RU2564523C1 - Method of angular object orientation using spacecraft radio navigation signals - Google Patents

Method of angular object orientation using spacecraft radio navigation signals Download PDF

Info

Publication number
RU2564523C1
RU2564523C1 RU2014129573/07A RU2014129573A RU2564523C1 RU 2564523 C1 RU2564523 C1 RU 2564523C1 RU 2014129573/07 A RU2014129573/07 A RU 2014129573/07A RU 2014129573 A RU2014129573 A RU 2014129573A RU 2564523 C1 RU2564523 C1 RU 2564523C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
navigation
interference
receiving
signals
channel
Prior art date
Application number
RU2014129573/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Николаевич Ратушняк
Юрий Леонидович Фатеев
Валерий Николаевич Тяпкин
Дмитрий Дмитриевич Дмитриев
Евгений Николаевич Гарин
Евгений Алексеевич Вейсов
Original Assignee
Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) filed Critical Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу)
Priority to RU2014129573/07A priority Critical patent/RU2564523C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2564523C1 publication Critical patent/RU2564523C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: in conditions of noise situation before measurement of phase shifts the vector of correction weight coefficient is determined for each of reception channels by their calibration by reference pilot noise. The noise signal of each of reception channels is summarized with the noise signals of other channels which are compensatory for it, previously multiplied by the respective vector of weight coefficient. Each vector of weight coefficient is calculated on the basis of recurrent assessment of inverse noise correlation matrix taking into account vectors of correction weight coefficients. Then the radio navigational signals are distinguished from n navigation spacecrafts and their initial parameters are restored in each reception channel.
EFFECT: increase of overall performance of multichannel goniometric navigation equipment in a difficult noise situation.
2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области спутниковой навигации и может быть использовано для определения углового положения объектов в пространстве или на плоскости в условиях воздействия преднамеренных широкополосных помех.The present invention relates to the field of satellite navigation and can be used to determine the angular position of objects in space or on a plane under the influence of intentional broadband interference.

Наиболее современными признаются методы борьбы с помехами на основе пространственной селекции, обеспечиваемой при помощи многоэлементных антенных систем. Принцип компенсации помех заложен в использование корреляционных свойств помеховых колебаний, принятых различными каналами. Аппаратура защиты от активных шумовых помех навигационной аппаратуры потребителей представляет собой многоканальный квадратурный корреляционный автокомпенсатор с алгоритмом формирования весовых коэффициентов и компенсационного цифрового суммирования. Для эффективного подавления помех требуется учесть все задержки и декоррелирующие факторы, возникающие в приемных трактах, которые могут быть самого разного рода: в виде различий в ширине полосы пропускания и в частоте настройки (центральной частоте), различий в форме комплексной частотной характеристики (КЧХ), разбросом компенсационных каналов по коэффициенту усиления и фазовому сдвигу.The most modern methods are recognized for combating interference based on spatial selection provided using multi-element antenna systems. The principle of interference compensation is based on the use of correlation properties of interference oscillations received by various channels. The protection equipment against active noise interference of the navigation equipment of consumers is a multi-channel quadrature correlation auto-compensator with an algorithm for the formation of weighting coefficients and compensation digital summation. To effectively suppress interference, it is necessary to take into account all delays and decorrelating factors that occur in the receiving paths, which can be of various kinds: in the form of differences in the bandwidth and tuning frequency (center frequency), differences in the form of a complex frequency response (CFC), the spread of the compensation channels in terms of gain and phase shift.

Известен способ компенсации помех, принятых на основную и дополнительные (компенсационные) антенны, которые не должны содержать полезного сигнала [1]. Сигнал основного канала подается на сумматор с единичным весом, а колебания компенсационных каналов взвешиваются исходя из помеховой обстановки. При этом цель подстройки весовых коэффициентов - обеспечить минимальную мощность шума на выходе сумматора. Недостатком этого способа является невозможность определения углового положения объекта.A known method of compensating for interference received on the main and additional (compensation) antenna, which should not contain a useful signal [1]. The signal of the main channel is fed to the adder with a unit weight, and the oscillations of the compensation channels are weighed based on the interference environment. At the same time, the goal of adjusting the weight coefficients is to provide minimum noise power at the output of the adder. The disadvantage of this method is the inability to determine the angular position of the object.

Также известен способ угловой ориентации объекта по радионавигационным сигналам космических аппаратов, взятый в качестве прототипа, основанный на приеме сигналов от n космических аппаратов двумя или более антенно-приемными устройствами, расположенными параллельно одной или двум осям объекта, выделении сигнала с частотой Доплера, определении набега фаз за интервал времени измерения и определении углового положения объекта [2]. Данный способ рассчитан на прием только радионавигационных сигналов, без учета возможных принимаемых помеховых сигналов как естественного, так и преднамеренного происхождения, поэтому в сложной поме-ховой обстановке определение угловой ориентации объекта становится крайне затруднительным.Also known is a method of angular orientation of an object according to the radio navigation signals of spacecraft, taken as a prototype, based on the reception of signals from n spacecraft by two or more antenna-receiving devices located parallel to one or two axes of the object, isolating a signal with a Doppler frequency, determining phase incursion for the measurement time interval and determining the angular position of the object [2]. This method is designed to receive only radio navigation signals, without taking into account the possible received interference signals of both natural and intentional origin, therefore, in a difficult interference environment, determining the angular orientation of an object becomes extremely difficult.

