космического аппарата по траектории движения, сигнал будет переключаться на соответствующий излучатель, тем самым изменяя пространственно плоскость излучения сигнала.Thus, the method of forming the navigation field of satellite navigation systems in a confined space, which consists in the fact that a spatial navigation field is formed in a confined space shielded from the external environment, using fixed emitters to emit signals from the ICs arranged so that their radiation forms the area in which the navigation field is formed, similar to the external one, while the signal to each emitter is supplied from a multi-channel signal simulator, which automatically Atomically commutes the simulated signal to emitters to emit signals from the ICs corresponding to the elevation angle of the simulated navigation spacecraft. As the simulated navigation spacecraft moves along the motion path, the signal will switch to the corresponding emitter, thereby changing spatially the radiation plane of the signal.

Устройство с использованием многоканального имитатора сигнала СНС с пространственно разнесенными излучателями для излучения сигналов позволяет создать навигационное поле с помощью разнесенных в пространстве источников навигационных сигналов. Поэтому при перемещении антенны испытуемой аппаратуры амплитудно-фазовые соотношения будут меняться в соответствии с вектором перемещения. Предлагаемый способ позволяет производить испытания навигационных помехозащищенных приемников, снабженных антенной решеткой, которая позволяет изменять диаграмму направленности антенны для излучения, приходящего из определенных направлений.A device using a multi-channel simulator of the SNA signal with spatially separated emitters for emitting signals allows you to create a navigation field using spatially separated sources of navigation signals. Therefore, when moving the antenna of the tested equipment, the amplitude-phase relationships will change in accordance with the displacement vector. The proposed method allows the testing of navigation interference-free receivers equipped with an antenna array, which allows you to change the antenna pattern for radiation coming from certain directions.

Claims

1. The method of forming a spatial navigation field with distributed sources of navigation signals, which form a spatial navigation field in a closed space shielded from the environment using n-fixed emitters for emitting signals from a multi-channel simulator of signals from satellite navigation systems, and emitters for emitting signals from a multi-channel signal simulator of satellite navigation systems have a maximum radiation patterns, orientation located in the center of the enclosed space, and their phase centers form a hemisphere, inside which there is a region with a navigation field similar to the real one, while the signal to each radiator is fed from a multi-channel signal simulator of satellite navigation systems, with the help of which the simulated signal is automatically switched to the emitters located in various hemisphere segments that correspond to the azimuth and elevation angle of the simulated navigation spacecraft and receive a change in space Nogo signal radiation directions corresponding to the real one.

2. The method according to claim 1, characterized in that it further connects a navigation receiver with an antenna to the multi-channel simulator of satellite navigation system signals, which are located in a real navigation field, the navigation receiver extracting and transmitting digital information transmitted to the multi-channel simulator of satellite navigation system signals from the board of the navigation spacecraft, and at the same time provide a rigid time reference of the time scale of a multichannel simulator of satellite navigation signals navigation systems, the delay in the radio frequency cables in each channel of the multi-channel simulator of satellite navigation system signals is compensated by an adjustable delay line, while providing a continuous solution to the navigation problem when moving from a real navigation field to a navigation field located inside a closed shielded space.

3. The method according to claim 1, characterized in that the number of channels of a multichannel simulator of satellite navigation system signals and emitters for emitting signals from a multichannel simulator of satellite navigation system signals is selected as a multiple of 4.