RU2079148C1 - Multichannel receiver indicator of satellite radionavigational systems - Google Patents
Multichannel receiver indicator of satellite radionavigational systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2079148C1 RU2079148C1 RU94023754A RU94023754A RU2079148C1 RU 2079148 C1 RU2079148 C1 RU 2079148C1 RU 94023754 A RU94023754 A RU 94023754A RU 94023754 A RU94023754 A RU 94023754A RU 2079148 C1 RU2079148 C1 RU 2079148C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- frequency
- unit
- information
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
- Superheterodyne Receivers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области спутниковой радионавигации и может быть использовано для определения вектора состояния (координат, скорости и времени) потребителей по сигналам двух взаимнорассинхронизированных спутниковых радионавигационных систем (СРНС). The invention relates to the field of satellite radio navigation and can be used to determine the state vector (coordinates, speed and time) of consumers from the signals of two mutually synchronized satellite radio navigation systems (SRNS).
Известен приемоиндикатор СРНС /1/, содержащий последовательно соединенные антенну и предварительные усилители на два диапазона частот принимаемых сигналов (L1 и L2 соответственно); выходы предусилителей соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя частоты. Выходы указанного преобразователя, в свою очередь, соединены соответственно со входами первого четвертого каналов слежения за несущей сигналов каждого из четырех спутников и со входом слежения за задержкой кода, которая обеспечивает последовательное слежение за сигналами четырех спутников в режиме разделения времени. Выходы первого четвертого каналов слежения за несущей и выход канала слежения за задержкой кода подключены к соответствующим входам управляющего процессора. Выход управляющего процессора соединен со входом блока связей, первый выход которого соединен со входом навигационного процессора, а второй со входом блока управления и индикации. Указанный приемоиндикатор /1/ содержит также опорный термостатированный генератор и синтезатор частот.Known receiver SRNS / 1 / containing a series-connected antenna and pre-amplifiers for two frequency ranges of received signals (L 1 and L 2, respectively); the preamplifier outputs are connected respectively to the first and second inputs of the frequency converter. The outputs of this converter, in turn, are connected respectively to the inputs of the first fourth channels of tracking the signal carrier of each of the four satellites and to the input of tracking the delay code, which provides sequential tracking of the signals of four satellites in time-sharing mode. The outputs of the first fourth carrier tracking channels and the output of the code delay tracking channel are connected to the corresponding inputs of the control processor. The output of the control processor is connected to the input of the communications unit, the first output of which is connected to the input of the navigation processor, and the second to the input of the control and display unit. The specified receiver-indicator / 1 / also contains a reference thermostated generator and a frequency synthesizer.
Недостаток данного устройства /1/ заключается в невозможности работы с сигналами космических аппаратов (КА) двух спутниковых радионавигационных систем типа "Глонасс" и "Навстар" одновременно (приемоиндикатор /1/ может работать по сигналам спутников только системы "Навстар", что ограничивает возможность высокоточных непрерывных навигационных измерений, в особенности при неполном развертывании КА указанной системы). The disadvantage of this device / 1 / is the impossibility of working with the signals of spacecraft (SC) of two satellite radio navigation systems of the type "Glonass" and "Navstar" at the same time (the receiver indicator / 1 / can work on the signals of satellites only the "Navstar" system, which limits the possibility of high-precision continuous navigation measurements, especially when the spacecraft of the specified system is not fully deployed).
Кроме того, приемоиндикатор /1/ обеспечивает невысокую точность измерения вектора состояния навигационных параметров, так, например, в канале слежения за задержкой кода данного устройства сначала измеряется задержка кода сигнала первого канала слежения за задержкой кода с частотой L1, потом второго канала слежения за задержкой кода с частотой L1 и т.д. т.е. устройство /1/ не обеспечивает непрерывности радионавигационных измерений, что приводит к снижению точности навигационных измерений вектора состояния потребителя, в особенности при установке приемоиндикатора на высокодинамичных объектах.In addition, the receiver-indicator / 1 / provides low accuracy in measuring the state vector of navigation parameters, for example, in the code delay tracking channel of a given device, the code delay of the first channel tracking delay code with a frequency of L 1 is measured first, then the second delay tracking channel code with a frequency of L 1 , etc. those. the device / 1 / does not ensure the continuity of radio navigation measurements, which leads to a decrease in the accuracy of navigation measurements of the consumer's state vector, especially when installing a receiver indicator on highly dynamic objects.