В основу изобретения положена задача повышения эффективности работы угломерной навигационной аппаратуры в сложной помеховой обстановке путем компенсационного цифрового подавления помехи с учетом предварительной калибровки приемных каналов при заданных погрешности и времени измерения угловой ориентации объекта.The basis of the invention is the task of increasing the efficiency of the goniometric navigation equipment in a complex jamming environment by compensating digital interference suppression taking into account preliminary calibration of the receiving channels for a given error and measurement time of the angular orientation of the object.

Поставленная задача решается тем, что в способе угловой ориентации объекта по радионавигационным сигналам космических аппаратов, основанном на приеме радионавигационных сигналов от n навигационных космических аппаратов двумя или более приемными каналами, антенны которых расположены так, что линии, проведенные через фазовые центры антенн, параллельны одной или двум осям объекта, измерении фазовых сдвигов между сигналами от каждого из n навигационных космических аппаратов между парами приемных каналов и определении углового положения объекта, согласно изобретению в условиях помеховой обстановки перед измерением фазовых сдвигов определяют вектор поправочного весового коэффициента для каждого из приемных каналов путем их калибровки эталонной пилот-помехой, сигнал помехи каждого из приемных каналов суммируют с сигналами помех остальных каналов, являющихся для него компенсационными, предварительно умноженными на соответствующий вектор весового коэффициента, которые вычисляют на основе рекуррентной оценки обратной корреляционной матрицы помех с учетом векторов поправочных весовых коэффициентов, выделяют радионавигационные сигналы от n навигационных космических аппаратов и восстанавливают их исходные параметры в каждом приемном канале путем решения системы уравненийThe problem is solved in that in the method of angular orientation of the object by the radio navigation signals of spacecraft, based on the reception of radio navigation signals from n navigation spacecraft with two or more receiving channels, the antennas of which are located so that the lines drawn through the phase centers of the antennas are parallel to one or two axes of an object, measuring phase shifts between signals from each of n navigation spacecraft between pairs of receiving channels and determining the angular position of an object according to the invention in an interference environment, before measuring the phase shifts, the correction weight factor vector for each of the receiving channels is determined by calibrating them with a reference pilot noise, the interference signal of each of the receiving channels is summed with the interference signals of the remaining channels, which are compensated for it, previously multiplied to the corresponding vector of the weight coefficient, which is calculated on the basis of a recursive estimate of the inverse correlation matrix of interference, taking into account the vectors in correcting weighting coefficients, select radio navigation signals from n navigation spacecraft and restore their initial parameters in each receiving channel by solving a system of equations

Figure 00000001
где
Figure 00000001
Where

Figure 00000002
- выделенный радионавигационный сигнал, принятый от i-го навигационного космического аппарата в m-м приемном канале;
Figure 00000002
- a dedicated radio navigation signal received from the i-th navigation spacecraft in the m-th receiving channel;

Figure 00000003
- принятый радионавигационный сигнал от i-го навигационного космического аппарата в m-м приемном канале;
Figure 00000003
- received radio navigation signal from the i-th navigation spacecraft in the m-th receiving channel;

Figure 00000004
- вектор весового коэффициента k-го компенсационного канала в m-м приемном канале;
Figure 00000004
is the vector of the weight coefficient of the k-th compensation channel in the m-th receiving channel;

Figure 00000005
- вектор поправочного весового коэффициента k-го компенсационного канала в m-м приемном канале;
Figure 00000005
is the vector of the correction weight coefficient of the k-th compensation channel in the m-th receiving channel;

i - номер навигационного космического аппарата, i=1, 2, …, n;i is the number of the navigation spacecraft, i = 1, 2, ..., n;

m - номер приемного канала, m=1, 2, …, p;m is the number of the receiving channel, m = 1, 2, ..., p;

k - номер компенсационного канала, k=1, 2, …, (р-1).k is the number of the compensation channel, k = 1, 2, ..., (p-1).

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства определения угловой ориентации объекта в условиях воздействия широкополосных помех, реализующего предложенный способ с коррекцией КЧХ приемных каналов, на фиг. 2 приведена диаграмма направленности антенной системы после адаптации к двум постановщикам помех по результатам моделирования работы предложенного устройства.In FIG. 1 shows a structural diagram of a device for determining the angular orientation of an object under the influence of broadband interference, which implements the proposed method with correction of the frequency response of the receiving channels, FIG. 2 shows the radiation pattern of the antenna system after adaptation to two jammers according to the results of modeling the operation of the proposed device.

