Изобретение относится к области радионавигации, а именно к формирователям навигационных радиосигналов спутниковых навигационных систем, и может быть использовано при создании навигационной аппаратуры системы ГЛОНАСС, предназначенной для излучения через единую антенну навигационных сигналов с частотным и кодовым разделением.The invention relates to the field of radio navigation, and in particular to shapers of navigation radio signals of satellite navigation systems, and can be used to create navigation equipment of the GLONASS system, intended for radiation through a single antenna of navigation signals with frequency and code division.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения может быть выбран способ формирования сигнала в имитаторе навигационных радиосигналов из патента на полезную модель RU 122976, публикация 2013 г., ИСС им. Акад. М.Ф. Решетнева. В блоке цифрового формирования навигационного сигнала данного имитатора формируют несколько трактов модулированного сигнала, объединяемых в дальнейшем в сумматоре в единый навигационный сигнал. В каждом тракте по входящей информации цифровой синтезатор с аналоговым выходом формирует сигнал, поступающий через смеситель в модулятор псевдослучайной последовательности. Как и было указано выше, способ формирования сигнала из патента RU 122976 предназначен для использования в имитаторе навигационных сигналов, то есть в устройстве, моделирующем работу спутниковой навигационной системы в целом, но не ее отдельных элементов. То есть использование данного способа для формирования навигационного сигнала в реальной спутниковой навигационной системе может быть затруднено, в частности, из-за того, что использование отдельных трактов для передачи сигналов усложняет бортовую аппаратуру и снижает ее эксплуатационную надежность. В свою очередь, в предлагаемом изобретении становится возможным преодолеть данные недостатки, расширив область применения способов цифрового формирования навигационного сигнала, и повысить качество навигационного сигнала в целом.As the closest analogue of the present invention, a method of generating a signal in a navigational radio signal simulator from a patent for utility model RU 122976, publication of 2013, AIS them. Acad. M.F. Reshetneva. In the digital generation block of the navigation signal of this simulator, several modulated signal paths are formed, which are further combined in the adder into a single navigation signal. In each path, according to the incoming information, a digital synthesizer with an analog output generates a signal coming through a mixer into a pseudo-random sequence modulator. As mentioned above, the signal generation method from patent RU 122976 is intended for use in a navigation signal simulator, that is, in a device simulating the operation of a satellite navigation system as a whole, but not of its individual elements. That is, the use of this method for generating a navigation signal in a real satellite navigation system can be difficult, in particular, due to the fact that the use of separate paths for signal transmission complicates the on-board equipment and reduces its operational reliability. In turn, in the present invention, it becomes possible to overcome these disadvantages by expanding the scope of the methods for digitally generating the navigation signal, and to improve the quality of the navigation signal as a whole.
Предложен способ формирования сигнала спутниковой навигационной системы в квадратурном модуляторе из синфазной и квадратурной составляющих, полученных путем цифрового синтеза частоты по управляющим сигналам. То есть предложен способ формирования сигнала, объединяющего в себе функции прецизионного синхросигнала и информационного сигнала. В отличие от аналога, синфазную и квадратурную составляющие (компоненты) навигационного сигнала генерируют путем цифрового синтеза частоты в программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) из сигналов стандартной и/или высокой точности с частотным и/или кодовым разделением по управляющим сигналам от микроконтроллера мультиплексного канала обмена и микроконтроллера управления и обработки информации. Структурная схема цифрового формирователя сигнала приведена на чертеже.A method for generating a signal of a satellite navigation system in a quadrature modulator from in-phase and quadrature components obtained by digital frequency synthesis from control signals is proposed. That is, a method for generating a signal combining the functions of a precision clock signal and an information signal is proposed. Unlike the analogue, in-phase and quadrature components (components) of the navigation signal are generated by digital frequency synthesis in a programmable logic integrated circuit (FPGA) from standard and / or high-precision signals with frequency and / or code separation by control signals from the microcontroller of the multiplex exchange channel and microcontroller control and information processing. The block diagram of a digital signal driver is shown in the drawing.
Управляющие сигналы и информация из микроконтроллера мультиплексного канала обмена 1 и микроконтроллера управления и обработки информации 2 поступают в ПЛИС 3, где методом цифрового синтеза частоты генерируются отсчеты синфазной 3I и квадратурной 3Q составляющих (компонент) группового навигационного сигнала. Использование цифрового синтеза частоты позволяет создать из опорной частоты требуемую частоту или набор частот, согласно управляющим сигналам и программной логике выбора цифровых отсчетов. Использование ПЛИС 3, по сравнению с использованием микросхем с жесткой логикой, позволяет производить оперативную и гибкую отладку алгоритмов работы и удаленно корректировать работу всей схемы формирования сигнала. Также ПЛИС 3 обеспечивает дополнительное цифровое выравнивание амплитуды группового сигнала, а также его дополнительную цифровую фильтрацию, благодаря чему становится возможным использовать усилители в энергетически выгодном режиме насыщения.The control signals and information from the microcontroller of the multiplex exchange channel 1 and the microcontroller of control and information processing 2 are received in FPGA 3, where the digital phase synthesis method generates samples of in-phase 3 I and quadrature 3 Q components (components) of the group navigation signal. The use of digital frequency synthesis allows you to create the required frequency or set of frequencies from the reference frequency, according to the control signals and the programming logic for selecting digital samples. The use of FPGA 3, in comparison with the use of chips with hard logic, allows for quick and flexible debugging of work algorithms and remotely adjust the operation of the entire signal generation circuit. FPGA 3 also provides additional digital equalization of the amplitude of the group signal, as well as its additional digital filtering, which makes it possible to use amplifiers in an energy-efficient saturation mode.
