RU2551901C2 - Радиоприемное устройство аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области спутниковой навигации и может быть использовано в навигационной аппаратуре потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS, в том числе устанавливаемой на борту космических аппаратов. Технический результат состоит в упрощении конструкции приемника аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем, а также повышении оперативности контроля их работоспособности. Для этого приемник содержит встроенную систему контроля работоспособности приемо-усилительного тракта и калибровки группового времени запаздывания в трактах приема навигационных сигналов ГЛОНАСС и GPS. Изменяют конструкцию имитационного тракта посредством введения синтезатора частот и широкополосного быстродействующего цифро-аналогового преобразования, обеспечивающих возможность формирования имитационных сигналов одновременно для двух аналоговых трактов обработки сигналов, исключены коммутаторы гетеродинных частот и смеситель. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области спутниковой навигации и может быть использовано в навигационной аппаратуре потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS, в том числе устанавливаемой на борту космических аппаратов.

Известен приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем (СНС) (Патент РФ №2100821), содержащий две антенны, два полосовых фильтра-преселектора, первый-третий малошумящие усилители, сверхвысокочастотный коммутатор, опорный термостатированный генератор, выход которого подключен соответственно к выходам первого и второго формирователей сетки опорных частот, фазовращатель, первый-седьмой смесители, первый-третий усилители промежуточной частоты, первый-третий фильтры нижних частот, первый-четвертый полосовые фильтры, первый-третий усилители нижних частот, первый и второй блоки автоматической регулировки усиления, первый-третий аналого-цифровые преобразователи.

Недостатком устройства является отсутствие возможности осуществления в процессе функционирования автоматизированного контроля работоспособности приемно-усилительного тракта навигационных спутников систем ″Глонасс″ и GPS ″Навстар″, а также отсутствие возможности оценки группового времени запаздывания в канале приема и обработки литерных частот навигационных сигналов систем ГЛОНАСС для выполнения последующей калибровки.

Известен приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем (Патент РФ 2195685), содержащий антенный блок, состоящий из двух антенн, входы которых являются первым и вторым информационными входами приемника, и первого-второго малошумящих усилителей, опорный генератор, первый-второй аналоговые тракты, два блока автоматической регулировки усиления.

Недостатком данного устройства является невозможность калибровки группового времени запаздывания в канале приема и обработки навигационных сигналов ГЛОНАСС непосредственно на литерных частотах, что обусловлено формированием встроенным блоком калибровки имитационного сигнала ГЛОНАСС только на одной частоте 1610 МГц, не совпадающей ни с одной из литерных частот.

Наиболее близким к заявляемому является приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем (Патент РФ 2416102), состоящий из антенны, малошумяшего усилителя, опорного генератора, сумматора, синтезатора высокой частоты, синтезатора промежуточной частоты, первого и второго коммутатора, первого и второго аналоговых трактов обработки сигналов спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS соответственно, каждый из которых представляет собой независимый канал приема в виде супергетеродинного приемника с двукратным преобразованием частоты, содержащего последовательно соединенные тракт радиочастоты, смеситель радиочастоты, первый тракт промежуточной частоты, смеситель промежуточной частоты, второй тракт промежуточной частоты, синтезатор высокой частоты и синтезатор промежуточной частоты и аналого-цифровой преобразователь-квантователь, а также имитационного тракта, в состав которого входят усилитель и два смесителя.

К его недостаткам относятся излишняя сложность устройства, а также низкая оперативность контроля работоспособности трактов приема и обработки сигналов ГЛОНАСС и GPS при их функционировании в одном частотном диапазоне (L1 или L2).

В основу изобретения положена задача упрощения устройства и повышение оперативности контроля работоспособности трактов приема навигационных сигналов ГЛОНАСС и GPS, функционирующих преимущественно в одном частотном диапазоне (L1 или L2).

