RU2547840C1 - Device for determination of object space orientation - Google Patents
Device for determination of object space orientation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2547840C1 RU2547840C1 RU2014107449/07A RU2014107449A RU2547840C1 RU 2547840 C1 RU2547840 C1 RU 2547840C1 RU 2014107449/07 A RU2014107449/07 A RU 2014107449/07A RU 2014107449 A RU2014107449 A RU 2014107449A RU 2547840 C1 RU2547840 C1 RU 2547840C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- output
- input
- antenna array
- block
- Prior art date
Links
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники, в частности к радионавигации, и может быть использовано для определения пространственной ориентации и местоположения подвижного объекта.The present invention relates to the field of radio engineering, in particular to radio navigation, and can be used to determine the spatial orientation and location of a moving object.
Известно устройство по заявке DE №3540212, содержащее не менее двух антенн, расположенных на одной прямой и соединенных с первым переключателем, последовательно соединенные усилитель высокой частоты, преобразователь частоты, ограничитель, перемножающее устройство, считывающее устройство, счетчик и второй переключатель, последовательно соединенные управляемый генератор, делитель частоты на два и накопитель, выход которого соединен с вторым входом перемножающего устройства, выход управляемого генератора соединен с вторым входом считывающего устройства, фазоизмеритель, выход которого соединен с решающим блоком, тактовый генератор, выходы которого соединены с входами управления первого и второго переключателей, выходы второго переключателя соединены с входами каналов фазовой регулировки, причем число каналов равно количеству антенн пеленгатора, а каждый канал фазовой регулировки содержит первый и второй перемножители, входы которых соединены между собой и являются входами каждого канала, выходы перемножителей соединены с входами первого и второго сумматоров, выходы которых соединены с входами третьего перемножителя, выход которого подключен к последовательно соединенным фильтру, генератору преобразованной частоты и устройству фазового сдвига, выход которого соединен со вторым входом второго перемножителя, второй вход первого перемножителя соединен с выходом генератора преобразованной частоты, выходы первого и второго сумматоров одного из каналов фазовой регулировки соединены через квадраторы с входами третьего сумматора, выход которого соединен с третьим переключателем, выходы которого через первый и второй фильтры нижних частот соединены с блоком управления генератором, выход которого соединен с входом управляемого генератора, выходы генераторов преобразованной частоты первого и второго каналов фазовой регулировки соединены с входами фазоизмерителя.A device is known according to the application DE No. 3540212, comprising at least two antennas located on one straight line and connected to the first switch, a high-frequency amplifier, a frequency converter, a limiter, a multiplier, a reader, a counter and a second switch connected in series with a controlled generator , the frequency divider into two and the drive, the output of which is connected to the second input of the multiplying device, the output of the controlled generator is connected to the second input its device, a phase meter, the output of which is connected to the deciding unit, a clock generator, the outputs of which are connected to the control inputs of the first and second switches, the outputs of the second switch are connected to the inputs of the phase adjustment channels, the number of channels being equal to the number of direction finding antennas, and each phase adjustment channel contains the first and second multipliers, the inputs of which are interconnected and are the inputs of each channel, the outputs of the multipliers are connected to the inputs of the first and second adders, the outputs to which are connected to the inputs of the third multiplier, the output of which is connected to a series-connected filter, the converted frequency generator and the phase shift device, the output of which is connected to the second input of the second multiplier, the second input of the first multiplier is connected to the output of the converted frequency generator, the outputs of the first and second adders of one of phase adjustment channels are connected via quadrants to the inputs of the third adder, the output of which is connected to the third switch, the outputs of which are the first and second low-pass filters are connected to the generator control unit, the output of which is connected to the input of the controlled generator, the outputs of the converted frequency generators of the first and second phase adjustment channels are connected to the inputs of the phase meter.
Данное устройство обеспечивает ориентирование объекта в пространстве за счет измерения фазовых сдвигов сигналов, принимаемых от спутников радионавигационной системы на разнесенные антенны. При этом сигналы от всех антенн последовательно преобразуются в одном приемном тракте, поступая на него через переключатель, управляемый тактовым генератором.This device provides orientation of the object in space by measuring the phase shifts of signals received from the satellites of the radio navigation system to the diversity antennas. In this case, the signals from all antennas are sequentially converted in one receiving path, entering it through a switch controlled by a clock generator.
Таким образом, в данном устройстве узлы приемного тракта вносят одинаковые погрешности в сигнал от каждой антенны, которые могут быть учтены при дальнейшей обработке.Thus, in this device, the nodes of the receiving path make the same errors in the signal from each antenna, which can be taken into account during further processing.
Недостатком данного устройства является уменьшение времени доступа к сигналам антенн на интервале измерения, что означает потерю энергии сигнала, уменьшение отношения сигнал/шум, а следовательно, возрастание случайной составляющей погрешности измерения. Также данное устройство не обладает защитой от любой помехи, попавшей в частотную полосу приема антенн, что делает устройство неработоспособным в условиях воздействия помех.The disadvantage of this device is the reduction of access time to the antenna signals on the measurement interval, which means loss of signal energy, a decrease in signal-to-noise ratio, and therefore, an increase in the random component of the measurement error. Also, this device does not have protection against any interference that falls into the frequency band of the antenna, which makes the device inoperative under the influence of interference.
