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 PDFInfo
- 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
Links
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
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)
- 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.
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)
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 |
-
2009
- 2009-12-02 RU RU2009144742/22U patent/RU93525U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
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 | |
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 | |
US20100265134A1 (en) | Position calculating method and position calculating device | |
RU108150U1 (ru) | Устройство двухчастотного измерения интенсивности неоднородностей ионосферы | |
KR20160082726A (ko) | 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시와 항법오차추정와 신뢰도 평가 기법 및 그 시스템 | |
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 | |
US12055645B2 (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 | |
RU2624634C1 (ru) | Способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения | |
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 |