Устройство определения угловой ориентации объекта, реализующее заявляемый способ в условиях воздействия широкополосных помех, содержит m приемных каналов, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные: антенну 11 (12, …, 1m), аналоговый тракт 21 (22, …, 2m) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 31 (32, …, 3m), выход которого подключен к соответствующему входу аппаратуры 4 подавления помех. Аппаратура 4 подавления помех содержит m блоков подавления помех 51 (52, …, 5m), входы каждого из которых соединены с m входами аппаратуры 4 подавления помех. Каждый из блоков 51 (52, …, 5m) подавления помех содержит сумматор 6, m-1 умножителей 7 и адаптивный процессор 8. Первые входы умножителей 7 и входы адаптивного процессора 8 соединены соответственно со 2-го по m-й входами блока 5m (каждого из блоков 5) подавления помех, а остальные входы (другими входами умножители 7) соединены с соответствующими выходами процессора 8. Сумматор 6 первым входом подключен к первому входу соответствующего блока подавления помех 5, а остальными соответственно к выходам умножителей 7 в этом блоке. Выходом сумматор 6 подключен к управляющему входу адаптивного процессора 8, к соответствующему входу блока 9 цифровой обработки сигналов и к соответствующему входу ПЭВМ 11. Выходы блока 9 цифровой обработки сигналов подключены к соответствующим входам блока 10 восстановления фазы, а входы коррекции фазовых соотношений блока 10 восстановления фазы соединены соответственно с выходами адаптивных процессоров 8 каждого из блоков 5. Устройство определения угловой ориентации объекта включает также в себя генератор помех 12, который соединен с входами аналоговых трактов 21 (22, …, 2m) и анализатором спектра 13. Для анализа компенсации уровня эталонной помехи выход анализатора спектра 13 соединен с ПЭВМ 11, выход которой соединен с корректирующим входом адаптивного процессора 8 каждого из блоков 5. Выходы блока восстановления фазы 10 соединены с соответствующими входами блока измерения угловой ориентации 14.A device for determining the angular orientation of an object that implements the inventive method under conditions of broadband interference includes m receiving channels, each of which includes serially connected: antenna 1 1 (1 2 , ..., 1 m ), analog path 2 1 (2 2 , ..., 2 m ) and an analog-to-digital converter (ADC) 3 1 (3 2 , ..., 3 m ), the output of which is connected to the corresponding input of the interference suppression equipment 4. The interference suppression equipment 4 contains m interference suppression units 5 1 (5 2 , ..., 5 m ), the inputs of each of which are connected to the m inputs of the interference suppression equipment 4. Each of the blocks 5 1 (5 2 , ..., 5 m ) of the interference suppression contains an adder 6, m-1 of the multipliers 7 and an adaptive processor 8. The first inputs of the multipliers 7 and the inputs of the adaptive processor 8 are connected respectively to the 2nd through mth inputs block 5 m (each of blocks 5) of interference suppression, and the remaining inputs (other inputs of multipliers 7) are connected to the corresponding outputs of processor 8. Adder 6 is connected to the first input of the corresponding interference suppression unit 5 by the first input, and the rest, respectively, to the outputs of multipliers 7 in this block. The output of the adder 6 is connected to the control input of the adaptive processor 8, to the corresponding input of the digital signal processing unit 9 and to the corresponding input of the PC 11. The outputs of the digital signal processing unit 9 are connected to the corresponding inputs of the phase recovery unit 10, and the phase corrections input of the phase recovery unit 10 connected respectively to the outputs of the adaptive processors 8 of each of the blocks 5. The device for determining the angular orientation of the object also includes an interference generator 12, which is connected to the input the analog paths 2 1 (2 2 , ..., 2 m ) and a spectrum analyzer 13. To analyze the compensation of the reference noise level, the output of the spectrum analyzer 13 is connected to a PC 11, the output of which is connected to the correction input of the adaptive processor 8 of each of the blocks 5. The outputs of the block recovery phase 10 is connected to the corresponding inputs of the block measuring the angular orientation 14.

Сущность предлагаемого способа можно пояснить на примере работы устройства для определения угловой ориентации объекта в условиях воздействия преднамеренных помех, содержащего 3 приемных канала.The essence of the proposed method can be illustrated by the example of the device for determining the angular orientation of an object under the influence of intentional interference, containing 3 receiving channels.

Перед тем, как производить определение угловой ориентации объекта в помеховой обстановке, предварительно калибруют приемные каналы путем коррекции их частотных характеристик, для чего устанавливается только эталонная пилот-помеха генератором помех 12, которая поступает на вход аналоговых трактов 2, где усиливается и преобразуется в сигналы промежуточной частоты, а затем поступает в АЦП 3. Пилот-помеха при прохождении через аналоговые тракты разных приемных каналов подвергается искажениям и, как следствие, межканальной декорреляции в этих каналах. С выходов АЦП 3 цифровые сигналы пилот-помехи поступают на входы аппаратуры 4 подавления помех и далее на три блока подавления помех 51, 52, 53, представляющие собой корреляционные автокомпенсаторы, для формирования весовых коэффициентов, перемножением их с сигналами помех компенсационных каналов и цифрового суммирования. В каждом из блоков 5 подавления помех производится расчет вектора весовых коэффициентов R k

Figure 00000006
для ее компенсации на основе рекуррентной оценки обратной корреляционной матрицы помех адаптивными процессорами 8Before determining the angular orientation of the object in an interference environment, the receiving channels are pre-calibrated by correcting their frequency characteristics, for which only a reference pilot noise is established by the interference generator 12, which is fed to the input of the analog paths 2, where it is amplified and converted into intermediate signals frequency, and then goes to the ADC 3. The pilot noise when passing through the analog paths of different receiving channels is distorted and, as a result, inter-channel decorrelation in their channels. From the outputs of the ADC 3, digital pilot interference signals are fed to the inputs of the interference suppression equipment 4 and then to three interference suppression units 5 1 , 5 2 , 5 3 , which are correlation auto-compensators, to form weight coefficients, multiplying them with interference signals of the compensation channels and digital summation. In each of the blocks 5 interference suppression is the calculation of the vector of weights R k
Figure 00000006
for its compensation on the basis of a recursive estimate of the inverse correlation matrix of interference adaptive processors 8

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
- вектор весового коэффициента k-го компенсационного канала на l+1 шаге адаптации.
Figure 00000008
is the vector of the weight coefficient of the kth compensation channel at l + 1 adaptation step.

Для рекуррентной оценки обратной корреляционной матрицы помех на управляющий вход адаптивного процессора 8 подается сигнал с выхода сумматора 6 в качестве обратной связи.For a recurrent estimate of the inverse correlation matrix of interference to the control input of the adaptive processor 8, a signal is output from the output of the adder 6 as feedback.