Указанные недостатки частично устранены в приемоиндикаторе /2/, который содержит антенну, предусилитель, двухступенчатый преобразователь радиочастот, квадратурный преобразователь, опорный кварцевый генератор и синтезатор, цифровой коррелятор, устройство управления, генератор кода, первый управляемый цифровым кодом генератора (ГЦУ), предназначенный для управления генератором кода, второй ГЦУ, который служит для управления несущей, устройство управления, предназначенное для выбора диапазона рабочих частот L1 или L2. Выходы цифрового коррелятора соединены одновременно с входом блоков синхронизатора бит, фильтра схемы слежения за задержкой и фильтра слежения за несущей. С выхода синхронизатора бит выделенное навигационное сообщение поступает на первый вход блока решения навигационных задач; на второй вход указанного блока поступают данные измерений квазидальности с метками времени, на третий данные измерений скорости изменения дальности. Кроме того, с выхода устройства управления на вход управления блока решения навигационных задач поступают сигналы прерываний. Выход блока решения навигационных задач соединен с входом устройства управления, обеспечивая тем самым выбор диапазона рабочих частот L1 или L2. Выходные сигналы блока управления поступают на вход опорного кварцевого генератора и синтезатора частот, которые обеспечивают необходимыми гетеродинными частотами радиотракт устройства /2/ и тактовыми частотами узлы цифровой обработки сигналов. Достоинствjм приемоиндикатора /2/ является реализация тракта обработки сигналов (после перехода на промежуточную частоту) в цифровой форме. Это позволяет повысить стабильность, точность и надежность работы устройства, осуществить быстрый захват сигнала в плоскости неопределенности время частота и, как следствие, уменьшить время получения первого отсчета, а также уменьшить массо-габаритные показатели и энергопотребление.These shortcomings are partially eliminated in the receiver-indicator / 2 /, which contains an antenna, preamplifier, two-stage radio frequency converter, a quadrature converter, a reference crystal oscillator and a synthesizer, a digital correlator, a control device, a code generator, the first digital generator controlled by a digital code (GCC), intended for control a code generator, a second GCC, which serves to control the carrier, a control device for selecting a range of operating frequencies L 1 or L 2 . The outputs of the digital correlator are connected simultaneously with the input of the bit synchronizer blocks, a filter for the delay tracking circuit, and a carrier tracking filter. From the output of the bit synchronizer, a dedicated navigation message is sent to the first input of the block for solving navigation problems; the second input of the indicated block receives the data of measurements of quasidality with time stamps, the third data of measurements of the rate of change of range. In addition, from the output of the control device to the control input of the unit for solving navigation problems, interrupt signals are received. The output of the block for solving navigation problems is connected to the input of the control device, thereby providing a choice of the operating frequency range L 1 or L 2 . The output signals of the control unit are fed to the input of the reference crystal oscillator and frequency synthesizer, which provide the necessary heterodyne frequencies to the radio path of the device / 2 / and the clock frequencies of the digital signal processing units. The advantage of the transceiver / 2 / is the implementation of the signal processing path (after switching to the intermediate frequency) in digital form. This allows you to increase the stability, accuracy and reliability of the device, to quickly capture the signal in the plane of uncertainty time frequency and, as a result, reduce the time it takes to receive the first reference, as well as reduce the overall dimensions and power consumption.
Однако приемоиндикатор /2/ имеет ряд серьезных недостатков. Во-первых, устройство /2/ работает по сигналам КА только системы "Навстар", что в ряде случае снижает точность измерения параметров вектора состояния навигационных параметров потребителя. Во-вторых, для учета группового времени распространения входных сигналов в приемнике устройства /2/ используется сложный многоразрядный синтезатор частот и калибратор, что приводит к существенному усложнению приемного тракта. However, the receiver indicator / 2 / has a number of serious disadvantages. First, the device / 2 / operates on the spacecraft signals of the Navstar system only, which in some cases reduces the accuracy of measuring the parameters of the state vector of the navigation parameters of the consumer. Secondly, to account for the group propagation time of the input signals in the receiver of the device / 2 /, a complex multi-bit frequency synthesizer and calibrator are used, which leads to a significant complication of the receiving path.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является приемоиндикатор, имеющий модульную структуру и включающий в себя две антенны, которые обеспечивают раздельный прием сигналов КА системы "Навстар" в диапазонах L1 и L2, приемник, включающий в себя модуль двухканального предварительного усилителя, выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами переключателя радиочастотного; преобразователь радиочастотного сигнала с понижением диапазона рабочих частот, синтезатор частот, адаптивный аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Устройство /2/ также содержит цифровой смеситель-коррелятор, генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), блок управления генератором ПСП, генератор, управляемый цифровым кодом, цифровой генератор несущей частоты, цифровой процессор обработки сигналов, интерфейс связи, навигационный процессор, сопроцессор с плавающей запятой, ОЗУ с произвольной выборкой, постоянное запоминающее устройство и термостатированный генератор.The closest in technical essence to the claimed device is a receiver indicator having a modular structure and including two antennas that provide separate reception of spacecraft signals of the Navstar system in the ranges L 1 and L 2 , a receiver including a module of a two-channel pre-amplifier, outputs which are connected respectively to the first and second inputs of the radio frequency switch; RF signal converter with lowering the range of operating frequencies, frequency synthesizer, adaptive analog-to-digital converter (ADC). The device / 2 / also contains a digital correlator mixer, a pseudo-random sequence generator (PSP), a PSP generator control unit, a digital code controlled generator, a digital carrier frequency generator, a digital signal processing processor, a communication interface, a navigation processor, a floating point coprocessor, Random-access RAM, read-only memory and a thermostatically controlled oscillator.
