RU2794995C1 - Способ временного накопления радионавигационных сигналов с адаптивным распределением интервалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к спутниковым технологиям определения местоположения и обработке радионавигационных сигналов. Техническим результатом является повышение отношения сигнал-шум принимаемого сигнала, повышение точности оценивания задержки дальномерного кода, точное восстановление формы сигнала. Для этого в способе временного накопления радионавигационных сигналов осуществляют неравномерную разбивку интервалов накопления, с адаптивным распределением интервалов. По мере накопления осуществляется оценка фрагментов принимаемого сигнала, адаптивная подстройка интервалов разбиения с уплотнением в области наименьшего совпадения формы и восстановление формы принимаемого сигнала. 5 ил.

Description

Изобретение относится к спутниковым технологиям определения местоположения и обработке радионавигационных сигналов.

Известен метод когерентного накопления импульсов сигналов, описанный книгах: Теоретические основы радиолокации: уч. пос. / под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Советское радио, 1970.

Бакулев, П.А. Радиолокационные системы: учебник для вузов / П.А. Бакулев. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Радиотехника, 2007. - 376 с.

Ширман, Я.Д. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех / Я.Д. Ширман, В.Н. Манжос. - М.: Радио и связь, 1981. - 416 с.

Недостатком известного метода, является накопление импульсов или пачки радиоимпульсов определенной длительности без учета возможных искажений формы, что снижает потенциальное увеличение отношения сигнала к помехе.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, принятым за прототип является алгоритм временного накопления радионавигационных сигналов описанный в статье Харисов В.Н., Пельтин А.В. Алгоритм временного накопления для мониторинга сигналов ГЛОНАСС // М.: Радиотехника. Радиосистемы (Журнал в журнале), №9, 2014.-е. 119- 124. и основанный на том, что временная форма сигнала на разных интервалах времени повторяется, что используется для повышения мощности принимаемого сигнала за счет группирования и накопления отсчетов сигнала, попадающих на одинаковые по форме участки сигнала, отстоящих во времени на известное целое число длительностей элемента псевдослучайной последовательности кода.

Недостатком известного метода является эквидистантное разбиение интервалов накопления в пределах исследуемого фрагмента сигнала по времени, что снижает детальность, и точность восстановления формы фрагмента сигнала.

Задача, на решение которой направленно заявляемое техническое решение, заключается в создании метода временного накопления радионавигационных сигналов, позволяющего устранить недостатки известного метода, которые приводят к снижению детальности и точности восстановления формы сигнала.

Техническим результатом изобретения является повышение отношения сигнал- шум принимаемого сигнала, повышение точности оценивания задержки дальномерного кода, точное восстановления формы сигнала.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе временного накопления (МВН) заключающемся в том, что во фрагментах входного радионавигационного сигнала, описываемого числом комбинаций кодовых элементов в N_комб. групп, группируют одинаковые по форме участки сигналов и накапливают их, накопление осуществляют путем разбиения интервалов накопления на базовые элементы в пределах исследуемого фрагмента сигнала с элементарными подынтервалами, при этом разбиение осуществляют неравномерно - более плотно по временной оси в местах наиболее быстрого изменения сигнала по уровню, и менее плотно по временной оси в местах медленного изменения сигнала по уровню, длительностью элементарных подынтервалов разбиения Δτ_т и плотностью разбиения γ(т), определяют совпадение элементарных фрагментов сигнала базовым элементам в целом α(t, 0),α(t, 1),α(t, 2),α(t, 3), и индексы базового элемента θ_k, по которым выполняют группирование отсчетов входного сигнала ξ_k в N_комб. групп и реконструируют принятый сигнал, путем восстановления фрагментов сигнала, для чего осуществляют адаптивную подстройку длительности подынтервалов разбиения коррекцией функции плотности разбиения γ(m) с уплотнением в области наименьшего совпадения формы.