С генератора помех 12 пилот-помеха поступает и на вход анализатора спектра 13 для анализа ее уровня мощности в ПЭВМ 11 Вследствие межканальной декорреляции некомпенсированные остатки пилот-помехи с выхода сумматора 6 поступают на вход ПЭВМ 11. В ПЭВМ 11 рассчитывается и запоминается значение вектора поправочного весового коэффициента каждого откалиброванного компенсационного канала, который поступает на корректирующий вход адаптивного процессора 8 соответствующего канала. Целью расчета и формирования векторов поправочных весовых коэффициентов в ПЭВМ 11 является достижение минимального спектра мощности пилот-помехи калибруемых каналов.From the interference generator 12, the pilot noise also arrives at the input of the spectrum analyzer 13 for analysis of its power level in the personal computer 11 Due to inter-channel decorrelation, uncompensated residual pilot interference from the output of the adder 6 is fed to the input of the personal computer 11. In the personal computer 11, the value of the correction weight vector is calculated and stored the coefficient of each calibrated compensation channel, which is fed to the correction input of the adaptive processor 8 of the corresponding channel. The purpose of calculating and forming the vectors of correction weighting factors in PC 11 is to achieve the minimum power spectrum of the pilot interference of the calibrated channels.

Определение векторов поправочных весовых коэффициентов производится при одинаковой помехе на входе всех приемных каналов в установившемся режиме. Таким образом, производится дополнительная подстройка каналов, обеспечивая уменьшение расхождения их частотных характеристик и задержек сигналов.The determination of the correction weight vectors is performed with the same interference at the input of all receiving channels in the steady state. Thus, an additional adjustment of the channels is performed, providing a reduction in the discrepancy between their frequency characteristics and signal delays.

После вычисления векторов поправочных весовых коэффициентов на вход приемных каналов подключают аддитивную смесь радионавигационных сигналов и преднамеренных помех, которые принимаются тремя разнесенными антеннами, где осуществляется дальнейшая пространственная компенсация преднамеренных помех с учетом уже вычисленных векторов поправочных весовых коэффициентов и выделение радионавигационных сигналов от навигационных космических аппаратов для определения углового положения объекта (курс, крен, тангаж).After calculating the correction weight vectors, an additive mixture of radio navigation signals and intentional interference, which are received by three spaced antennas, is connected to the input of the receiving channels, where further spatial compensation of intentional interference is carried out taking into account the already calculated correction weight vectors and the separation of radio navigation signals from navigation spacecraft to determine the angular position of the object (course, roll, pitch).

Рассмотрим принцип подавления помехи на примере блока 51 подавления помех первого приемного канала.Consider the principle of noise suppression on the example of block 51 of the suppression of the first receiving channel.

Аддитивная смесь сигналов n навигационных космических аппаратов и преднамеренных широкополосных помех от постановщиков помех имеет вид:An additive mixture of signals n of navigation spacecraft and deliberate broadband interference from jammers has the form:

Figure 00000009
Figure 00000009

Nmj - сигнал помехи, принятый в m -м приемном канале от j-го постановщика помех;N mj is the interference signal received in the mth receiving channel from the jth jammer;

Ymi - принятый радионавигационный сигнал от i-го навигационного космического аппарата в m-м приемном канале;Y mi is the received radio navigation signal from the i-th navigation spacecraft in the m-th receiving channel;

i - номер навигационного космического аппарата, i=1, 2, … n;i is the number of the navigation spacecraft, i = 1, 2, ... n;

m - номер приемного канала, m=1, 2, … р;m is the number of the receiving channel, m = 1, 2, ... p;

Сигнал на выходе сумматора 6 в первом приемном канале будет равен:The signal at the output of the adder 6 in the first receiving channel will be equal to:

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
- вектор входных сигналов;
Figure 00000011
- vector of input signals;

Выражение для вектора весовых коэффициентов в этом приемном канале равноThe expression for the vector of weights in this receiving channel is

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
- вектор весовых коэффициентов компенсационных каналов для первого приемного канала;
Figure 00000013
- a vector of weighting coefficients of the compensation channels for the first receiving channel;

Figure 00000014
- вектор поправочного весового коэффициента k-го компенсационного канала;
Figure 00000014
is the vector of the correction weight coefficient of the k-th compensation channel;

Х1 - вектор входного сигнала первого приемного канала;X 1 is the vector of the input signal of the first receiving channel;

Figure 00000015
- вектор входного сигнала k-го компенсационного канала, для первого приемного канала, при этом (*) означает комплексно сопряженную матрицу, а (Т) - транспонированную матрицу.
Figure 00000015
is the vector of the input signal of the k-th compensation channel for the first receiving channel, while (*) means the complex conjugate matrix, and (T) the transposed matrix.

Тогда выходной сигнал на выходе блока 51 подавления помех в случае дискретной оценки будет определяться путем решения следующей системы уравнений [3]:Then the output signal at the output of block 5 1 interference suppression in the case of a discrete estimate will be determined by solving the following system of equations [3]:

Figure 00000016
Figure 00000016

l - номер шага адаптации;l is the adaptation step number;

Figure 00000017
- обратная корреляционная матрица помех k-го компенсационного канала на l+1 шаге адаптации;
Figure 00000017
- inverse correlation matrix of interference of the k-th compensation channel at l + 1 adaptation step;

Figure 00000018
- вектор весовых коэффициентов k-го компенсационного канала на l+1 шаге адаптации;
Figure 00000018
is the vector of weight coefficients of the k-th compensation channel at l + 1 adaptation step;

m - номер приемного канала, m=1, 2, … р;m is the number of the receiving channel, m = 1, 2, ... p;

k - номер компенсационного канала, k=1, 2, … (р-1).k is the number of the compensation channel, k = 1, 2, ... (p-1).

