RU93525U1 - Устройство определения степени частотно-селективных замираний навигационных радиосигналов спутниковых радионавигационных систем - Google Patents

Устройство определения степени частотно-селективных замираний навигационных радиосигналов спутниковых радионавигационных систем Download PDF

Info

Publication number
RU93525U1
RU93525U1 RU2009144742/22U RU2009144742U RU93525U1 RU 93525 U1 RU93525 U1 RU 93525U1 RU 2009144742/22 U RU2009144742/22 U RU 2009144742/22U RU 2009144742 U RU2009144742 U RU 2009144742U RU 93525 U1 RU93525 U1 RU 93525U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
navigation
frequency
radio
analog
degree
Prior art date
Application number
RU2009144742/22U
Other languages
English (en)
Inventor
Геннадий Васильевич Слюсарев
Руслан Васильевич Анашкин
Константин Александрович Катков
Владимир Петрович Пашинцев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет"
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет"
Priority to RU2009144742/22U priority Critical patent/RU93525U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU93525U1 publication Critical patent/RU93525U1/ru

Links

Abstract

Устройство определения степени частотно-селективных замираний навигационных радиосигналов спутниковых радионавигационных систем, включающее в себя антенный блок, соединенный с входом радиочастотного блока; радиочастотный блок соединенный с выходом синтезатора частот и со входом аналого-цифрового процессора; синтезатор частот, формирующий набор гармонических колебаний, необходимых для работы радиочастотного блока, аналого-цифрового процессора и навигационного процессора, в который поступают фазовые и кодовые оценки времени распространения сигнала с выхода аналого-цифрового процессора, отличающееся тем, что параллельно с аналого-цифровым процессором добавлен блок расчета полосы когерентности, состоящий из n полосовых частотных фильтров, n/2 умножителей, n/2 интеграторов, n/2 решающих устройств и блока принятия решения, в котором вырабатывается сигнал, поступающий на вход навигационного процессора, на основании которого определяется ширина полосы когерентности трансионосферного канала связи, используемая для определения степени частотно-селективных замираний принимаемого навигационного радиосигнала.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к навигационной аппаратуре потребителей спутниковых радионавигационных систем, а также может быть использована в системах мониторинга состояния ионосферы.
Уровень техники
В спутниковых радионавигационных системах (СРНС) точность определения потребителем своих пространственно-временных координат (ПВК) зависит от точности определения псевдодальности до всех навигационных космических аппаратов (НКА) и от геометрии взаимного расположения потребителя и НКА.
Наибольший вклад в погрешность определения псевдодальностей до НКА вносят ионосферные погрешности. Известно, что ионосфера является неоднородной средой. Существующие ионосферные неоднородности Меняются во времени и зависят от различных факторов. Человеческая деятельность может привести к возникновению искусственных возмущений ионосферы (ИВИ), которые будут характеризоваться образованием мелкомасштабных ионосферных неоднородностей с размерами Lm=1м, L0=104 ми максимальной средней электронной концентрацией (ЭК) . Это приведет к сильному возрастанию среднего квадратичного отклонения (СКО) флуктуации ЭК в неоднородностях ионосферы σΔN, что обусловит сужение ширины полосы когерентности Fk трансионосферного канала связи вследствие рассеивающих свойств ионосферных неоднородностей [Пашинцев В.П., Солчатов М.Э., Гахов Р.П. Влияние ионосферы на характеристики космических систем передачи информации: Монография. - М.: Физматлит, 2006. - 184 с.].
Полное значение полосы когерентности AF^=2F^ будет сужаться по мере увеличения σΔN,. В этом случае будет выполняться условие ΔFk=2Fk>1 (где ΔF0 - ширина спектра навигационного радиосигнала) возникновения частотно-селективных замираний (ЧСЗ) принимаемых радиосигналов СРНС. Возникновение ЧСЗ приводит к большим погрешностям определения псевдодальностей (σDi=102…103 м) и, как следствие, большой погрешности позиционирования
Величина погрешности определения псевдодальности при ИВИ зависит от параметров навигационного сигнала и степени ЧСЗ этого сигнала (ΔF0/ΔFK):
где - отношение средней энергии принимаемого НРС к спектральной плотности мощности шума (N0);
с - скорость распространения радиоволн в вакууме;
ΔF0/ΔFK - степень ЧСЗ навигационного радиосигнала.
Для определения степени ЧСЗ радиосигнала необходимо найти значение полной полосы когерентности трансионосферного канала связи (ΔFk), которое определяется выражением:
где h - высота ионосферы;
σΔN - СКО флуктуации ЭК в неоднородностях ионосферы;
Lm, L0 - минимальный и максимальный масштаб ионосферных неоднородностей соответственно (от 10° до 104 м);
hЭ - эквивалентная толщина ионосферы;
γ - угол места трассы распространения НРС (угол места НКА).