Достоинством устройства-прототипа является модульная организация составных частей приемоиндикатора, что позволяет реализовать многоканальный принцип построения аппаратуры потребителей (АП) и тем самым обеспечить требуемую точность измерения вектора навигационных параметров. Во-вторых, тракт приемника данного устройства построен так, что не содержит, например, схему исключения доплеровской поправки или корреляционной обработки входного сигнала, что позволяет в общем случае в цифровом процессоре обработки сигналов реализовать любое число контуров слежения за измеряемыми параметрами принимаемых сигналов, обеспечивая необходимое качество и точность измерений. Однако устройство-прототип имеет ряд существенных недостатков, ухудшающих его технические характеристики. Так например, приемоиндикатор обеспечивает работу только с сигналами КА СРНС "Навстар", что приводит к снижению точности измерения вектора навигационных параметров, в особенности при неполном развертывании систем или при выходе части спутников из строя. Кроме того, наличие в приемнике устройства 3 переключателя радиочастотного канала приводит к снижению соотношения сигнал/шум примерно на 1,5 дБ на один канал приема. И наконец, устройство содержит в каждом канале приема только два кольца слежения (за несущей частотой и кодом), что может привести к срыву автосопровождения в случае использования данного приемоиндикатора для измерения вектора состояния навигационных параметров высокодинамичных объектов или в условиях сложной помеховой обстановки, а в отдельных случаях и к потере работоспособности прибора. The advantage of the prototype device is the modular organization of the constituent parts of the receiver-indicator, which allows implementing the multi-channel principle of constructing consumer equipment (AP) and thereby ensuring the required measurement accuracy of the vector of navigation parameters. Secondly, the receiver path of this device is constructed in such a way that it does not contain, for example, a Doppler correction elimination scheme or an input signal correlation processing, which allows, in the general case, to implement any number of tracking loops for the measured parameters of the received signals in a digital signal processor, providing the necessary quality and accuracy of measurements. However, the prototype device has a number of significant drawbacks that worsen its technical characteristics. So, for example, the receiver-indicator provides work only with the signals of the Navar STAR satellite navigation system, which leads to a decrease in the accuracy of measuring the vector of navigation parameters, especially when the systems are not fully deployed or when some satellites fail. In addition, the presence in the receiver of the
В заявляемом устройстве достигнута возможность решения следующих задач:
возможность одновременного приема и обработки сигналов космических аппаратов СРНС "Глонасс" и "Навстар" с помощью одного приемного тракта, т.е. без переключения каналов приема;
реализация канала приема сигналов КА с помощью одного преобразования частоты с целью обеспечения возможности цифровой обработки сигналов в широкой полосе частот, а также устранения дополнительных спектральных составляющих, которые имеют место при двойном преобразовании частоты в приемнике;
повышение точности показателей измерений вектора состояния потребителя за счет уменьшения времени группового запаздывания принимаемых сигналов СРНС "Глонасс" и "Навстар";
повышение точности, помехоустойчивости и надежности работы заявляемого приемоиндикатора за счет введения дополнительных контуров автосопровождения по несущей частоте и коду, а также автоматического сужения полосы сопровождения.In the inventive device, the ability to solve the following problems:
the ability to simultaneously receive and process signals from the GLONASS and Navstar spacecraft using the same receiving path, i.e. without switching reception channels;
the implementation of the spacecraft signal reception channel using a single frequency conversion in order to enable digital processing of signals in a wide frequency band, as well as eliminate additional spectral components that occur with double frequency conversion in the receiver;
improving the accuracy of measurements of the consumer state vector by reducing the group delay time of the received signals of the GLONASS and Navstar SRNS;
improving the accuracy, noise immunity and reliability of the inventive receiver indicator due to the introduction of additional circuits for auto tracking on the carrier frequency and code, as well as automatic narrowing of the tracking band.