В остальных приемных каналах расчет вектора весовых коэффициентов

Figure 00000019
происходит аналогично.In other receiving channels, the calculation of the vector of weight coefficients
Figure 00000019
happens the same way.

Далее с выхода сумматора 6 каждого блока 5 подавления помех очищенные от помех радионавигационные сигналы поступают на вход блока 9 цифровой обработки сигналов, где происходит разделение сигналов каждого из навигационных космических аппаратов, а также поиск, захват сигналов по частоте и задержке, частотная автоподстройка, синхронизация по метке времени и границе бита служебной информации, прием и декодирование служебной информации и измерение радионавигационных параметров сигнала. Кроме перечисленных задач, блок 9 цифровой обработки сигналов решает задачи вторичной обработки измеренных параметров, заключающиеся в определении координат навигационного космического аппарата на момент проведения измерений (задача размножения эфемерид) на основе принятой служебной информации, вычисления координат объекта.Further, from the output of the adder 6 of each interference suppression unit 5, the radio navigation signals cleared of interference are fed to the input of the digital signal processing unit 9, where the signals of each of the navigation spacecraft are separated, as well as the search, capture of signals by frequency and delay, frequency self-tuning, synchronization by time stamp and bit boundary of service information, reception and decoding of service information and measurement of radio navigation parameters of the signal. In addition to the tasks listed above, the digital signal processing unit 9 solves the problems of secondary processing of the measured parameters, which consist in determining the coordinates of the navigation spacecraft at the time of measurement (the task of multiplying the ephemeris) based on the received service information, and calculating the coordinates of the object.

Однако при подавлении помех изменяется фаза сигнала от каждого космического аппарата

Figure 00000020
. В результате искажения фазовых сдвигов при подавлении помех информация об угловой ориентации искажается и измерения становятся невозможными.However, when suppressing interference, the phase of the signal from each spacecraft changes
Figure 00000020
. As a result of phase shift distortion during interference suppression, information about the angular orientation is distorted and measurements become impossible.

Решается эта проблема путем коррекции измеренных фазовых сдвигов в блоке 10 восстановления фазы. Векторы весовых коэффициентов

Figure 00000021
, которые используются в аппаратуре 4 подавления помех, известны, поэтому есть возможность восстановить исходные фазовые соотношения и, таким образом, измерить угловую ориентацию. Сигналы, принятые от i-го навигационного космического аппарата, на входе блока 10 восстановления фазы в трех основных (измерительных) каналах будут иметь видThis problem is solved by correcting the measured phase shifts in the phase recovery unit 10. Weighting Vectors
Figure 00000021
that are used in the interference suppression apparatus 4 are known, therefore, it is possible to restore the original phase relationships and, thus, measure the angular orientation. The signals received from the i-th navigation spacecraft at the input of the phase recovery unit 10 in the three main (measuring) channels will be

Figure 00000022
Figure 00000022

Figure 00000023
- выделенный радионавигационный сигнал, принятый от i-го навигационного космического аппарата соответственно в 1, 2, 3 приемном канале;
Figure 00000023
- a dedicated radio navigation signal received from the i-th navigation spacecraft, respectively, in 1, 2, 3 receiving channel;

Figure 00000024
- принятый радионавигационный сигнал от i-го навигационного космического аппарата соответственно в 1, 2, 3 приемном канале;
Figure 00000024
- received radio navigation signal from the i-th navigation spacecraft, respectively, in 1, 2, 3 receiving channel;

Figure 00000025
- вектор весового коэффициента 1-го компенсационного канала соответственно для 1, 2, 3 приемного канала;
Figure 00000025
- the vector of the weight coefficient of the 1st compensation channel, respectively, for 1, 2, 3 of the receiving channel;

Figure 00000026
- вектор весового коэффициента 2-го компенсационного канала соответственно для 1,2,3 приемного канала;
Figure 00000026
- the vector of the weight coefficient of the 2nd compensation channel, respectively, for the 1,2,3 receiving channel;

Figure 00000027
- вектор поправочного весового коэффициента соответственно 1,2-го компенсационного канала для соответствующего приемного канала;
Figure 00000027
- the vector of the correction weight coefficient, respectively, of the 1.2th compensation channel for the corresponding receiving channel;

i - номер навигационного космического аппарата, i=1, 2, …, n;i is the number of the navigation spacecraft, i = 1, 2, ..., n;

После обработки в блоке восстановления фазы 10 сигналы поступают в блок измерения угловой ориентации 14, где производится оптимальная оценка начальных фаз сигналов, принятых антеннами, вычисляются значения фазовых сдвигов сигналов, принятых двумя пространственно-разнесенными антеннами φi по каждому из навигационных космических аппаратов, которые в дальнейшем используются для определения углового положения осей измеряемого объекта путем решения системы уравнений.After processing in the phase 10 recovery unit, the signals are sent to the angular orientation measuring unit 14, where the initial phases of the signals received by the antennas are optimally estimated, the phase shifts of the signals received by two spatially separated antennas φ i for each of the navigation spacecraft are calculated are further used to determine the angular position of the axes of the measured object by solving a system of equations.