Параметры ионосферных неоднородностей (σΔN, Lm, L0) являются неизвестными случайными величинами, а, следовательно, точное определения полосы когерентности и степени ЧСЗ на практике затруднительно.
Для приблизительных оценок величины полосы когерентности сначала измеряют величину полного электронного содержания (ПЭС) на трассе распространения сигнала (7) в соответствие с выражением [Nisner P., Trethewty V., GPS Ionospheric Determinations Using LI Only// Proceeding of the 5th International conference on "Differential Satellite Navigathion System". Additional Volume, St. Peterburg, Russia, May, 1996]:
где Dк=c·tк и Dф=c·tф - псевдодальности измеренные по коду и по фазе;
tк и tф - время распространения сигнала, измеренное по коду и по фазе.
Имея ряд оценок ПЭС, проведенных за интервал времени Г, можно получить значение СКО полного электронного содержания ионосферы:
где -математическое ожидание величины ПЭС.
Затем рассчитывают величину СКО флуктуации ЭК концентрации в неоднородностях ионосферы:
где ℓS≈400…600 м - характерный масштаб ионосферных неоднородностей.
Зная величину σΔN, по формуле (2) определяют значение полосы когерентности, а затем рассчитывают степень ЧСЗ радиосигнала.
При таком подходе к определению степени ЧСЗ необходимо измерять величину ПЭС ионосферы.
Известно устройство измерения полного электронного содержания ионосферы [GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли / Э.Л.Афраймович, Н.П.Перевалова - Иркутск: ГУ НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМП, 2006. - 480 с.].
Данное устройство представляет из себя одночастотный Навигационный приемник с двухэтапной обработкой данных [Сетевые спутниковые радионавигационные системы / B.C.Шебшаевич, П.П.Дмитриев, Н.В.Иванцевич и др.; Под ред. B.C.Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1993. - 408 с.: ил. - ISBN 5-256-00174-4; ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И.Петрова, В.Н.Харисова. Изд. 3-е, перераб. - М.: Радиотехника, 2005, - 688 с.], связанный по сети Internet с сервером SOPAC [ftp://sopac.ucsd.edu] и удаленной электронной вычислительной машинной (ЭВМ).
Навигационный приемник проводит кодовые и фазовые измерения псевдодальности до навигационных космических аппаратов (НКА). Эти измерения, а также результаты решения навигационной задачи преобразуются в формат RINEX [http://igscd.gpl.nasa.gov:80/ igscd/data/format] и по каналу связи Internet поступают на сервер SOPAC, где происходит их накопление, хранение и выдача по запросу ЭВМ.
В электронной вычислительной машине, в соответствии с формулой (3) происходит расчет ПЭС и, далее, определение степени ЧСЗ радиосигнала.
Также известно устройство измерения ПЭС ионосферы при одночастотном режиме работы систем спутниковой навигации [Патент на полезную модель №76462 от 20.09.08]. Отличие состоит в том, что вместо навигационного процессора введен блок вычисления ПЭС, в котором с интервалом 0,05 секунд, в соответствие с выражением (3) рассчитывается значение ПЭС. При этом устройство не связано с сервером SOPAC, a вычисленное значение ПЭС отображается в устройстве вывода информации.
Недостатками данных устройства являются:
- большое количество ручной работы (включая ручной выбор станций на сервере SOPAC) и длительное время обработки данных, вследствие чего оперативное определение ПЭС невозможно;
- необходимость передачи большого объема информации по каналам сети Internet;
- невозможность точного определения полосы когерентности трансионосферного канала связи, так как отсутствует априорная информация об интенсивности и масштабах ионосферных неоднородностей (σΔN, L0, Lm).
Раскрытие полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к повышению точности (определения степени частотно-селективных замираний навигационных радиосигналов в СРНС. Указанный технический результат достигается тем, что в навигационный приемник добавлен блок определения полосы когерентности, состоящий из n полосовых частотных фильтров, n/2 умножителей, n/2 интеграторов, n/2 решающих устройств и блока принятия решения. В блоке принятия решения широкополосный навигационный радиосигнал (НРС) делится на частотные составляющие, а затем проверяется условие коррелированности симметричных относительно средней частоты спектра частотных составляющих между собой. На выходе блока определения полосы когерентности получают сигнал, на основании которого в навигационном процессоре определяется ширина полосы когерентности трансионосферного канала связи, используемая для нахождения степени ЧСЗ принимаемого радиосигнала.
Навигационный радиосигнал с шириной спектра ΔF0 делится полосовыми фильтрами на частотные составляющие с шагом ΔΩ (фигура 1) в течение промежутка времени Т=1 сек. Таким образом, выделяются составляющие спектра f-n,…f-1,f0,f1…,fnf-n…fn, симметричные относительно средней частоты спектра f0. Затем определяется коэффициент корреляции между симметричными частотными составляющими: f1 и f-1; f2 и f-2; …; fn и f-n согласно выражения:
где P(fk) - мощность сигнала на частотной составляющей fk;