Указанные преимущества перед устройством-прототипом достигаются за счет того, что в приемоиндикатор спутниковых радионавигационных систем, содержащий антенну, приемник, вход синхронизации которого соединен с выходом опорного термостатированного генератора, частотно-кодовый коррелятор, цифровой процессор обработки сигналов, интерфейс связи, навигационный микропроцессор, ОЗУ, ПЗУ дополнительно введены N-канальный блок первичной обработки информации, адаптер магистрали, процессор ввода-вывода, энергонезависимое ОЗУ, второе ПЗУ, таймер и индикатор. Ввод антенны соединен с входом приемника, выход которого подключен к информационному входу первого N-го блока первичной обработки информации приемоиндикатора. Причем каждый из каналов содержит свой частотно-кодовый коррелятор, блок интегралов и многофункциональный генератор; первые информационные входы частотно-кодовых корреляторов подсоединены к информационному выходу приемника, выходы частотно-кодовых корреляторов соединены с информационными входами блоков интеграторов, выходы которых соединены с шиной данных цифрового процессора обработки сигналов. Двунаправленная шина управления данного процессора соединена соответственно с управляющими входами многофункциональных генераторов частотно-кодовых корреляторов и блоков интеграторов, при этом информационные выходы многофункциональных генераторов соединены с соответствующими вторыми информационными входами частотно-кодовых корреляторов первого N-го каналов блока первичной обработки информации. Информационный выход цифрового процессора обработки сигналов соединен с входом интерфейса связи, выход которого подсоединен к первому входу адаптера магистрали, выходом соединенного с информационным входом навигационного микропроцессора, выход которого, в свою очередь, соединен с информационными шинами оперативного запоминающего устройства и первого постоянного запоминающего устройства. Второй двунаправленный вход адаптера подключен к входу процессора ввода - вывода, первый двунаправленный выход которого подсоединен одновременно к таймеру, энергонезависимому ОЗУ и второму ПЗУ, причем второй информационный выход процессора ввода-вывода соединен с индикатором приемоиндикатора спутниковых радионавигационных систем. These advantages over the prototype device are achieved due to the fact that the receiver-indicator of satellite radio navigation systems, containing an antenna, a receiver, the synchronization input of which is connected to the output of the reference thermostatically controlled oscillator, a frequency-code correlator, a digital signal processing processor, a communication interface, a navigation microprocessor, RAM , ROM additionally introduced an N-channel block of primary information processing, a trunk adapter, an input-output processor, non-volatile RAM, a second ROM, a time and an indicator. The antenna input is connected to the input of the receiver, the output of which is connected to the information input of the first N-th block of the primary processing of information of the transceiver. Moreover, each channel contains its own frequency-code correlator, a block of integrals and a multifunction generator; the first information inputs of the frequency-code correlators are connected to the information output of the receiver, the outputs of the frequency-code correlators are connected to the information inputs of the integrator blocks, the outputs of which are connected to the data bus of the digital signal processing processor. The bi-directional control bus of this processor is connected respectively to the control inputs of the multifunction generators of the frequency-code correlators and integrator blocks, while the information outputs of the multifunction generators are connected to the corresponding second information inputs of the frequency-code correlators of the first N-th channel of the primary information processing unit. The information output of the digital signal processing processor is connected to the input of the communication interface, the output of which is connected to the first input of the trunk adapter, the output connected to the information input of the navigation microprocessor, the output of which, in turn, is connected to the information buses of the random access memory and the first read-only memory. The second bi-directional input of the adapter is connected to the input of the I / O processor, the first bi-directional output of which is connected simultaneously to a timer, non-volatile RAM and a second ROM, the second information output of the I / O processor being connected to the receiver indicator of satellite radio navigation systems.
В заявляемом устройстве решение поставленных задач достигается также за счет нового подхода к реализации приемника входных сигналов, принимаемых с КА. Так, в приемник сигналов спутниковых радионавигационных систем, содержащий антенну, смеситель, первый малошумящий усилитель, усилитель промежуточной частоты, аналого-цифровой преобразователь, формирователь сетки опорных частот дополнительно введены широкополосный фильтр-преселектор, второй малошумящий усилитель, первый и второй полосовые фильтры, блок автоматической регулировки усиления. Выход фидера антенны соединен с входом широкополосного фильтра-преселектора, соединенного выходом с первым входом первого малошумящего усилителя, выход которого соединен с входом первого полосового фильтра, выходом соединенного с первым входом второго малошумящего усилителя. Выход данного узла соединен с первым входом смесителя, выход которого подключен к входу второго полосового фильтра, соединенного выходом с входом усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен одновременно с информационным входом аналого-цифрового преобразователя и входом блока автоматической регулировки усиления. Выход блока автоматической регулировки усиления соединен одновременно с вторым входом первого малошумящего усилителя, вторым входом второго малошумящего усилителя и вторым входом усилителя промежуточной частоты, при этом вход формирователя сетки опорных частот (ФСОЧ) является входом синхронизации приемника, в то время как первый выход формирователя сетки опорных частот подключен к второму входу смесителя, второй и третий выходы ФСОЧ соединены соответственно с первым и вторым входами управления аналого-цифрового преобразователя приемника сигналов СРНС, четвертый выход ФСОЧ соединен одновременно с входами тактовой синхронизации частотно-кодовых корреляторов блоков интеграторов, многофункциональных генераторов и цифрового процессора обработки сигналов, пятый выход формирователя сетки опорных частот соединен одновременно с входами тактовой синхронизации адаптера магистрали, навигационного микропроцессора многоканального приемоиндикатора спутниковых радионавигационных систем. In the claimed device, the solution of the tasks is also achieved due to the new approach to the implementation of the receiver of input signals received from the spacecraft. So, in the signal receiver of satellite navigation systems containing an antenna, a mixer, a first low-noise amplifier, an intermediate-frequency amplifier, an analog-to-digital converter, a reference frequency driver, a broadband filter preselector, a second low-noise amplifier, a first and second band-pass filters, an automatic gain control. The output of the antenna feeder is connected to the input of a broadband filter preselector connected by the output to the first input of the first low-noise amplifier, the output of which is connected to the input of the first low-pass filter, the output connected to the first input of the second low-noise amplifier. The output of this node is connected to the first input of the mixer, the output of which is connected to the input of the second bandpass filter, connected by the output to the input of the intermediate frequency amplifier, the output of which is connected simultaneously with the information input of the analog-to-digital converter and the input of the automatic gain control unit. The output of the automatic gain control unit is connected simultaneously with the second input of the first low-noise amplifier, the second input of the second low-noise amplifier and the second input of the intermediate frequency amplifier, while the input of the reference frequency shaper (FSOCH) is the input of the receiver synchronization, while the first output of the reference grid shaper frequency is connected to the second input of the mixer, the second and third outputs of the FSOCH are connected respectively to the first and second control inputs of the analog-to-digital converter a source of SRNS signals, the fourth output of the FSOC is connected simultaneously with the clock inputs of the frequency-code correlators of integrator blocks, multi-function generators and a digital signal processing processor, the fifth output of the reference frequency former is connected simultaneously with the clock inputs of the trunk adapter, the navigation microprocessor of the multi-channel receiver-indicator of satellite radio navigation systems .