Необходимое число приемных каналов определяется функциональным назначением, а именно, для определения угловой ориентации объекта необходимо как минимум 3 приемных канала. С другой стороны, для подавления t помех требуется (t+1) приемных каналов. Таким образом, минимальное число приемных каналов равно трем, при этом можно подавить помехи от двух источников. При увеличении требований числа подавляемых помех число приемных каналов будет определяться этими требованиями. При этом все приемные каналы можно использовать для определения угловой ориентации.The required number of receiving channels is determined by the functional purpose, namely, to determine the angular orientation of the object, at least 3 receiving channels are necessary. On the other hand, to suppress t interference, (t + 1) receive channels are required. Thus, the minimum number of receiving channels is three, and it is possible to suppress interference from two sources. With increasing requirements for the number of suppressed interference, the number of receiving channels will be determined by these requirements. Moreover, all the receiving channels can be used to determine the angular orientation.

Связь коэффициента подавления помех с КЧХ приемных каналов рассмотрим на простой схеме при использовании одного компенсационного канала, где коэффициентом подавления помехи определяется по известному выражению [4]:The relationship of the interference suppression coefficient with the frequency response of the receiving channels will be considered in a simple scheme using one compensation channel, where the interference suppression coefficient is determined by the well-known expression [4]:

Figure 00000028
Figure 00000028

ρ - коэффициент корреляции входных сигналов;ρ is the correlation coefficient of the input signals;

Корреляционные моменты (ковариация) входных помех можно выразить через частотные характеристики приемных каналов Km(f) и Sвx (f) - энергетический спектр помехи, опуская эффекты нелинейности и внутреннего шума, тогда коэффициент взаимной корреляции можно представить в видеThe correlation moments (covariance) of the input noise can be expressed in terms of the frequency characteristics of the receiving channels K m (f) and S in (f) is the energy spectrum of the noise, omitting the effects of nonlinearity and internal noise, then the cross-correlation coefficient can be represented as

Figure 00000029
Figure 00000029

Очевидно, что ковариация, а следовательно, и коэффициент подавления зависят не только от частотной характеристики каналов приема, но и от спектральной плотности входной помехи. Поэтому различие частотных характеристик приемных трактов уменьшает межканальную корреляцию помех и эффективность их подавления. Наибольший вклад в формирование частотных характеристик аналоговых трактов вносят фильтры промежуточной частоты. Помимо основных параметров центральной частоты, полосы пропускания, избирательностью, ослаблением сигнала в полосе фильтра все они характеризуются формой вершины и коэффициентом прямоугольности амплитудно-частотной характеристики. Очевидно, что использование фильтров с одинаковыми формами амплитудно-частотной характеристики ведет к идентичности каналов и значение коэффициента подавления автокомпенсатора определяется в основном размахом разности амплитудной и фазовой частотных характеристик каналов приема в полосе сигнала, а также задержкой в каналах.Obviously, the covariance, and therefore the suppression coefficient, depends not only on the frequency response of the receiving channels, but also on the spectral density of the input noise. Therefore, the difference in the frequency characteristics of the receiving paths reduces the inter-channel correlation of interference and the effectiveness of their suppression. The greatest contribution to the formation of the frequency characteristics of analog paths is made by intermediate-frequency filters. In addition to the main parameters of the center frequency, passband, selectivity, signal attenuation in the filter band, they are all characterized by the shape of the peak and the squareness coefficient of the amplitude-frequency characteristic. Obviously, the use of filters with the same forms of amplitude-frequency characteristics leads to the identity of the channels and the value of the suppression coefficient of the auto-compensator is determined mainly by the difference in the amplitude and phase frequency characteristics of the reception channels in the signal band, as well as the delay in the channels.

Необходимо отметить, что эффективность калибровки снижается в процессе эксплуатации, при воздействии дестабилизирующих факторов, таких, например, как изменение температуры, влажность, давление, механические вибрации, поэтому проведение мероприятий корректировки частотных характеристик приемных каналов следует производить перед каждым включением аппаратуры.It should be noted that the calibration efficiency decreases during operation, under the influence of destabilizing factors, such as, for example, changes in temperature, humidity, pressure, mechanical vibrations, therefore, measures should be taken to adjust the frequency characteristics of the receiving channels before each turn on of the equipment.

Использование изобретения позволит обеспечить определение угловой ориентации объектов при воздействии преднамеренных широкополосных помех с учетом декоррелирующих факторов приемных каналов.Using the invention will allow to determine the angular orientation of objects when exposed to deliberate broadband interference, taking into account the decorrelating factors of the receiving channels.

Моделирование способа производилось на трехканальной приемной угломерной аппаратуре при постановке двух преднамеренных помех с угловых направлений β=0°, Θ=-54 и β=0°, Θ=72° в установившемся режиме работы.Modeling of the method was carried out on a three-channel receiving goniometer equipment when setting two intentional interference from the angular directions β = 0 °, Θ = -54 and β = 0 °, Θ = 72 ° in the steady state mode of operation.

Как показывают результаты моделирования (фиг. 2) в направлении двух постановщиков помех с учетом коррекции КЧХ, сформировались узкие провалы диаграммы направленности трехэлементной антенной решетки, достигающие уровня минус 35-45 дБ.As the simulation results (Fig. 2) show in the direction of the two interference directors, taking into account the CFC correction, narrow dips of the radiation pattern of the three-element antenna array were formed, reaching a level of minus 35-45 dB.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить измерения угловой ориентации осей объекта по радионавигационным сигналам навигационных космических аппаратов при заданной погрешности измерения в условиях приема помеховых сигналов как естественного, так и преднамеренного происхождения.Thus, the proposed method allows measurements of the angular orientation of the axes of the object from the radio navigation signals of navigation spacecraft at a given measurement error under the conditions of receiving interference signals of both natural and intentional origin.