- среднее за период времени Т значение мощности на частотной составляющей fk.
Корреляционная функция навигационного радиосигнала имеет вид:
При выполнении условия возникновения ЧСЗ ΔF0/ΔFk=1 значение модуля корреляционной функции становится равно .
Если значение |K(ΔF0)|>0.37 на всем интервале ΔF0, то условие возникновения ЧСЗ для такого НРС не выполняется - график 1 (фигура 1). Разнос частот, при котором достигается значение |K(ΔF0)=0.37, определяет ширину полосы когерентности канала связи Fk - график «2» (фигура 1). Полное значение ширины полосы когерентности будет равно ΔFk=2Fk.
Выбор шага разложения спектра сигнала ΔΩ проводится из соображений точности, с которой необходимо измерить величину ΔFk, и количества полосовых фильтров, необходимых для разложения исходного навигационного радиосигнала на спектральные составляющие.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведен принцип деления навигационного радиосигнала на частотные составляющие. Здесь. ΔF0 - ширина спектра сигнала; P(f) - мощность сигнала; f-n,…f-1,f0,f1,…fn - частотные составляющие радиосигнала; ΔΩ - шаг разложения спектра сигнала.
На фиг.2 приведена зависимость модуля коэффициента корреляции от разноса частот навигационного сигнала.
На фиг.3 приведена схема предлагаемого устройства определения степени частотно-селективных замираний навигационного радиосигнала. Здесь цифрами обозначены: (1) - антенный блок; (2) - радиочастотный блок; (3) - синтезатор частот; (4) - аналого-цифровой процессор; (5) - навигационный процессор; (6) - блок определения полосы когерентности; (7-16) - полосовые частотные фильтры; (17-21) - умножители; (22-26) -интеграторы; (27-31) - решающие устройства; (32) - блок принятия решения; (33) - блок индикации и контроля.
Осуществление полезной модели
Устройство, позволяющее определять степень ЧСЗ навигационного радиосигнала (ΔF0/ΔFK), а также вектор ПВК потребителя в условиях возникновения ИВИ предлагается реализовать на базе навигационного приемника с двухэтапной обработкой данных (фигура 3).
Принцип работы данного устройства заключается в следующем: антенный блок (1) принимает электромагнитные колебания, излучаемые НКА. С выхода антенного блока напряжение uвх(t) поступает на вход радиочастотного блока (2). Синтезатор частот (3) формирует набор гармонических колебаний, необходимых для работы радиочастотного блока (2), аналого-цифрового процессора (4) и навигационного процессора (5). Аналого-цифровой процессор (4) производит поиск и слежение за параметрами сигнала (фазовым tф и кодовым tк временем распространения сигнала), а также выделяет навигационное сообщение, передаваемое с частотой 20 Гц. Выделенное навигационное сообщение, кодовые и фазовые измерения псевдодальности аналого-цифровой процессор передает на вход навигационного процессора (5). Параллельно, с выхода радиочастотного блока (2) сигнал поступает на вход блока определения полосы когерентности (6). В блоке определения полосы когерентности (6) радиосигнал частотными полосовыми фильтрами (7-16) делится на частотные составляющие.
Симметричные относительно средней частоты спектра частотные составляющие поступают на вход умножителей (17-21). С выхода умножителей произведение частотных составляющих поступает на вход интеграторов (22 - 26), где рассчитывается скалярное произведение двух симметричных частотных составляющих fk и f-k(k=1…n), поступающее на вход решающих устройств (27-31). В решающих устройствах (27-31) определяется коэффициент корреляции выделенных симметричных частотных составляющих НРС за период времени Т и вырабатывается соответствующий этому коэффициенту сигнал, поступающий на вход блока принятия решения (32). В блоке принятия решения (32) строится корреляционная функция и вырабатывается сигнал, позволяющий определить значение полосы когерентности канала связи, который поступает в навигационный процессор (5), где определяется степень ЧСЗ принимаемого НРС. На вход навигационного процессора поступают данные со всех блоков определения полосы когерентности, число которых равно числу каналов в НАП. Для удобства на фигуре 5 изображен лишь один блок определения полосы когерентности (6) с количеством полосовых фильтров равным n=10. В навигационном процессоре (5) производится расчет степени ЧСЗ радиосигнала, определение погрешности измерения псевдодальности до каждого из НКА, решается задача выбора рабочего созвездия НКА из числа видимых, декодирование навигационных сообщений, в том числе альманаха и эфемеридной информации, решение навигационной задачи с выдачей координат и параметров движения объекта на блок индикации и контроля (33).
Таким образом, предлагаемое устройство позволит определять степень частотно-селективных замираний принимаемого радиосигнала при априорно неизвестных параметрах возмущенной ионосферы непосредственно в навигационном приемнике. Это, в свою очередь, приведет к повышению точности позиционирования в условиях возникновения искусственных возмущений ионосферы.