На фиг. 1 представлена функциональная схема многоканального приемоиндикатора спутниковых радионавигационных систем, на фиг.2 - функциональная схема приемника сигналов спутниковых радионавигационных систем, на фиг.3 структурная схема формирователя сетки опорных частот, на фиг.4 - функциональная схема многоступенчатого делителя частоты формирователя сетки опорных частот приемника, на фиг.5 вариант технической реализации аналого-цифрового преобразователя приемника, на фиг.6 функциональная схема частотно-кодового коррелятора, на фиг.7 функциональная схема блока интеграторов, на фиг.8 функциональная схема многофункционального генератора, на фиг.9 представлена функциональная схема тракта первичной обработки информации приемоиндикатора, на фиг.10 блок-схема алгоритма циклического поиска сигналов КА, на фиг.11 блок-схема алгоритма сужения полосы для сопровождения по ПСП пониженной точности для системы "Глонасс" (С/А "Навстар"), на фиг.12 блок-схема алгоритма сопровождения по ПСП пониженной точности системы "Глонасс", на фиг.13 блок-схема алгоритма анализа срыва сопровождения сигнала КА, на фиг.14 представлена блок-схема алгоритма сопровождения по ПСП высокой точности системы "Глонасс", на фиг. 15 графическая интерпретация образования доплеровского сдвига принимаемого сигнала с космического аппарата СРНС, на фиг.16 представлена схема формирования вектора компенсации доплеровского сдвига. In FIG. 1 is a functional diagram of a multi-channel receiver indicator of satellite radio navigation systems, FIG. 2 is a functional diagram of a signal receiver of satellite radio navigation systems, FIG. 3 is a structural diagram of a reference frequency driver, and FIG. 4 is a functional diagram of a multi-stage frequency divider of a receiver reference frequency; in Fig.5 a variant of the technical implementation of the analog-to-digital converter of the receiver, in Fig.6 a functional diagram of a frequency-code correlator, in Fig.7 a functional Fig. 8 is a functional diagram of a primary processing unit for receiver signals, in Fig. 10 is a block diagram of a cyclic search algorithm for spacecraft signals, in Fig. 11 is a block diagram of a band narrowing algorithm for tracking with reduced accuracy SRP for the Glonass system (Navstarstar C / A), Fig. 12 is a block diagram of the reduced accuracy tracking algorithm for SRP of the Glonass system, Fig. 13 is a flowchart of a signal tracking failure analysis algorithm KA, on Fig.14 presents a block diagram of the tracking algorithm for the high-precision SRP of the Glonass system, Fig. 15 is a graphical interpretation of the formation of the Doppler shift of the received signal from the SRNS spacecraft; FIG. 16 shows a diagram of the formation of the Doppler shift compensation vector.