ЛитератураLiterature

1. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. Изд. 4-е, перераб. и доп.: Радиотехника, 2010. - 800 с.1. GLONASS. The principles of construction and operation / ed. A.I. Perova, V.N. Harisova. Ed. 4th, rev. and additional .: Radio engineering, 2010. - 800 p.

2. Пат. RU 2122217 Российская Федерация, МПК6 G01S 5/02. Способ угловой ориентации объекта по сигналам навигационных космических аппаратов / А.М. Алешечкин, Ю.Л. Фатеев, Чмых М.К.; заявитель ГОУ ВПО «Красноярский государственный технический университет», - №97107921/09; заявл. 15.05.1997; опубл. 20.11.1998.2. Pat. RU 2122217 Russian Federation, IPC 6 G01S 5/02. The method of angular orientation of the object according to the signals of navigation spacecraft / A.M. Aleshechkin, Yu.L. Fateev, Chmykh M.K .; applicant of the State Educational Institution of Higher Professional Education “Krasnoyarsk State Technical University”, - No. 97107921/09; declared 05/15/1997; publ. 11/20/1998.

3. Тяпкин В.Н., Лубкин И.А. Использование рекуррентных адаптивных алгоритмов для решения задачи подавления активно-шумовых помех в системах спутниковой связи. Вестник Сибирского гос. аэрокосмического ун-та им. акад. М.Ф. Решетнева. - 2010. - Вып. 2 (28). - С. 39-43.3. Tyapkin V.N., Lubkin I.A. Using recurrent adaptive algorithms to solve the problem of suppressing active noise interference in satellite communication systems. Bulletin of the Siberian state. Aerospace University named after Acad. M.F. Reshetneva. - 2010. - Issue. 2 (28). - S. 39-43.

4. В.Н. Харисов, С.Г. Быстраков, А.В. Пастухов, Р.Н. Сизов Метод задания требований к неидентичности каналов компенсаторов помех. / Радиотехника, №7, 2007. - 113 с.4. V.N. Harisov, S.G. Bystrakov, A.V. Pastukhov, R.N. Sizov A method of setting requirements for non-identical channels of interference cancellers. / Radio engineering, No. 7, 2007. - 113 p.

Claims (1)

Способ угловой ориентации объекта по радионавигационным сигналам космических аппаратов, основанный на приеме радионавигационных сигналов от n навигационных космических аппаратов двумя или более приемными каналами, антенны которых расположены так, что линии, проведенные через фазовые центры антенн, параллельны одной или двум осям объекта, измерении фазовых сдвигов между сигналами от каждого из n навигационных космических аппаратов между парами приемных каналов и определении углового положения объекта, отличающийся тем, что в условиях помеховой обстановки перед измерением фазовых сдвигов определяют вектор поправочного весового коэффициента для каждого из приемных каналов путем их калибровки эталонной пилот-помехой, сигнал помехи каждого из приемных каналов суммируют с сигналами помех остальных каналов, являющихся для него компенсационными, предварительно умноженными на соответствующий вектор весового коэффициента, которые вычисляют на основе рекуррентной оценки обратной корреляционной матрицы помех с учетом векторов поправочных весовых коэффициентов, выделяют радионавигационные сигналы от n навигационных космических аппаратов и восстанавливают их исходные параметры в каждом приемном канале путем решения системы уравнений
Figure 00000030
где
Figure 00000031
- выделенный радионавигационный сигнал, принятый от i-го навигационного космического аппарата в m-м приемном канале;
Figure 00000032
- принятый радионавигационный сигнал от i-го навигационного космического аппарата в m-м приемном канале;
Figure 00000033
- вектор весового коэффициента k-го компенсационного канала в m-м приемном канале;
Figure 00000034
- вектор поправочного весового коэффициента k-го компенсационного канала в m-м приемном канале;
i - номер навигационного космического аппарата, i=1, 2, …, n;
m - номер приемного канала, m=1, 2, …,p;
k - номер компенсационного канала, k=1, 2, …, (p-1).
A method for angular orientation of an object using the radio navigation signals of spacecraft, based on receiving radio navigation signals from n navigation spacecraft with two or more receiving channels, the antennas of which are located so that the lines drawn through the phase centers of the antennas are parallel to one or two axes of the object, measuring phase shifts between signals from each of n navigation spacecraft between pairs of receiving channels and determining the angular position of the object, characterized in that under the interference situation before measuring the phase shifts, the correction weight factor vector for each of the receiving channels is determined by calibrating them with the reference pilot noise, the interference signal of each of the receiving channels is summed with the interference signals of the remaining channels, which are compensation for it, previously multiplied by the corresponding weight coefficient vector, which are calculated on the basis of a recursive estimate of the inverse correlation matrix of interference, taking into account the vectors of correction weighting factors, highlight t n radionavigation signals from navigation satellites and restore their original settings in each receiving channel by solving the system of equations
Figure 00000030
Where
Figure 00000031
- a dedicated radio navigation signal received from the i-th navigation spacecraft in the m-th receiving channel;
Figure 00000032
- received radio navigation signal from the i-th navigation spacecraft in the m-th receiving channel;
Figure 00000033
is the vector of the weight coefficient of the k-th compensation channel in the m-th receiving channel;
Figure 00000034
is the vector of the correction weight coefficient of the k-th compensation channel in the m-th receiving channel;
i is the number of the navigation spacecraft, i = 1, 2, ..., n;
m is the number of the receiving channel, m = 1, 2, ..., p;
k is the number of the compensation channel, k = 1, 2, ..., (p-1).
RU2014129573/07A 2014-07-17 2014-07-17 Method of angular object orientation using spacecraft radio navigation signals RU2564523C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014129573/07A RU2564523C1 (en) 2014-07-17 2014-07-17 Method of angular object orientation using spacecraft radio navigation signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014129573/07A RU2564523C1 (en) 2014-07-17 2014-07-17 Method of angular object orientation using spacecraft radio navigation signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2564523C1 true RU2564523C1 (en) 2015-10-10