Claims (1)

  1. Устройство определения степени частотно-селективных замираний навигационных радиосигналов спутниковых радионавигационных систем, включающее в себя антенный блок, соединенный с входом радиочастотного блока; радиочастотный блок соединенный с выходом синтезатора частот и со входом аналого-цифрового процессора; синтезатор частот, формирующий набор гармонических колебаний, необходимых для работы радиочастотного блока, аналого-цифрового процессора и навигационного процессора, в который поступают фазовые и кодовые оценки времени распространения сигнала с выхода аналого-цифрового процессора, отличающееся тем, что параллельно с аналого-цифровым процессором добавлен блок расчета полосы когерентности, состоящий из n полосовых частотных фильтров, n/2 умножителей, n/2 интеграторов, n/2 решающих устройств и блока принятия решения, в котором вырабатывается сигнал, поступающий на вход навигационного процессора, на основании которого определяется ширина полосы когерентности трансионосферного канала связи, используемая для определения степени частотно-селективных замираний принимаемого навигационного радиосигнала.
    Figure 00000001
RU2009144742/22U 2009-12-02 2009-12-02 Устройство определения степени частотно-селективных замираний навигационных радиосигналов спутниковых радионавигационных систем RU93525U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009144742/22U RU93525U1 (ru) 2009-12-02 2009-12-02 Устройство определения степени частотно-селективных замираний навигационных радиосигналов спутниковых радионавигационных систем