Известно устройство по патенту RU №2425393 [1], обладающее функцией определения пространственной ориентации объекта, содержащее N разнесенных в пространстве отдельных антенн, N малошумящих усилителей, N модуляторов, сумматор, блок обработки группового сигнала, формирователь модуляционных последовательностей и демодулятор группового сигнала, причем каждые соответствующие из N антенн, малошумящий усилитель и модулятор соединены последовательно, выход каждого из N модуляторов подключен к соответствующему входу сумматора, который последовательно соединен с приемным каналом, блоком обработки группового сигнала, демодулятором группового сигнала и вычислителем направления, вход формирователя модуляционных последовательностей является вторым выходом приемного канала, а каждый из N его выходов соединен с управляющим входом соответствующего модулятора и с соответствующим управляющим входом демодулятора группового сигнала, где N≥3.A device is known according to patent RU No. 2425393 [1], which has a function for determining the spatial orientation of an object, comprising N spaced apart antennas, N low-noise amplifiers, N modulators, an adder, a group signal processing unit, a modulator, and a group signal demodulator, each the corresponding of N antennas, the low-noise amplifier and the modulator are connected in series, the output of each of the N modulators is connected to the corresponding input of the adder, which is then It is connected to the receiving channel, the group signal processing unit, the group signal demodulator, and the direction calculator, the modulator sequence generator input is the second output of the receiving channel, and each of its N outputs is connected to the control input of the corresponding modulator and to the corresponding control input of the group signal demodulator, where N≥3.
Данное устройство обеспечивает ориентирование объекта в пространстве за счет вычисления разности фаз прихода сигнала одного и того же спутника на разнесенные в пространстве антенны. Оно позволяет использовать всю энергию сигнала, поэтому имеет практически максимально возможное отношение сигнал/шум при минимальной случайной погрешности и малую систематическую погрешность за счет обработки сигналов всех спутников путем преобразования их в групповой сигнал в одном блоке обработки.This device provides orientation of the object in space by calculating the phase difference of the arrival of the signal of the same satellite on the antennas spaced in space. It allows you to use all the energy of the signal, therefore, it has practically the maximum possible signal-to-noise ratio with minimal random error and a small systematic error due to the processing of signals from all satellites by converting them into a group signal in one processing unit.
Недостатком данного устройства является отсутствие блоков анализа наличия и последующего исключения (компенсации) из принятого сигнала помех, попадающих в полосу приема антенн, а также невозможность формирования избирательных диаграмм направленности для формирования минимумов чувствительности диаграмм направленности антенн в направлении прихода помех. Это делает устройство неработоспособным в условиях воздействия помех, попадающих в полосу приема антенн.The disadvantage of this device is the lack of analysis units for the presence and subsequent exclusion (compensation) of the received interference signal falling into the antenna reception band, as well as the inability to form selective radiation patterns to form the sensitivity minima of the antenna patterns in the direction of interference arrival. This makes the device inoperative under the influence of interference falling into the reception band of the antennas.
Ближайшим к заявляемому техническому решению является устройство для определения пространственной ориентации объекта по сигналам Глобальной навигационной системы GPS в условиях воздействия помех (патент US №6598009), содержащее блок антенной решетки с аналоговыми трактами приема и обработки сигналов по числу элементов решетки, блок равносигнальных угловых измерений, на вход которого подаются оцифрованные сигналы из трактов приема и обработки сигналов блока антенной решетки, блок определения пространственной ориентации, входом соединенный с выходом блока равносигнальных угловых измерений, а его выход является выходом данных о пространственной ориентации объекта. Также в известное устройство входит блок адаптивной компенсации, последовательно соединенный с GPS-приемником, выход которого является выходом данных о местоположении объекта, его скорости и системном времени, а его входом является навигационный сигнал, очищенный от помех в блоке адаптивной компенсации, входом которого также являются оцифрованные сигналы из трактов приема и обработки сигналов блока антенной решетки.Closest to the claimed technical solution is a device for determining the spatial orientation of an object by signals of the GPS global navigation system under the influence of interference (US patent No. 6598009), comprising an array of antenna arrays with analog signal reception and processing paths according to the number of array elements, a unit of equal-signal angular measurements, the input of which is digitized signals from the signal reception and processing paths of the antenna array unit, the spatial orientation determining unit, the input is connected output with the block of equal-signal angular measurements, and its output is the output of data on the spatial orientation of the object. Also known device includes an adaptive compensation unit, connected in series with a GPS receiver, the output of which is an output of data on the location of the object, its speed and system time, and its input is a navigation signal, cleared of interference in the adaptive compensation unit, the input of which is also digitized signals from the signal receiving and processing paths of the antenna array unit.
В данном устройстве определение пространственной ориентации происходит путем вычисления угловых направлений прихода сигнала от GPS-спутников, координаты которых, характер движения и уровни излучаемых сигналов известны. А подавление помехи, за которую принимаются все сигналы, больше определенного уровня, попавшие в полосу приема антенн, производится путем формирования минимальной чувствительности диаграммы направленности в направлении прихода такой помехи с помощью адаптивной обработки сигнала, принятого каждым элементом антенной решеткой и вычислением угла прихода помехи. Подробное описание работы устройства приведено [2].In this device, spatial orientation is determined by calculating the angular directions of arrival of the signal from GPS satellites, the coordinates of which, the nature of the movement and the levels of emitted signals are known. And the suppression of interference, for which all signals are accepted, more than a certain level, which fell into the antenna reception band, is done by forming the minimum sensitivity of the radiation pattern in the direction of arrival of such interference using adaptive signal processing received by each element of the antenna array and calculating the angle of arrival of the interference. A detailed description of the operation of the device is given [2].