Для спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС могут быть предложены следующие формулы цифрового синтеза: для синфазной - и соответственно квадратурной - составляющих, где - сигнал стандартной точности с кодовым разделением, - сигнал стандартной точности с частотным разделением, - сигнал высокой точности с кодовым разделением, - сигнал высокой точности с частотным разделением, dƒ - разность несущих частот сигналов с частотным и кодовым разделением, Гц, ƒcd - несущая частота сигнала с кодовым разделением, Гц. Согласно интерфейсному контрольному документу системы ГЛОНАСС сигнал стандартной точности предназначен для свободного использования отечественными и зарубежными гражданскими потребителями, в свою очередь, сигнал высокой точности используют по согласованию с уполномоченным государственным органом. По аналогии, термины сигналы стандартной и высокой точности возможно будет использовать при анализе работы и проектировании оборудования иных спутниковых навигационных систем.For the GLONASS satellite navigation system, the following digital synthesis formulas can be proposed: for in-phase - and accordingly quadrature - components where - signal of standard accuracy with code division, - a signal of standard accuracy with frequency division, - high precision signal with code division, - high-precision signal with frequency division, dƒ - carrier frequency difference of signals with frequency and code division, Hz, ƒ cd - carrier frequency of signal with code division, Hz. According to the interface control document of the GLONASS system, the standard-accuracy signal is intended for free use by domestic and foreign civil consumers, in turn, the high-precision signal is used in agreement with the authorized state body. By analogy, the terms standard and high-precision signals may be used in the analysis and design of equipment of other satellite navigation systems.
Цифровые отсчеты синфазной и квадратурной составляющих (компонент) группового навигационного сигнала по единому тракту передачи сигнала поступают в цифроаналоговые преобразователи 4I,Q, формирующие аналоговые сигналы, задаваемые синтезатором частоты дискретизации системы 5. Необходимость формирования единого тракта передачи сигнала обусловлена тем, что генерируемый навигационный сигнал, кроме передачи информации, используется также для проведения навигационных измерений, то есть объединяет в себе функции прецизионного синхросигнала и информационного сигнала. Полученные аналоговые компоненты группового навигационного сигнала, также по единому тракту передачи сигнала, пропускаются через фильтры нижних частот 6I,Q и поступают в квадратурный модулятор 8, в котором происходит модуляция несущего радиосигнала, задаваемого синтезатором несущей частоты 7.Digital readings of the in-phase and quadrature components (components) of the group navigation signal via a single signal transmission path are fed to digital-to-analog converters 4 I, Q , which generate analog signals specified by the sampling frequency synthesizer of system 5. The need to form a single signal transmission path is due to the generated navigation signal In addition to transmitting information, it is also used for navigational measurements, that is, it combines the functions of precision clock signals. la and the data signal. The obtained analog components of a group navigation signal, also through a single signal transmission path, are passed through low-pass filters 6 I, Q and enter a quadrature modulator 8, in which the carrier radio signal modulated by the carrier frequency synthesizer 7 is modulated.
Предложенную обработку исходных сигналов и информации используют для формирования навигационного сигнала с одновременным частотным и кодовым разделением каналов передачи информации, характерного для спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС. Использование цифрового синтеза частоты на базе ПЛИС 3 для исходных сигналов с частотным и кодовым разделением каналов позволит решить проблему совмещения частотного и кодового разделения каналов в одном сигнале без использования излишне сложных схемотехнических и алгоритмических решений. Цифровой синтез сигнала в ПЛИС 3 обеспечивает передачу сигналов с частотным и кодовым разделением на разных несущих частотах в едином тракте. В свою очередь, наличие единого тракта позволит устранить расхождение параметров между несколькими трактами - параметров задержки, компенсировать возможные задержки от старения - изменения параметров тракта во время эксплуатации, температурного влияния на изменение задержек, что в сумме дает большой диапазон задержек. Также при предложенном цифровом синтезе сигнала станет возможна полная компенсация ошибки формирования навигационного сигнала на этапе автономных и комплексных испытаний элементов спутниковой навигационной системы за счет дополнительной цифровой регулировки и становится возможным удаленное выполнение независимой юстировки каналов формирования навигационного сигнала.The proposed processing of the source signals and information is used to generate a navigation signal with simultaneous frequency and code separation of the information transmission channels characteristic of the GLONASS satellite navigation system. The use of digital frequency synthesis based on FPGA 3 for source signals with frequency and code separation of channels will solve the problem of combining frequency and code separation of channels in one signal without using unnecessarily complex circuitry and algorithmic solutions. Digital signal synthesis in FPGA 3 provides the transmission of signals with frequency and code separation at different carrier frequencies in a single path. In turn, the presence of a single path will eliminate the discrepancy between the parameters of several paths - delay parameters, compensate for possible delays from aging - changes in the path parameters during operation, the temperature effect on the change in delays, which in total gives a large range of delays. Also, with the proposed digital signal synthesis, it will become possible to completely compensate for the error in the formation of the navigation signal at the stage of autonomous and complex testing of elements of the satellite navigation system due to additional digital adjustment and it becomes possible to perform independent adjustment of the channels for generating the navigation signal independently.