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009144742/22U RU93525U1 (ru) 2009-12-02 2009-12-02 Устройство определения степени частотно-селективных замираний навигационных радиосигналов спутниковых радионавигационных систем

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU93525U1 true RU93525U1 (ru) 2010-04-27

Family

ID=42673143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009144742/22U RU93525U1 (ru) 2009-12-02 2009-12-02 Устройство определения степени частотно-селективных замираний навигационных радиосигналов спутниковых радионавигационных систем

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU93525U1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU168736U1 (ru) * 2016-07-25 2017-02-17 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Устройство для определения помехоустойчивости систем спутниковой навигации в условиях искусственного ионосферного образования
RU187712U1 (ru) * 2018-05-23 2019-03-15 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Устройство для определения ошибки слежения за временем прихода навигационного радиосигнала при его распространении через искусственное ионосферное образование

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU168736U1 (ru) * 2016-07-25 2017-02-17 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Устройство для определения помехоустойчивости систем спутниковой навигации в условиях искусственного ионосферного образования
RU187712U1 (ru) * 2018-05-23 2019-03-15 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Устройство для определения ошибки слежения за временем прихода навигационного радиосигнала при его распространении через искусственное ионосферное образование

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2565386C2 (ru) Способ, устройство и система для определения позиции объекта, имеющего приемник глобальной навигационной спутниковой системы, посредством обработки неразностных данных, подобных измерениям фазы несущей, и внешних данных, подобных ионосферным данным
JP4293194B2 (ja) 距離測定装置、及び距離測定方法
Wang et al. A study on predicting network corrections in PPP-RTK processing
KR101594322B1 (ko) 해상 전파항법신호 감시 및 그 신뢰도 제공 시스템
RU2488133C1 (ru) Гидроакустический комплекс для обнаружения движущегося источника звука, измерения азимутального угла на источник и горизонта источника звука в мелком море
JP3532267B2 (ja) 測位システム
RU108150U1 (ru) Устройство двухчастотного измерения интенсивности неоднородностей ионосферы
KR20160082726A (ko) 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시와 항법오차추정와 신뢰도 평가 기법 및 그 시스템
Strangeways Determining scintillation effects on GPS receivers
RU93525U1 (ru) Устройство определения степени частотно-селективных замираний навигационных радиосигналов спутниковых радионавигационных систем
RU2623094C1 (ru) Способ измерения взаимной задержки msk сигналов пакетных радиосетей в разностно-дальномерной системе местоопределения
Ya’acob et al. Determination of GPS total electron content using single layer model (SLM) ionospheric mapping function
KR102504015B1 (ko) 다중 저궤도위성을 이용한 도플러 효과 기반의 gnss 측위 정확도 향상 방법
RU187712U1 (ru) Устройство для определения ошибки слежения за временем прихода навигационного радиосигнала при его распространении через искусственное ионосферное образование
US20220381926A1 (en) System and method for positioning and navigation of an object
Hill The principle of a snapshot navigation solution based on Doppler shift
Hohensinn et al. Minimum detectable velocity based on GNSS Doppler phase observables
Strangeways et al. Prediction and mitigation of ionospheric scintillation and tracking jitter for GNSS positioning
Ely et al. Batch sequential estimation with non-uniform measurements and non-stationary noise
RU2626404C1 (ru) Способ определения высотного профиля электронной концентрации неоднородной ионосферы
RU81340U1 (ru) Устройство измерения полного электронного содержания ионосферы при двухчастотном режиме работы систем спутниковой радионавигации
RU76462U1 (ru) Устройство измерения полного электронного содержания ионосферы при одночастотном режиме работы систем спутниковой радионавигации
RU190342U1 (ru) Адаптивный одночастотный радионавигационный приемник
RU199743U1 (ru) Адаптивный двухчастотный радионавигационный приемник
US20190113628A1 (en) Method and system for satellite signal processing

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20100512