Поставленная задача решается тем, что в радиоприемное устройство аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем, состоящее из антенны, вход которой является информационным входом приемника, малошумящего усилителя, вход которого подключен к выходу антенны, опорного генератора, сумматора, последовательного соединенных усилителя и смесителя имитационного тракта, первого и второго аналоговых трактов обработки сигналов спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS соответственно, каждый из которых представляет независимый канал приема в виде супергетеродинного приемника с двукратным преобразованием частоты, содержащий последовательно соединенные тракт радиочастоты, смеситель радиочастоты, первый тракт промежуточной частоты, смеситель промежуточной частоты, второй тракт промежуточной частоты, синтезатор высокой частоты и синтезатор промежуточной частоты и аналого-цифровой преобразователь-квантователь, выход которого является информационным выходом приемника, при этом каждом аналоговом тракте обработки сигналов СНС второй вход смесителя радиочастоты соединен с выходом синтезатора высокой частоты, второй вход смесителя промежуточной частоты соединен с выходом синтезатора промежуточной частоты, при этом входы синтезаторов высокой и промежуточной частоты первого и второго аналоговых трактов обработки сигналов СНС подключены к выходу опорного генератора, причем выход малошумящего усилителя соединен с первым входом сумматора, выход сумматора подключен к входу тракта радиочастоты первого аналогового тракта обработки сигналов СНС ГЛОНАСС и входу тракта радиочастоты второго аналогового тракта обработки сигналов СНС GPS, второй вход сумматора соединен с выходом усилителя имитационного тракта, второй вход которого является входом управления уровнем имитационного сигнала,

дополнительно в состав имитационного тракта введены синтезатор частот и широкополосный быстродействующий цифроаналоговый преобразователь, причем первый вход усилителя соединен с выходом смесителя имитационного тракта, первый вход смесителя имитационного тракта соединен с выходом синтезатора высокой частоты имитационного тракта, вход которого, в свою очередь, соединен с выходом опорного генератора, второй вход смесителя имитационного тракта соединен с выходом цифроаналогового преобразователя имитационного тракта, вход которого является входом для формирования имитационного сигнала.

Функциональная схема заявляемого устройства представлена на фиг.1. Заявляемое устройство содержит антенный блок, состоящий из антенны (Ант) 1, выход которой подключен к входу малошумящего усилителя (МШУ) 2, в свою очередь, выход которого подключен к первому входу сумматора (Сум) 3. Выход сумматора (Сум) 3 подключен к входу первого тракта радиочастоты (Тр1 РЧ) 4 аналогового тракта обработки сигналов СНС ГЛОНАСС и второго тракта РЧ (Тр2 РЧ) 13 аналогового тракта обработки сигналов СНС GPS. На второй вход сумматора (Сум) 3 поступает сигнал с выхода усилителя (У) 22 имитационного тракта. Выход первого тракта РЧ (Тр1 РЧ) 4 подсоединен к первому входу первого смесителя РЧ (См1 РЧ) 5, ко второму входу которого подключен выход первого синтезатора высокой частоты (СЧ1 ВЧ1) 10. Выход первого смесителя РЧ (См1 РЧ) 5 соединен со входом первого тракта промежуточной частоты (Тр1 ПЧ1) 6, выход которого подключен к первому входу первого смесителя ПЧ (См1 ПЧ) 7, второй вход первого смесителя ПЧ (См1 ПЧ) 7 соединен с выходом первого синтезатора ПЧ (СЧ1 Г1Ч1) 11. Выход первого смесителя ПЧ (См1 ПЧ) 7 подключен к входу первого тракта ПЧ2 (Тр1 ПЧ2) 8, соединенного с входом первого квантователя (Кв 1) 9, выход которого является информационным и может быть соединен с цифровой частью приемника (ЦЧ) 25. Выход второго тракта РЧ (Тр2 РЧ) 13 аналогового тракта обработки сигналов СНС GPS соединен с первым входом второго смесителя РЧ (См2 РЧ) 14, второй вход которого подключен к выходу второго синтезатора ВЧ (СЧ2 ВЧ2) 19. Выход второго смесителя РЧ (См2 РЧ) 14 соединен со входом второго тракта ПЧ1 (Тр2 ПЧ1) 15, выход которого подключен к первому входу второго смесителя ПЧ (См2 ПЧ) 16, второй вход второго смесителя ПЧ (См2 ПЧ) 16 соединен с выходом второго синтезатора ПЧ (СЧ2 ПЧ2) 20. Выход второго смесителя ПЧ (См2 ПЧ) 16 подключен к входу второго тракта ПЧ2 (Тр2 ПЧ2) 17, соединенного с входом второго квантователя (Кв 2) 18, выход которого является информационным и может быть соединен с цифровой частью приемника (ЦЧ) 25. Входы первого синтезатора ВЧ (СЧ1 ВЧ1) 10, первого синтезатора ПЧ (СЧ1 ПЧ1) 11 и второго синтезатора ВЧ (СЧ2 ВЧ2) 19 и второго синтезатора ПЧ (СЧ2 ПЧ2) 20 подключены к выходу опорного генератора (ОГ) 12.