К недостаткам известного устройства следует отнести наличие нескольких приемных трактов обработки сигналов по числу элементов антенной решетки, которое может составлять до нескольких десятков и более, что существенно усложняет устройство, повышает его габариты и стоимость, а реальная неидентичность разных каналов приводит к дополнительным погрешностям в определении параметров пространственной ориентации объекта. Наличие такого же числа неидентичных аналого-цифровых преобразователей (АЦП), которыми заканчивается каждый тракт приема и обработки сигналов (причины: технологический разброс параметров АЦП, запаздывание прихода тактовой частоты на разные АЦП и др.), также вносит дополнительную фазовую и амплитудную погрешности в сигнал от антенн. Таким образом, даже при эффективном подавлении помех данное устройство не может обеспечить низкую погрешность определения не только пространственной ориентации, но и стандартных параметров навигации - местоположения и скорости объекта. Также известным устройством нет возможности обеспечить прием сигналов от другой Глобальной навигационной системы - ГЛОНАСС.The disadvantages of the known device include the presence of several receiving signal processing paths by the number of elements of the antenna array, which can be up to several tens or more, which significantly complicates the device, increases its dimensions and cost, and the real non-identity of different channels leads to additional errors in determining the parameters spatial orientation of the object. The presence of the same number of non-identical analog-to-digital converters (ADCs) that ends each signal reception and processing path (reasons: technological spread of the ADC parameters, the delay in the arrival of the clock frequency to different ADCs, etc.) also introduces additional phase and amplitude errors in the signal from the antennas. Thus, even with the effective suppression of interference, this device cannot provide a low error in determining not only the spatial orientation, but also the standard navigation parameters - the location and speed of the object. Also, there is no known device to provide reception of signals from another Global Navigation System - GLONASS.
В основу изобретения положена задача повышения точности определения пространственной ориентации объекта по сигналам навигационных спутников ГЛОНАСС/GPS в условиях воздействия помех путем формирования диаграммы направленности с минимальной чувствительностью в направлении прихода помехи и использования всей энергии сигнала от каждого элемента антенной решетки на всем измерительном интервале за счет формирования единого группового сигнала, обрабатываемого в одном приемном канале, когда количество элементов антенной решетки N.The basis of the invention is the task of increasing the accuracy of determining the spatial orientation of the object from the signals of the GLONASS / GPS navigation satellites under the influence of interference by forming a radiation pattern with minimal sensitivity in the direction of arrival of interference and using all the signal energy from each element of the antenna array over the entire measurement interval due to the formation a single group signal processed in one receiving channel when the number of elements of the antenna array N.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для определения пространственной ориентации объекта, содержащее антенную решетку с N элементами, N малошумящих усилителей, блок равносигнальных угловых измерений, блок определения пространственной ориентации, блок адаптивной компенсации и блок приема и обработки сигналов, включающий опорный генератор, синтезатор частоты, преобразователь частоты, полосовой фильтр, усилитель промежуточной частоты, фильтр низкой частоты, аналого-цифровой преобразователь и систему автоматической регулировки усиления, согласно изобретению введены блок обработки сигналов ГЛОНАСС/GPS, N модуляторов, сумматор, формирователь модуляционных последовательностей и демодулятор группового сигнала, причем каждые соответствующие из N элементов антенной решетки, малошумящих усилителей и модуляторов соединены последовательно, выход каждого из N модуляторов подключен к соответствующему входу сумматора, который последовательно соединен с преобразователем частоты, полосовым фильтром, усилителем промежуточной частоты, фильтром низкой частоты, аналого-цифровым преобразователем и демодулятором группового сигнала, вход формирователя модуляционных последовательностей является выходом блока синтезатора частот блока приема и обработки сигналов, а каждый из N его выходов соединен с управляющим входом соответствующего модулятора и с соответствующим управляющим входом демодулятора группового сигнала, вторые входы преобразователя частоты и аналого-цифрового преобразователя являются соответствующими выходами блока синтезатора частоты, второй выход аналого-цифрового преобразователя является входом системы автоматической регулировки усиления, выходом подключенной к второму входу усилителя промежуточной частоты, каждый из N выходов демодулятора группового сигнала соединен с соответствующими N входами блоков равносигнальных угловых измерений и адаптивной компенсации, выход блока равносигнальных угловых измерений соединен с соответствующим входом блока определения пространственной ориентации, первый выход которого соединен с соответствующим входом блока равносигнальных угловых измерений, а второй выход соединен с соответствующим входом блока адаптивной компенсации, первый выход блока адаптивной компенсации соединен с входом блока равносигнальных угловых измерений, а второй выход соединен с входом блока обработки сигналов ГЛОНАСС/GPS, первый выход которого является выходом устройства с данными о координатах и скорости объекта, второй выход блока обработки