Согласно изобретению приемоиндикатор спутниковых радионавигационных систем (фиг.1) содержит антенну 1 с входным фидером, выходом соединенного с входом приемника 2, обеспечивающего одновременную обработку в широкой полосе частот сигналов КА систем "Глонасс" и "Навстар". Опорный термостатированный генератор 3 производит выдачу опорных высокостабильных колебаний частотой 10 МГц и соединен с управляющим входом приемника 2. В приемнике 2 после преобразования опорной частоты выдается сетка рабочих тактовых частот для обеспечения работоспособности ряда других узлов и блоков приемоиндикатора. Приемник 2 обеспечивает также подачу m битных цифровых сигналов на первые информационные входы частотно-кодового коррелятора 4, обеспечивая тем самым цифровую обработку входной информации при поддержке внутреннего программно-математического обеспечения. According to the invention, the receiver-indicator of satellite radio navigation systems (FIG. 1) comprises an
Сигналы, принимаемые с космических аппаратов, модулированы псевдослучайными последовательностями и навигационным сообщением. В приемоиндикаторе необходимо сформировать копии этих ПСП для каждого из сигналов КА, согласовать из по временному положению, восстановить подавленную несущую с учетом доплеровского смещения и выдать навигационное сообщение. Для этого многофункциональный генератор 5 включает в себя генераторы ПСП, вырабатывающие последовательности, каждая из которых уникальна для любого из спутников двух систем космических аппаратов. Сигналы псевдослучайных последовательностей ("раньше", "норма", "позже") в различных сочетаниях для двух систем КА поступают на вторую группу информационных входов частотно-кодового коррелятора 4, который вместе с блоком 6 интеграторов и цифровым процессором 7 обработки сигналов выполняет ряд функций первичной обработки информации, например, слежение за кодом, слежение за сдвигом частоты, оценку соотношения сигнал/шум, инициализацию и поиск кода и т.д. The signals received from the spacecraft are modulated by pseudo-random sequences and a navigation message. In the receiver-indicator, it is necessary to generate copies of these SRPs for each of the spacecraft signals, coordinate them from the temporary position, restore the suppressed carrier taking into account the Doppler shift, and issue a navigation message. For this, the
Интерфейс связи 8 служит для обмена информацией между цифровым процессором 7 обработки сигналов и блоком навигационного процессора, включающим в себя адаптер 9 магистралей, навигационный микропроцессор 10, а также необходимые элементы организации вычислительного процесса для решения навигационной задачи, а именно ОЗУ и ПЗУ 12. The
Результаты решения навигационной задачи поступают на вход процессора 13 ввода-вывода, для функциональной поддержки работоспособности которого служит таймер 14, энергонезависимое оперативное запоминающее устройство 15 и ПЗУ 16. Результаты измерений вектора навигационных параметров поступают на индикатор 17. The results of solving the navigation problem are fed to the input of the input-
Приемник 2 сигналов спутниковых радионавигационных систем (фиг. 1,2) содержит широкополосный фильтр преселектор 18, на вход которого поступает сигнал с выхода фидера антенны 1. Выход широкополосного фильтра преселектора 18 соединен с первым входом первого малошумящего усилителя 19, соединенного, в свою очередь, выходом со входом полосового фильтра 20, выход которого подключен к первому входу второго малошумящего усилителя 21. Выход малошумящего усилителя 21 соединен с входом смесителя 22, к второму входу которого подсоединен первый выход формирователя 23 сетки опорных частот, который в данном случае выполняет роль гетеродина. Вход формирователя 23 сетки опорных частот соединен с выходом опорного термостатического генератора 3. Выход смесителя 22 соединен с входом полосового фильтра 24, обеспечивающего выделение сигналов космических аппаратов СРНС "Глонасс" и "Навстар" на разностной промежуточной частоте, выход полосового фильтра 24 подключен к первому входу усилителя 25 промежуточной частоты. Выход усилителя 25 промежуточной частоты соединен одновременно с входом аналого-цифрового преобразователя 26, выход которого является цифровым выходом приемника 2, а также с входом блока 27 автоматической регулировки усиления. Выход последнего подключен ко второму входу усилителя 25 промежуточной частоты; второму входу второго малошумящего усилителя 21 и второму входу первого малошумящего усилителя 19. Второй и третий выходы формирователя 23 сетки опорных частот соединены со сдвигом на четверть периода относительно друг друга, обеспечивая тем самым образование квадратурной и синфазной составляющей на выходе блока АЦП 26. The
Формирователь 23 сетки опорных частот (фиг. 2, 3) включает в себя импульсно-фазовый детектор 28, на первый вход которого поступает сигнал с выхода термостатированного генератора 3. Выходной сигнал с выхода термостатированного генератора 3 также поступает на первый вход частотного детектора 29. Выход импульсно-фазового детектора 28 и частотного детектора 29 соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора 30, выходом соединенного с входом фильтра 31 нижних частот (ФНЧ). Выход ФНЧ 31 подключен к входу генератора 32, управляемого напряжением (ГУН), выход которого, в свою очередь, соединен с входом смесителя 22, обеспечивая тем самым подачу сигнала гетеродина частотой 1440 МГц, а также с входом многокаскадного делителя 33 частоты, формируя тем самым сетку опорных частот, необходимых для работы микропроцессоров и других цифровых схем. The generator 23 of the reference frequency grid (Fig. 2, 3) includes a pulse-