Второй вход сумматора (Сум) 3 подключен к выходу усилителя (У) 22, первый вход которого подключается к выходу смесителя (См) 23, а второй вход является управляющим и подключается к цифровой части (ЦЧ) 25 в целях обеспечения управления уровнем имитационного сигнала. Первый вход смесителя (См) 23 имитационного тракта соединен с выходом синтезатора высокой частоты (СЧ3) 21, вход которого, в свою очередь, подключен к выходу опорного генератора (ОГ) 12, второй вход смесителя (См) 23 имитационного тракта соединен с выходом широкополосного быстродействующего цифроаналогового преобразователя (ШЦАП) 24, вход которого является входом для формирования имитационного сигнала и подключается к цифровой части приемника 25.

Устройство работает следующим образом. На первый вход сумматора 3 поступают сигналы спутниковых навигационных систем, принятые антенной 1 и усиленные малошумящим усилителем 2. На второй вход сумматора 3 подают сигнал от встроенного имитационного тракта для обеспечения решения задачи калибровки группового времени запаздывания в трактах обработки сигналов СНС ГЛОНАСС и GPS или контроля их работоспособности.

При контроле работоспособности каналов приема и обработки сигналов СПС, функционирующих преимущественно в одном частотном диапазоне (L1 или L2) в цифровой части 25, осуществляется формирование широкополосного сигнала (например, для LI AF-35 МГц), спектральные составляющие которого находятся на соответствующих промежуточных частотах. При помощи широкополосного быстродействующего цифроаналогового преобразователя 24 цифровой имитационный сигнал преобразуется в аналоговый, впоследствии переносимый при помощи смесителя 23 на соответствующие радиочастоты. Синтезатор частот 21 формирует необходимую для переноса имитационного сигнала гетеродинную частоту. Усилитель 22 обеспечивает формирование требуемого уровня имитационного сигнала.

Синтезированный имитационный сигнал совместно с сигналом от МШУ 2 поступают на входы трактов РЧ 4, 13 аналоговых трактов обработки сигналов СНС ГЛОННЛС и GPS. В трактах РЧ 4, 13 осуществляется усиление и предварительная фильтрация входных сигналов на несущей частоте. В смесителях РЧ 5, 14 осуществляется снижение частоты входных сигналов гетеродинированием, а затем последующее усиление и фильтрация в трактах ПЧ1 6, 15, повторное преобразование частоты вниз в смесителях ПЧ 7, 16 и окончательные усиление и фильтрация в трактах ПЧ2 8,17. Синтезаторы ВЧ 10, 19 формируют гетеродинные частоты для смесителей РЧ, а синтезаторы ПЧ 11, 20 для смесителей ПЧ. Все синтезаторы заявляемого устройства 10, 11, 19, 20, 21 подключены к опорному генератору 12. С выходов трактов ПЧ сигналы поступают на аналого-цифровые преобразователи-квантователи 9, 18, где осуществляется их квантование по уровню и передача в цифровую часть. По наличию сигналов на априорно известных частотах с учетом преобразования частоты на соответствующих выходах, в программно-математическом обеспечении аппаратуры потребителей судят о работоспособности приемно-усилительного тракта заявляемого устройства.