сигналов ГЛОНАСС/GPS подключен к соответствующим входам блоков равносигнальных угловых измерений и определения пространственной ориентации, третий выход которого является выходом устройства с данными о пространственной ориентации объекта.The problem is solved in that in a device for determining the spatial orientation of an object containing an antenna array with N elements, N low-noise amplifiers, an equal-angular measurement unit, a spatial orientation determination unit, an adaptive compensation unit and a signal reception and processing unit including a reference generator, a synthesizer frequency converter, frequency converter, band-pass filter, intermediate-frequency amplifier, low-pass filter, analog-to-digital converter and automatic control system gain amplification, according to the invention, a GLONASS / GPS signal processing unit, N modulators, an adder, a modulation sequence generator and a group signal demodulator are introduced, each corresponding of N elements of the antenna array, low noise amplifiers and modulators connected in series, the output of each of N modulators connected to the corresponding the adder input, which is connected in series with a frequency converter, a band-pass filter, an intermediate-frequency amplifier, a low-pass filter, analog with a go-digital converter and a group signal demodulator, the input of the modulator sequence generator is the output of the frequency synthesizer block of the signal receiving and processing unit, and each of its N outputs is connected to the control input of the corresponding modulator and to the corresponding control input of the group signal demodulator, the second inputs of the frequency converter and the analog-to-digital converter are the corresponding outputs of the frequency synthesizer unit, the second output of the analog-to-digital converter is the input of the automatic gain control system, the output connected to the second input of the intermediate frequency amplifier, each of the N outputs of the group signal demodulator is connected to the corresponding N inputs of the blocks of equal-signal angular measurements and adaptive compensation, the output of the block of equal-signal angular measurements is connected to the corresponding input of the spatial orientation determination unit, the first output of which is connected to the corresponding input of the block of equal-signal angular measurements, and the second output is connected is connected with the corresponding input of the adaptive compensation unit, the first output of the adaptive compensation unit is connected to the input of the equal-signal angular measurement unit, and the second output is connected to the input of the GLONASS / GPS signal processing unit, the first output of which is the output of the device with data on the coordinates and speed of the object, the second output the GLONASS / GPS signal processing unit is connected to the corresponding inputs of the units of equal-signal angular measurements and determining the spatial orientation, the third output of which is the output of the device TV with data on the spatial orientation of the object.
Преимущества предлагаемого технического решения заключаются в использовании канала приема и обработки сигналов с одним трактом обработки сигнала (за счет введения в устройство N модуляторов и сумматора), что приводит к повышению точности измерения информационных параметров за счет исключения погрешности из-за неидентичности нескольких трактов обработки сигнала. Также предлагаемое устройство подавляет любые помехи, отличные по структуре (уровню сигнала, виду модуляции, углу прихода и др.) от сигналов навигационных спутников ГЛОНАСС или GPS, за счет формирования адаптивной диаграммы направленности с минимальной чувствительностью в направлении прихода помехи и с максимальной - в направлении прихода сигналов от навигационных спутников ГЛОНАСС или GPS. При этом за счет обработки сигнала в одном тракте определение параметров сигнала и помехи происходит с большей точностью, что приводит к более точному формированию адаптивных диаграмм направленности и, следовательно, к лучшему подавлению помех, эквивалентному повышению отношения сигнал/шум. Результат действия всех вышеперечисленных факторов приводит к повышению точности главного результата работы предлагаемого устройства - определения пространственной ориентации объекта.The advantages of the proposed technical solution are the use of a signal receiving and processing channel with one signal processing path (due to the introduction of N modulators and an adder into the device), which leads to an increase in the accuracy of measuring information parameters by eliminating the error due to the non-identity of several signal processing paths. Also, the proposed device suppresses any interference that is different in structure (signal level, type of modulation, angle of arrival, etc.) from the signals of GLONASS or GPS navigation satellites by forming an adaptive radiation pattern with minimal sensitivity in the direction of arrival of the interference and with maximum sensitivity in the direction arrival of signals from GLONASS or GPS navigation satellites. Moreover, due to signal processing in one path, the determination of signal and interference parameters occurs with greater accuracy, which leads to more accurate formation of adaptive radiation patterns and, therefore, to better interference suppression, equivalent to an increase in the signal-to-noise ratio. The result of all of the above factors leads to increased accuracy of the main result of the proposed device - determining the spatial orientation of the object.
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства.Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device.