Многокаскадный делитель 33 частоты (фиг. 3, 4) содержит Т-триггер 34, тактовый вход которого соединен с выходом генератора 32, управляемого напряжением, и является входом многокаскадного делителя 33 частоты. Прямой выход Т триггера 34 соединен с тактовым входом Т триггера 35, а инверсный с входом счетчика делителя 36, с первого выхода которого снимается последовательность прямоугольных импульсов частотой 20 МГц и поступает на тактовые входы блоков 4, 5, 6, 7; с второго выхода снимается последовательность прямоугольных импульсов частотой 12 МГц, которая поступает на вход тактовой частоты блоков 9, 10, 13; третий выход указанного счетчика подключен соответственно к вторым входам импульсного фазового детектора 28 и частотного детектора 29. The multi-stage frequency divider 33 (Fig. 3, 4) contains a T-trigger 34, the clock input of which is connected to the output of the voltage controlled
Инверсный выход триггера 35 соединен одновременно с входом Т триггера 37 и первым входом элемента 3-И 38. Выход Т триггера 37 подключен одновременно к входу Т-триггера 39 и второму входу элемента 3-И 38. Выход Т-триггера 39 соединен одновременно с третьим входом элемента 3-И и первым входом управления аналого-цифрового преобразователя 26. Прямой выход Т-триггера 35 подсоединен к входу синхронизации Т-триггера 40, выход которого соединен с входом синхронизации Т-триггера 41, выходом соединенного с вторым входом управления аналого-цифрового преобразователя 26. Выход элемента 3-И 38 соединен с входами сброса Т-триггеров 40 и 41. Сигналы, которые снимаются с выхода триггеров 39 и 41, поступают на соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя 26 со сдвигом относительно друг друга во времени на четверть периода, обеспечивая тем самым квадратурную обработку сигнала. The inverse output of the trigger 35 is connected simultaneously with the input T of the
Аналого-цифровой преобразователь 26 (фиг. 2, 5) содержит компараторы 42, 43, 44, на первый вход которых поступает сигнал с усилителя 25 промежуточной частоты. Второй вход компаратора 42 соединен с положительным потенциалом, определяющим пороговое напряжение сравнения (Uпор1); второй вход компаратора 43 подключен к отрицательному потенциалу, определяющему пороговое напряжение сравнения (Uпор2); второй вход компаратора 44 подключен к нулевому потенциалу, также определяющему пороговое напряжение сравнения (Uпор3); выходы компараторов 42, 43 соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 45, выход которого соединен одновременно с информационными входами Д-триггеров 46 и 47. Выход компаратора 44 соединен с информационными входами Д-Триггеров 48 и 49. Тактовые входы триггеров 46 и 48 одновременно подключены к выходу Т-триггера 39, а тактовые входы Д-триггеров 47 и 49 одновременно соединены с входом Т-триггеров 46 и 48 образуют первую (синусную) пару отсчетов I1 и I2, а выходы Д-триггеров 47 и 49 - вторую (косинусную) пару отсчетов Q1 и Q2 выходного информационного сигнала.The analog-to-digital Converter 26 (Fig. 2, 5) contains
Частотно-кодовый коррелятор 4 (фиг. 1 и фиг. 6) содержит устройство 50 перемножения (УП), на первый четвертый входы которого поступают сигналы с выхода АЦП 26 приемника, а на пятый восьмой входы УП 50 поступают сигналы с выхода генератора 51 с цифровым управления, на вход которого в свою очередь поступают данные вычислений с шины данных цифрового процессора 7 обработки сигналов. Выход УП 50 подключен к соответствующим входам блока 52 логического умножения, при этом на вторые входы данного устройства поступают значения псевдослучайных последовательностей с выхода многофункционального генератора 5. Результаты логического умножения поступают на входы накапливающих сумматоров 53, 54, 55, 56, 57 и 58. Импульсные выходы шести перечисленных накапливающих сумматоров подключены к тактовым входам двоичных счетчиков 59, 60, 61, 62, 63 и 64. Выходы сброса указанных счетчиков объединены между собой и соединены с выходом управления сбросом цифрового процессора 7 обработки сигналов. The frequency-code correlator 4 (Fig. 1 and Fig. 6) contains a
Блок 6 интеграторов (фиг. 1 и фиг. 7) содержит N-адекватных каналов, каждый из которых включает в себя двухпозиционные ключи 65 70, на первые входы которых поступают сигналы I норма, Q норма, I раньше, I позже, Q раньше, Q позже с выходов двоичных счетчиков 59 64 частотно-кодового коррелятора 4. На вторые входы двухпозиционных ключей 65 70 поступает информация с выхода цифрового процессора 7 обработки сигналов; выбор режима работы осуществляется путем подачи управляющего потенциала с шины управления цифрового процессора 7. Выходы указанных двухпозиционных ключей соединены с тактовыми входами счетчиков-накопителей 71 76 соответственно. Выходы установки указанных счетчиков-накопителей объединены между собой и подключены к первому выходу блока 77 управления, на вход которого поступает тактовая частота 20 МГц с выхода управления приемника 2. Выходы указанных счетчиков-накопителей соединены с входом регистров 78 83, тактовые входы которых объединены между собой и подсоединены к второму выходу блока 77 управления. Выходы указанных регистров соединены с информационными входами мультиплексора 84, на управляющие входы которого поступают сигналы с третьего восьмого выходов блока 77 управления. Выходы первого N-го канала блока 6 интеграторов подключены к информационным входам мультиплексора 84, управление которым осуществляется с помощью узла 85 приоритетных прерываний. Выход интерфейсного блока 86 подключен к входу управления интерфейсом 8, а выход блока 87 ключей подключен к входу шины данных цифрового процессора 7 обработки сигналов.