Функциональные узлы устройства, входящие в его состав, широко известны из уровня техники. Быстродействующий широкополосный цифроаналоговый преобразователь может быть выполнен, например, по схемам, предлагаемым в [Гольцова М. Быстродествующие широкополосные ЦАП. Электроника: Наука, Технология, Бизнес 2/2001, стр.24-28].

В отличие от прототипа, заявляемое устройство обеспечивает возможность формирования имитационных сигналов сразу для двух аналоговых трактов обработки сигналов, функционирующих преимущественно в одном частотном диапазоне, что делает возможным осуществление одновременного контроля их работоспособности и как следствие увеличивает его оперативность, что, в свою очередь, позволяет, например, при функционировании устройства в составе резервируемой аппаратуры в условиях влияния дестабилизирующих факторов (например, на борту космического аппарата) повысить надежность аппаратуры в целом за счет своевременного переключения на резервный комплект. Также в заявляемом устройстве упрощена конструкция за счет исключения необходимости коммутации гетеродинных частот каналов ГЛОНАСС или GPS на входы смесителей имитационного тракта, исключен один смеситель.

Таким образом, достигается заявляемый технический результат изобретения.

Claims (1)

1. Радиоприемное устройство аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем, состоящее из антенны, вход которой является информационным входом приемника, малошумящего усилителя, вход которого подключен к выходу антенны, опорного генератора, сумматора, последовательного соединенных усилителя и смесителя имитационного тракта, первого и второго аналоговых трактов обработки сигналов спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS соответственно, каждый из которых представляет независимый канал приема в виде супергетеродинного приемника с двукратным преобразованием частоты, содержащий последовательно соединенные тракт радиочастоты, смеситель радиочастоты, первый тракт промежуточной частоты, смеситель промежуточной частоты, второй тракт промежуточной частоты, синтезатор высокой частоты и синтезатор промежуточной частоты и аналого-цифровой преобразователь-квантователь, выход которого является информационным выходом приемника, при этом в каждом аналоговом тракте обработки сигналов СНС второй вход смесителя радиочастоты соединен с выходом синтезатора высокой частоты, второй вход смесителя промежуточной частоты соединен с выходом синтезатора промежуточной частоты, при этом входы синтезаторов высокой и промежуточной частоты первого и второго аналоговых трактов обработки сигналов СНС подключены к выходу опорного генератора, причем выход малошумящего усилителя соединен с первым входом сумматора, выход сумматора подключен к входу тракта радиочастоты первого аналогового тракта обработки сигналов СНС ГЛОНАСС и входу тракта радиочастоты второго аналогового тракта обработки сигналов СНС GPS, второй вход сумматора соединен с выходом усилителя имитационного тракта, второй вход которого является входом управления уровнем имитационного сигнала,
   отличающееся тем, что в состав имитационного тракта введены синтезатор частот и широкополосный быстродействующий цифроаналоговый преобразователь, причем первый вход усилителя соединен с выходом смесителя имитационного тракта, второй вход смесителя имитационного тракта соединен с выходом синтезатора высокой частоты имитационного тракта, вход которого, в свою очередь, соединен с выходом опорного генератора, второй вход смесителя имитационного тракта соединен с выходом широкополосного быстродействующего цифроаналогового преобразователя имитационного тракта, вход которого является входом для формирования имитационного сигнала.