Устройство для определения пространственной ориентации объекта содержит антенную решетку 1 с N элементами, каждый из которых последовательно соединен с соответствующим малошумящим усилителем (МШУ) 21…2N и модулятором (Мод.) 31…3N. Управляющим входом каждый из N модуляторов 31…3N соединен с соответствующим из N выходов формирователя модуляционных последовательностей 4, а выходом каждый из N модуляторов 31…3N подключен к соответствующему входу сумматора 5. Выходом сумматор 5 соединен с последовательно соединенными преобразователем частоты (ПЧ) 6, полосовым фильтром (ПФ) 7, усилителем промежуточной частоты (УПЧ) 8, фильтром низких частот (ФНЧ) 9, аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 10 и демодулятором группового сигнала 11. Второй вход ПЧ 6 соединен с одним из выходов синтезатора частот (СЧ) 12, другой выход которого соединен с управляющим входом формирователя модуляционных последовательностей 4, а третий выход - с управляющим входом (АЦП) 10. Управляющие входы демодулятора группового сигнала 11 соединены с управляющими входами соответствующих модуляторов 31…2N и также подключены к соответствующим N выходам формирователя модуляционных последовательностей 4. N выходов демодулятора группового сигнала 11 являются соответствующими входами блока адаптивной компенсации 13 и блока равносигнальных угловых измерений 14. Выход блока равносигнальных угловых измерений 14 подключен к входу блока определения пространственной ориентации 16, один выход блока адаптивных измерений 13 подключен к входу блока обработки сигналов ГЛОНАСС/GPS 15, а другой - к входу блока равносигнальных угловых измерений 14. Один выход блока обработки сигналов ГЛОНАСС/GPS является выходом устройства с параметрами местоположения и скорости объекта, а второй выход подключен к входам блоков равносигнальных угловых измерений 14 и определения пространственной ориентации 16. Один выход блока определения пространственной ориентации 16 подключен к входу блока адаптивной компенсации 13, а другой выход - к блоку равносигнальных угловых измерений 14. Третий выход блока определения пространственной ориентации 16 является выходом устройства с параметрами пространственной ориентации объекта. Выход опорного генератора (ОГ) 17 является входом СЧ 12. АЦП 10 своим вторым выходом соединен с системой автоматической регулировки усиления (АРУ) 18, выход которой соединен с управляющим входом УПЧ 8.A device for determining the spatial orientation of an object contains an antenna array 1 with N elements, each of which is connected in series with a corresponding low-noise amplifier (LNA) 2 1 ... 2 N and a modulator (Mod.) 3 1 ... 3 N. By the control input, each of the N modulators 3 1 ... 3 N is connected to the corresponding of N outputs of the shaper of modulation sequences 4, and the output of each of the N modulators 3 1 ... 3 N is connected to the corresponding input of the adder 5. The output of the adder 5 is connected to a series-connected frequency converter ( IF) 6, band-pass filter (PF) 7, intermediate frequency amplifier (IFA) 8, low-pass filter (LPF) 9, analog-to-digital converter (ADC) 10 and group signal demodulator 11. The second input of IF 6 is connected to one of the outputs synthe frequency mash (MF) 12, the other output of which is connected to the control input of the modulator sequence generator 4, and the third output is connected to the control input (ADC) 10. The control inputs of the group signal demodulator 11 are connected to the control inputs of the corresponding modulators 3 1 ... 2 N and also connected to the corresponding N outputs of the modulator sequence generator 4. The N outputs of the group signal demodulator 11 are the corresponding inputs of the adaptive compensation unit 13 and the equal-signal angular measurement unit 14. The output of the block of equal-signal angular measurements 14 is connected to the input of the block for determining the spatial orientation 16, one output of the block of adaptive measurements 13 is connected to the input of the signal processing unit GLONASS / GPS 15, and the other to the input of the block of equal-signal angular measurements 14. One output of the block of signal processing GLONASS / GPS is the output of the device with the parameters of the location and speed of the object, and the second output is connected to the inputs of the blocks of equal-angular measurements 14 and determine the spatial orientation 16. One output of the block spatial orientation-determination 16 is connected to the input of the adaptive compensation unit 13, and the other output - to block the beams 14. The third angle measurement output unit for determining the spatial orientation of the device 16 is output with the parameters of the spatial orientation of the object. The output of the reference generator (OG) 17 is the input of the midrange 12. The ADC 10 is connected to the automatic gain control system (AGC) 18 with its second output, the output of which is connected to the control input of the amplifier 8.
Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.
Сигналы, излучаемые радионавигационными спутниками систем ГЛОНАСС или GPS, принимаются элементами антенной решетки 11…1N и через МШУ 21…2N подаются на модуляторы 31…3N. На управляющие входы модуляторов 31…3N с формирователя модуляционных последовательностей 4 подаются кодовые последовательности, в качестве которых должны использоваться взаимно ортогональные импульсные последовательности (например, коды Уолша, меандры кратных частот и т.д.). Модулированные (кодированные) сигналы элементов антенной решетки суммируются в сумматоре 5 в единый (групповой) сигнал и далее обрабатываются в блоке приема и обработки сигнала, где групповой сигнал преобразуется на промежуточную частоту в ПЧ 6, пригодную для перехода на цифровую обработку, фильтруется в ПФ 7 с учетом частот и частотных полос сигналов ГЛОНАСС и GPS, усиливается в УПЧ 8 с системой АРУ 18 для поддержания требуемого динамического диапазона, отфильтровывается от высокочастотных составляющих в ФНЧ 9 и преобразуется в цифровую форму в АЦП 10. Имеющийся в блоке приема и обработки сигналов СЧ 12 формирует сигнал требуемой частоты для преобразования группового сигнала элементов антенной решетки на промежуточную частоту в блоке ПЧ 6, а также тактовую частоту, поступающую на формирователь модуляционных последовательностей 4 и на АЦП 10. Для обеспечения разделения сигналов от элементов антенной решетки 11…1N в демодуляторе группового сигнала 11 производится демодуляция группового сигнала набором последовательностей, идентичных модулирующим кодам, использованным перед суммированием сигналов. Демодулированные сигналы, имеющие цифровую форму, подаются в блок адаптивной компенсации 13, где производится ряд операций (весовая обработка, интегральное накопление сигналов от элементов антенной решетки и учета информации об угле прихода сигнала и помехи от блока равносигнальных угловых измерений 14). Затем происходит суммирование полезного сигнала (сигналов ГЛОНАСС и GPS) от элементов антенной решетки и подавление помех (за счет вычитания сигналов, отличных по структуре от сигналов ГЛОНАСС и GPS) от элементов антенной