Заявляемый метод поясняется графиками, где

на фиг. 1 - сигнал, представленный базисом α(t, 0)…α(t, N_комб. - l), описываемого числом комбинаций кодовых элементов N_комб.=4 и состоящий из набора четырех элементарных фрагментов;

на фиг. 2 - пример последовательности дальномерного кода с указанием индексов базовых элементов θ_k, соответствующих базису сигнала α(t, 0)…α(t, N_комб. - 1), отсчетов входных наблюдений ξ_k, порядкового номера интервала т_k;

на фиг. 3 - пример функции плотности распределения интервалов γ(m) в упрощенном виде, представимой кусочно-линейной функцией;

на фиг. 4 - пример функции плотности распределения интервалов γ(m) в упрощенном виде, представимой ступенчатой функцией;

на фиг. 5 - пример элемента последовательности дальномерного кода с указанием значений амплитуды S_max и S_min, и соответствующие им значение

Сигнал может быть представлен базисом α(t, 0)…α(t, N_комб.-1), описываемого числом комбинаций кодовых элементов N_комб., например,

для N_комб.=4 набор из четырех элементарных фрагментов сигналов соответствующих следующим четырем переходам в кодовой последовательности - переход

соответствует α(t, 0), переход

соответствует α(t, 1), переход

соответствует α(t, 2), переход

соответствует α(t, 3) (фиг. 1),

для N_комб.=2 набор из двух элементарных фрагментов сигналов соответствующих следующим двум переходам в кодовой последовательности - переход

соответствует α(t, 0), переход

соответствует α(t, 1), которые дополняются двумя элементарными фрагментами α(t, 3)=-α(t, 0) и α(t, 2)=-α(t, 1),

для N_комб.=1 соответствует полной кодовой последовательности сигнала и применима только для периодических кодов.

или других базисов с N_комб.=8 и более.

Для определения индекса базового элемента θ_k в последовательности дальномерного кода, соответствующего базовым элементам базиса сигнала α(t, 0)…α(t, N_комб.-1) для каждого отсчета входных наблюдений ξ_k (фиг. 2) определяют следующие величины:

порядковый номер интервала m_k, соответствующий k-му отсчету;

временное положение отсчета t_k в пределах порядкового интервала m_k:

t_k=t_s,k-m_kτ_e,

θ_k=θ(m_k),

t_s,k - сигнальное время k-го отсчета наблюдений, при приеме радионавигационных последовательностей,

τ_e - длительность элементарного символа сигнала.

В зависимости от значения индекса 0_k вся совокупность отсчетов входного сигнала ξ_k и соответствующих им моментов времени t_k разбивается на N_комб. групп, например для N_комб.=4:

- ξ_1,k0 и t_1,k0 соответствуют индексу базового элемента 0_k=0, k0=1, 2…N0, N0 - число отсчетов ξ_k с параметром θ_k=0;

- ξ_1,k1 и t_1,k1 соответствуют индексу базового элемента 0_k=1, k1=1, 2…N1, N1 - число отсчетов ξ_k с параметром θ_k=1;

- ξ_1,k2 и t_1,k2 соответствуют индексу базового элемента 0_k=2, k2=1, 2…N2, N2 - число отсчетов ξ_k с параметром θ_k=2;

- ξ_1,k3 и t_1,k3 соответствуют индексу базового элемента 0_k=3, k3=1, 2…N3, N3 - число отсчетов ξ_k с параметром θ_k=3.

Последовательности ξ_i,ki, t_i,ki, i=0..(N_комб.-1) сортируются в порядке возрастания времени t_i,ki. Результатом подобной перестановки являются последовательности

- отсчеты восстановленных фрагментов сигнала

Из восстановленных фрагментов сигнала

можно реконструировать исходный сигнал по следующему соотношению:

Приведенная методика восстановления фрагментов сигнала соответствует числу элементарных фрагментов сигнала N_комб..=4, однако она может быть обобщена на большее число групп N_комб..

Длительности интервалов разбиения (группирования) определяется по следующему соотношению:

где N_point - число интервалов разбиения;

γ(m) - функция плотности разбиения интервалов.