Family

ID=54289519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014129573/07A RU2564523C1 (en) 2014-07-17 2014-07-17 Method of angular object orientation using spacecraft radio navigation signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2564523C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2618520C1 (en) * 2016-04-18 2017-05-04 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) Method for object angular orientation on radio navigation signals of spacecrafts
RU2696317C1 (en) * 2018-12-19 2019-08-01 Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (АО "НПК "СПП") Method of determining three-axis spatial orientation of a spacecraft

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5570097A (en) * 1995-08-11 1996-10-29 Northrop Grumman Corporation Retransmitted GPS interferometric system
RU2122217C1 (en) * 1997-05-15 1998-11-20 Красноярский государственный технический университет Method of angular orientation of objects by radio navigation signals of spacecraft
US5841370A (en) * 1996-09-20 1998-11-24 Lempicke; Thomas A. Method and apparatus for determining aircraft bank angle using satellite navigational signals
EP0679904B1 (en) * 1989-12-11 2001-10-17 Caterpillar Inc. Integrated vehicle positioning and navigation system, apparatus and method
RU2492499C1 (en) * 2012-03-01 2013-09-10 Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") Method of determining location of object with use of global navigation satellite systems and system for its implementation
RU2504734C1 (en) * 2012-06-28 2014-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Method for determining parameters of model of measurement errors of accelerometers of inertial navigation system as per satellite navigation measurements
RU2506542C1 (en) * 2012-09-21 2014-02-10 Павел Григорьевич Бродский Method of satellite correction of autonomous facilities of navigation of movable objects

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0679904B1 (en) * 1989-12-11 2001-10-17 Caterpillar Inc. Integrated vehicle positioning and navigation system, apparatus and method
US5570097A (en) * 1995-08-11 1996-10-29 Northrop Grumman Corporation Retransmitted GPS interferometric system
US5841370A (en) * 1996-09-20 1998-11-24 Lempicke; Thomas A. Method and apparatus for determining aircraft bank angle using satellite navigational signals
RU2122217C1 (en) * 1997-05-15 1998-11-20 Красноярский государственный технический университет Method of angular orientation of objects by radio navigation signals of spacecraft
RU2492499C1 (en) * 2012-03-01 2013-09-10 Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") Method of determining location of object with use of global navigation satellite systems and system for its implementation
RU2504734C1 (en) * 2012-06-28 2014-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Method for determining parameters of model of measurement errors of accelerometers of inertial navigation system as per satellite navigation measurements
RU2506542C1 (en) * 2012-09-21 2014-02-10 Павел Григорьевич Бродский Method of satellite correction of autonomous facilities of navigation of movable objects

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2618520C1 (en) * 2016-04-18 2017-05-04 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) Method for object angular orientation on radio navigation signals of spacecrafts
RU2696317C1 (en) * 2018-12-19 2019-08-01 Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (АО "НПК "СПП") Method of determining three-axis spatial orientation of a spacecraft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8842042B2 (en) Satellite ephemeris error
CN101765785B (en) A digital beam-forming apparatus and technique for a multi-beam global positioning system (GPS) receiver
JP3556952B2 (en) Localization of unknown signal source
US9658340B2 (en) Method and apparatus for measuring synthetic reception pattern of adaptive array antenna
US9581699B2 (en) Distortionless mean phase antijam nulling of GPS signals
AU2017200628B2 (en) Method for calibrating a satellite radio navigation receiver
ZA200200799B (en) Method and apparatus for locating the source of an unknown signal.
US11277200B2 (en) System and method for estimating a pointing error of a satellite antenna
EP0110260A1 (en) Pulse radar apparatus
RU2564523C1 (en) Method of angular object orientation using spacecraft radio navigation signals
Jia et al. Adaptive blind anti-jamming algorithm using acquisition information to reduce the carrier phase bias
RU2738409C1 (en) Method for interference-protected reception of satellite communication system signals
RU2618520C1 (en) Method for object angular orientation on radio navigation signals of spacecrafts
RU2407026C1 (en) Location finding method of narrow-band radio signals of short-wave range
Tyapkin et al. Correcting non-indentity in receiving channels in interference-immune systems for GLONASS and GPS
US20200241145A1 (en) Integrated interference mitigation for iridium user handsets and gps receivers
Younis et al. Investigations on the internal calibration of multi-channel SAR
WO2019207628A1 (en) Displacement measurement device
Valery et al. Space-time processing of signals in angle measurement navigation receivers
Jeffs et al. Spectral bias in adaptive beamforming with narrowband interference
Swindlehurst et al. Bayesian approaches for robust array signal processing
Church Estimation of adaptive antenna induced phase biases in global navigation satellite systems receiver measurements
Morabito et al. A comparison of atmospheric effects on differential phase for a two-element antenna array and nearby site test interferometer
RU2747377C1 (en) Method for compensating interference signals in combined adapted antenna array
Li et al. A GNSS software receiver beamforming architecture

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190718