решетки [2], что эквивалентно формированию диаграммы направленности антенной решетки с минимальной чувствительностью в направлении прихода помехи (и с максимальной чувствительностью в направлении прихода сигнала от спутников ГЛОНАСС или GPS), что позволяет подать очищенный сигнал на блок определения навигационных параметров (координат местоположения и скорости объекта) по системам ГЛОНАСС и GPS в блок обработки сигналов ГЛОНАСС/GPS 15. Также демодулированные сигналы из демодулятора группового сигнала 11 подаются на блок равносигнальных угловых измерений 14, где определяются углы прихода всех сигналов и помех относительно плоскости антенной решетки. Далее, с использованием информации о пространственном положении помех (из блока равносигнальных угловых измерений 14) и о пространственном положении навигационных спутников, от которых получены сигналы (из блока обработки сигналов ГЛОНАСС/GPS 15), в блоке определения пространственной ориентации 16 происходит вычисление углового положения плоскости антенной решетки, а следовательно, и объекта, с которым антенная решетка жестко связана, с повышенной точностью и помехоустойчивостью (в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом).The signals emitted by the GLONASS or GPS radio navigation satellites are received by the elements of the antenna array 1 1 ... 1 N and through LNA 2 1 ... 2 N are fed to modulators 3 1 ... 3 N. The control inputs of modulators 3 1 ... 3 N from the shaper of modulation sequences 4 are supplied with code sequences, which should be used mutually orthogonal pulse sequences (for example, Walsh codes, meanders of multiple frequencies, etc.). The modulated (encoded) signals of the elements of the antenna array are summed in the adder 5 into a single (group) signal and then processed in the signal reception and processing unit, where the group signal is converted to an intermediate frequency in the inverter 6, suitable for switching to digital processing, filtered in PF 7 taking into account the frequencies and frequency bands of the GLONASS and GPS signals, it is amplified in UPCH 8 with the AGC system 18 to maintain the required dynamic range, filtered from high-frequency components in the low-pass filter 9 and converted to digital form at the ADC 10. The midrange 12 available in the signal receiving and processing block generates a signal of the required frequency for converting the group signal of the antenna array elements to an intermediate frequency in the IF block 6, as well as the clock frequency supplied to the modulator sequence former 4 and to the ADC 10. For to ensure the separation of signals from the elements of the antenna array 1 1 ... 1 N in the demodulator of the group signal 11, the group signal is demodulated by a set of sequences identical to the modulating codes used before signal generation. The digitally demodulated signals are fed to the adaptive compensation unit 13, where a number of operations are performed (weight processing, integrated accumulation of signals from the elements of the antenna array and taking into account information about the angle of arrival of the signal and interference from the equal-signal angular measurement unit 14). Then, the useful signal (GLONASS and GPS signals) is summed from the elements of the antenna array and interference is suppressed (by subtracting signals different in structure from the GLONASS and GPS signals) from the elements of the antenna array [2], which is equivalent to the formation of the radiation pattern of the antenna array with a minimum sensitivity in the direction of arrival of interference (and with maximum sensitivity in the direction of arrival of a signal from GLONASS or GPS satellites), which allows you to submit a cleared signal to the navigation parameter determination unit s (coordinates of the location and speed of the object) using GLONASS and GPS systems to the GLONASS / GPS signal processing unit 15. Also demodulated signals from the group signal demodulator 11 are fed to the equal-signal angular measurement unit 14, where the angles of arrival of all signals and interference relative to the plane of the antenna array are determined . Further, using information about the spatial position of the interference (from the equal-angular measurements block 14) and the spatial position of the navigation satellites from which the signals were received (from the GLONASS / GPS 15 signal processing unit), the angular position of the plane is calculated in the spatial orientation determination unit 16 antenna array, and therefore the object with which the antenna array is rigidly connected, with increased accuracy and noise immunity (in the proposed device compared with the prototype).
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает определение пространственной ориентации объекта с повышенной точностью относительно известного технического решения за счет исключения систематической погрешности при приеме источников навигационного радиосигнала на разные элементы антенной решетки и обработки их в разных приемных трактах, обусловленной неидентичностью приемных трактов обработки сигналов разных элементов антенной решетки, в том числе и неидентичностью аналого-цифровых преобразователей, использующихся при переводе сигналов в цифровую форму. При этом случайная погрешность как минимум не ухудшается по сравнению с известным способом, так как в предлагаемом устройстве не появляются перерывы в наблюдении сигнала от одного источника, т.е. сохраняется максимально возможное отношение сигнал/шум за счет использования всей поступающей энергии сигнала. А за счет дальнейшей адаптивной обработки и формирования диаграммы направленности антенной решетки с минимальной чувствительностью в направлении прихода помех при подавлении этих помех предлагаемое устройство имеет большее отношение сигнал/шум по сравнению с устройствами с отдельными антеннами и без применения адаптивной к помехам обработкой сигналов.Thus, the proposed device provides a spatial orientation of the object with increased accuracy relative to the known technical solution by eliminating systematic errors in the reception of navigation radio signal sources to different elements of the antenna array and processing them in different receiving paths, due to the non-identity of the receiving signal processing paths of different elements of the antenna array , including the non-identity of the analog-to-digital converters used in trans Evode signals to digital form. Moreover, the random error does not deteriorate at least in comparison with the known method, since in the proposed device there are no interruptions in the observation of the signal from one source, i.e. the maximum possible signal-to-noise ratio is preserved due to the use of all incoming signal energy. And due to further adaptive processing and formation of the antenna array radiation pattern with minimal sensitivity in the direction of interference arrival when suppressing these interference, the proposed device has a higher signal-to-noise ratio compared to devices with separate antennas and without the use of signal-adaptive interference processing.