Функция плотности распределения интервалов γ(m) может иметь различную форму, например:

вариант 1. В общем виде при неравномерном разбиении интервалов накопления в пределах исследуемого фрагмента функция γ(m) определяется выражением:

вариант 2. В упрощенном виде для N_комб.=4 и N_комб.=2, α(t, 1) и α(t,2) при неравномерном разбиении интервалов накопления в пределах исследуемого фрагмента функция γ(m) соответствует кусочно-линейной, и определяется соотношением:

где τ_ф - длительность фронта сигнала, зависящая от полосы пропускания приемной аппаратуры;

р - пороговый уровень функции γ(m), который зависит от числа интервалов разбиения N_point, минимальное значение

вариант 3. В упрощенном виде для N_комб.=4 и N_комб.=2, α(t, 1) и α(t, 2) при неравномерном разбиении интервалов накопления в пределах исследуемого фрагмента функция γ(m) соответствует ступенчатой, и определяется соотношением:

вариант 4. При равномерном разбиении интервалов накопления в пределах исследуемого фрагмента, соответствует прототипу

γ(m)=const=1.

Адаптивная подстройка интервалов разбиения осуществляется коррекцией плотности распределения интервалов γ(m) по результатам оценивания восстановленных фрагментов сигнала, соответствующих базовым элементам

и

При этом на интервале

оценивается максимальная S_max и минимальная S_min амплитуды, и соответствующие им значение

(фиг. 5). На основании полученной оценки корректируется плотность распределения интервалов по значению

Преимущества предложенного метода - повышение отношения сигнал-шум от применения метода временного накопления заключается в снижении эквивалентной спектральной плотности мощности шума в восстановленном элементе сигнала, определяемой соотношением:

где

N_α=fix(τ_eƒ_s) - число отсчетов исходных наблюдений, попадающих на интервал длительностью базового элемента;

N=fix(T_нƒ_s) - число отсчетов сигнала, использующихся для временного накопления;

fix - функция округления до ближайшего меньшего целого;

T_н - длительность временной выборки, по которой восстанавливается форма сигнала;

ƒ_s - частота дискретизации сигнала;

- дисперсия дискретного белого гауссовского шума с эквивалентной спектральной плотностью мощности

Например для случая анализа СТ-компоненты сигнала ГЛОНАСС на интервале T_н=1 с и четырехэлементного представления сигнала, энергетический выигрыш при использовании только метода временного накопления будет составлять:

При анализе ВТ-компоненты сигнала ГЛОНАСС на интервале Т_н=1 с соответствующий выигрыш будет составлять уже ≈61 дБ.

Точность оценки базовых элемента

и как следствие точность оценивания задержки дальномерного кода повышается за счет точного восстановления участков в местах наиболее быстрого изменения сигнала по уровню.

Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет: улучшить характеристики измерений по огибающей сигнала (повысить точность измерений по фазе кода); повысить надежность измерений обнаружения аномалий или сильных искажений в принимаемом сигнале и отбрасывания соответствующих измерений.

Claims (1)

1. Способ временного накопления радионавигационных сигналов с адаптивным распределением интервалов, заключающийся в том, что во фрагментах входного радионавигационного сигнала, описываемого числом комбинаций кодовых элементов в N_комб. групп, группируют одинаковые по форме участки сигналов и накапливают их, отличающийся тем, что накопление осуществляют путем разбиения интервалов накопления на базовые элементы в пределах исследуемого фрагмента сигнала с элементарными подынтервалами, при этом разбиение осуществляют неравномерно - более плотно по временной оси в местах наиболее быстрого изменения сигнала по уровню, и менее плотно по временной оси в местах медленного изменения сигнала по уровню, длительностью элементарных подынтервалов разбиения Δτ_m и плотностью разбиения γ(m), определяют совпадение элементарных фрагментов сигнала базовым элементам в целом α(t, 0), α(t, 1), α(t, 2), α(t, 3), и индексы базового элемента θ_k, по которым выполняют группирование отсчетов входного сигнала ξ_k в N_комб. групп и реконструируют принятый сигнал, путем восстановления фрагментов сигнала, для чего осуществляют адаптивную подстройку длительности подынтервалов разбиения коррекцией функции плотности разбиения γ(m) с уплотнением в области наименьшего совпадения формы.

Images