Используемые в устройстве узлы и блоки могут быть реализованы по следующим схемам. Формирователь модуляционных последовательностей может быть выполнен в виде готового цифрового узла, генерирующего сигналы, например, с кодами Уолша с соответствующим числом выходов [3]. Малошумящие усилители, модуляторы, сумматор, преобразователь частоты, полосовой фильтр, усилитель промежуточной частоты с системой АРУ и фильтр низкой частоты могут быть выполнены в соответствии с описанными, например, в [3, 4]. Демодулятор группового сигнала, блоки адаптивной компенсации, равносигнальных угловых измерений, определения пространственной ориентации и обработки сигналов ГЛОНАСС/GPS могут быть реализованы на базе стандартной микро-ЭВМ, например портативного профессионального ноутбука любого известного производителя с аналого-цифровым преобразованием на входе и программно реализованной цифровой обработкой сигнала в соответствии с алгоритмом из [2] и известным алгоритмом обработки сигналов ГЛОНАСС/GPS, где по измеренным псевдодальностям определяются координаты и скорость объекта в данный момент времени, а по измеренным углам прихода сигналов от разных навигационных спутников, координаты которых в данный момент времени известны, вычисляется пространственная ориентация объекта путем решения элементарной тригонометрической задачи [5].Used in the device nodes and blocks can be implemented according to the following schemes. Shaper modulation sequences can be made in the form of a finished digital node that generates signals, for example, with Walsh codes with the corresponding number of outputs [3]. Low-noise amplifiers, modulators, an adder, a frequency converter, a band-pass filter, an intermediate-frequency amplifier with an AGC system and a low-pass filter can be made as described, for example, in [3, 4]. The group signal demodulator, adaptive compensation units, equal-signal angular measurements, spatial orientation determination and GLONASS / GPS signal processing can be implemented on the basis of a standard microcomputer, for example, a portable professional laptop of any well-known manufacturer with analog-to-digital conversion at the input and software-implemented digital processing signal in accordance with the algorithm from [2] and the well-known GLONASS / GPS signal processing algorithm, where the measured pseudorange determines tsya position and velocity of the object at a given time, and the measured angles of arrival of signals from different navigation satellites whose coordinates at a time known spatial orientation of the object is calculated by solving the problem of elementary trigonometric [5].
Для определения пространственной ориентации по сигналам навигационных систем ГЛОНАСС и GPS с погрешностью в единицы угловых минут в условиях воздействия помех в известном устройстве должно быть значительное количество элементов в антенной решетке, что приводит к существенному увеличению габаритов и стоимости блоков приема и обработки сигналов, при этом из-за существенной неидентичности отдельных трактов приема значительно снижается точность определения пространственной ориентации (например, фильтры на ПАВ, применяемые в приемном тракте в качестве полосовых фильтров, имеют разброс параметра, характеризующего задержку сигнала, на уровне десятков наносекунд, что приводит к существенным ошибкам привязки временного момента определения угла прихода сигнала спутника и, соответственно, к ошибке определения углового положения объекта). Предлагаемое устройство позволяет с минимальными аппаратными затратами повысить на порядок и более точность измерения углов прихода сигналов от спутников и, соответственно, снизить погрешность определения направления на спутник, а также пространственной ориентации объекта. Причем определение в предлагаемом устройстве производится по сигналам двух систем навигации ГЛОНАСС и GPS. В этом также заключается технико-экономический эффект предлагаемого устройства по сравнению с известными.To determine the spatial orientation by the signals of the GLONASS and GPS navigation systems with an error of units of angular minutes under the influence of interference in a known device, there should be a significant number of elements in the antenna array, which leads to a significant increase in the size and cost of signal reception and processing units, - due to the significant non-identity of the individual reception paths, the accuracy of determining spatial orientation is significantly reduced (for example, SAW filters used in the receiver kTe as bandpass filters that have a spread parameter characterizing the delay signal at tens of nanoseconds, which leads to considerable errors temporary anchor points determine the angle of arrival of the satellite signal and, respectively, to determine the angular error of the object position). The proposed device allows to increase the accuracy of measuring the angles of arrival of signals from satellites by an order of magnitude or more, and, accordingly, to reduce the error in determining the direction to the satellite, as well as the spatial orientation of the object. Moreover, the definition in the proposed device is made by the signals of two navigation systems GLONASS and GPS. This also includes the technical and economic effect of the proposed device in comparison with the known ones.
Источники информацииInformation sources
1. Патент RU №2425393, опубл. 27.07.2011, бюл. №21.1. Patent RU No. 2425393, publ. 07/27/2011, bull. No. 21.
2. Патент US №6598009, опубл. 22.07.2003.2. US patent No. 6598009, publ. 07/22/2003.
3. Цифровые радиоприемные системы: Справочник / Под ред. М.И. Жодзишского. М.: Радио и связь, 1990.3. Digital Radio Receiving Systems: Reference Book / Ed. M.I. Zhodzishsky. M .: Radio and communications, 1990.
4. Амплитудно-фазовая конверсия / Под ред. Г.М. Крылова. М.: Связь, 1979.4. Amplitude-phase conversion / Ed. G.M. Krylova. M .: Communication, 1979.
5. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / B.C. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич и др. / Под ред. B.C. Шебшаевича. - М.: Радио и связь, 1993.5. Network satellite radio navigation systems / B.C. Shebshaevich, P.P. Dmitriev, N.V. Ivantsevich et al. / Ed. B.C. Shebshaevich. - M .: Radio and communications, 1993.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014107449/07A RU2547840C1 (en) | 2014-02-26 | 2014-02-26 | Device for determination of object space orientation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014107449/07A RU2547840C1 (en) | 2014-02-26 | 2014-02-26 | Device for determination of object space orientation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2547840C1 true RU2547840C1 (en) | 2015-04-10 |
Family
ID=53296494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014107449/07A RU2547840C1 (en) | 2014-02-26 | 2014-02-26 | Device for determination of object space orientation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2547840C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001216377A (en) * | 2000-02-01 | 2001-08-10 | Ntt Advanced Technology Corp | Position dependence mobile communication system and position managing method of portable equipment using same |
| US20030050755A1 (en) * | 2001-09-12 | 2003-03-13 | Nec Corporation | Location information conversion device, control method therefor, location information providing system using them, and control method therefor |
| US6598009B2 (en) * | 2001-02-01 | 2003-07-22 | Chun Yang | Method and device for obtaining attitude under interference by a GSP receiver equipped with an array antenna |
| RU2310162C1 (en) * | 2006-08-16 | 2007-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП) | Method and device for determining mutual spatial orientation of objects |
| RU2315357C2 (en) * | 2003-11-27 | 2008-01-20 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Object detection method |
| RU2408840C1 (en) * | 2009-10-29 | 2011-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Apparatus for determining spatial orientation of objects |
-
2014
- 2014-02-26 RU RU2014107449/07A patent/RU2547840C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001216377A (en) * | 2000-02-01 | 2001-08-10 | Ntt Advanced Technology Corp | Position dependence mobile communication system and position managing method of portable equipment using same |
| US6598009B2 (en) * | 2001-02-01 | 2003-07-22 | Chun Yang | Method and device for obtaining attitude under interference by a GSP receiver equipped with an array antenna |
| US20030050755A1 (en) * | 2001-09-12 | 2003-03-13 | Nec Corporation | Location information conversion device, control method therefor, location information providing system using them, and control method therefor |
| RU2315357C2 (en) * | 2003-11-27 | 2008-01-20 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Object detection method |
| RU2310162C1 (en) * | 2006-08-16 | 2007-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП) | Method and device for determining mutual spatial orientation of objects |
| RU2408840C1 (en) * | 2009-10-29 | 2011-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Apparatus for determining spatial orientation of objects |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5698350B2 (en) | Interference wave signal removal apparatus, GNSS reception apparatus, mobile terminal, interference wave signal removal program, and interference wave signal removal method | |
| RU2669700C1 (en) | Radio receiver for detecting signal source location | |
| JP5698349B2 (en) | Interference wave signal removal apparatus, GNSS reception apparatus, mobile terminal, interference wave signal removal program, and interference wave signal removal method | |
| RU2423719C1 (en) | Method for adaptive measurement of spatial parameters of radio-frequency radiation sources and device for realising said method | |
| RU2495447C2 (en) | Beam forming method | |
| CN103116170A (en) | Indoor testing system of antenna array based interference rejection module of global navigation satellite system (GNSS) | |
| CN110927751B (en) | Array antenna self-adaptive correction implementation method based on carrier phase measurement | |
| RU2449306C1 (en) | Phase bearing finder | |
| RU2656998C1 (en) | High-sensitivity signal receiver of global navigation satellite systems | |
| RU2547840C1 (en) | Device for determination of object space orientation | |
| US20060119514A1 (en) | Radio signal direction finder | |
| JP6415118B2 (en) | Interference suppression device and interference suppression system | |
| RU2618520C1 (en) | Method for object angular orientation on radio navigation signals of spacecrafts | |
| US6384784B1 (en) | Direction finder system using spread spectrum techniques | |
| RU2425393C1 (en) | Device for determining direction of radio signal source | |
| RU2309425C2 (en) | Method of forming calibration data for radio direction finder/ range finder (versions) | |
| US10514443B2 (en) | Method for evaluating radar radiation, and radar apparatus | |
| RU179926U1 (en) | INTERFERABLE NAVIGATION SYSTEM | |
| RU2652529C1 (en) | Method and device for phasing and equal-signal differential automatic tracking of non-uniform digital antenna array for reception of wide-band signals | |
| RU2458355C1 (en) | Phase direction finder | |
| RU2638559C1 (en) | Method of measurement of object polarization scattering matrix with distortion compensation | |
| RU2787076C1 (en) | Multifrequency receiver of signals of global navigation satellite systems | |
| RU2319168C1 (en) | Device for compensating signals received through side directional lobes | |
| RU2184983C2 (en) | Method locating thunderstorms and device for its implementation | |
| CN114355402B (en) | Satellite-borne multidimensional GNSS-S radar system and ship target detection method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190227 |