Многофункциональный генератор 5 (фиг. 1 и фиг.8) содержит делитель 88 частоты, первый пятый выходы которого подключены к соответствующим входам формирователя 89 тактовых частот. На второй вход формирователя 89 тактовых частот поступает с первого выхода блока 90 управления псевдослучайными последовательностями, вход которого соединен с шиной управления цифрового процессора 7 обработки сигналов. Первый выход формирователя 89 тактовых частот подключен к входу синхронизации генератора ПСП пониженной точности (ПТ) системы "Глонасс" и генератора ПСП общего применения С/А системы "Навстар", которые выполнены на основе генератора ПТ/СА 91. Выбор режима работы генератора осуществляется путем подключения второго выхода блока 90 управления ПСП к входу управления блока 91 и подачи потенциального сигнала "Навстар"/"Глонасс" в зависимости от вида космического аппарата. В случае работы с КА системы "Глонасс" на вход блока 91 поступает сигнал частотой 511 кГц, а при работе с КА системы "Навстар" 1,023 МГц. Второй выход формирователя 89 тактовых частот подключен к входу синхронизации генератора ПСП высокой точности (ВТкод), который выполнен на основе блока 92. В случае работы блока 92 на его вход синхронизации поступает сигнал частоты 5,11 МГц. Информационный выход блока 92 соединен с третьим выходом блока 90 управления псевдослучайными последовательностями, обеспечивая тем самым возможность программного изменения режима работы генератора ПСП 92. Информационные выходы блоков 91 и 92 соединены соответственно с первым и вторым входами мультиплексора 93, первый и второй входы управления которого соединены соответственно с четвертым и пятым выходами блока 90. На выходах мультиплексора 93 в зависимости от сочетания входных сигналов образуются сигналы псевдослучайных последовательностей: ПСП "раньше", ПСП "норма", ПСП "позже" сигналов космических аппаратов систем "Глонасс" и "Навстар" соответственно. Выходы управления блоков 91 и 92 подсоединены соответственно к первому и второму входам управления счетчика 94 псевдодальностей, тактовый вход которого подключен к входу тактовой частоты многофункционального генератора 5. Информационный вход счетчика 94 псевдодальностей соединен с шестым выходом блока 90 управления ПСП, обеспечивая подачу начального вектора псевдодальностей. Информационный выход указанного счетчика 94 подключен к шине данных цифрового процессора 7 обработки сигналов. Multifunction generator 5 (Fig. 1 and Fig. 8) contains a
Тракт первичной обработки информации (фиг.9) включает в себя частотно-кодовый коррелятор 4, блок 6 интеграторов и ряд узлов, реализованных на основе цифрового процессора 7 обработки сигналов, при этом выходы блока 6 интеграторов подключены к входу блока 95 оценки параметров, первый выход которого соединен с интерфейсом 8, а второй с программируемым блоком 96 арктангенсного фазового детектора петли слежения за фазой несущей (блок 36, цифровой фильтр 97, регистр 8, цифровой управляемый генератор 51) и за частотной ошибкой несущей (вычитатель 99, цифровой фильтр 97, регистра 98 и цифровой управляемый генератор 51). Третий и четвертый выходы блока 95 оценки параметров соединены соответственно с первым и вторым входами цифрового фильтра 100, обеспечивая этим реализацию контуров за задержкой кода и ошибкой задержки кода путем подключения к второму входу регистра 98, выходом соединенного с входом блока 51 частотно-кодового коррелятора 4. The primary information processing section (Fig. 9) includes a frequency-
На фиг. 10 дана графическая интерпретация накопления доплеровского сдвига, который впоследствии должен быть скомпенсирован путем противовращения вектора (I', Q') для определения псевдодальности от потребителя к i-ому КА.In FIG. 10 gives a graphical interpretation of the accumulation of the Doppler shift, which should subsequently be compensated by the counter-rotation of the vector (I ', Q') to determine the pseudorange from the consumer to the i-th spacecraft.
На фиг.11 представлена структурная схема вычисления фазы вектора противовращения (I', Q'), реализованная на основе блока 52 логического умножения частотно-кодового коррелятора 4.Figure 11 presents the structural diagram of the calculation of the phase of the counter-rotation vector (I ', Q'), implemented on the basis of
Работает заявляемое устройство следующим образом. На вход антенны 1 приемника 2 спутниковых радионавигационных систем приемоиндикатора поступают одновременно сигналы космических аппаратов двух спутниковых радионавигационных систем, а именно "Глонасс" и "Навстар" Si, которые излучаются в L1 - диапазоне и имеют вид
где Pi(t) ПСП-огибающая i-го КА,
Di(t) навигационное сообщение i-го КА,
Φi•L1 начальные фазы принимаемых сигналов,
ωi•L1 несущие частоты i-го КА,
t текущее время.The claimed device operates as follows. At the input of the
where P i (t) PSP envelope of the i-th spacecraft,
D i (t) navigation message of the i-th spacecraft,
Φ i • L 1 the initial phases of the received signals,
ω i • L 1 carrier frequencies of the i-th spacecraft,
t current time.
Амплитудно-частотная характеристика приемного тракта определяется спектрами частот принимаемых сигналов. Спектр сигналов системы КА "Навстар" по коду общего применения С/А составляет (1575,42 1) МГц, а спектр сигналов КА СРНС "Глонасс" при работе по коду общего применения СА и высокоточному P-коду составляет (1602 1620,6) МГц. Это означает, что общая полоса частот принимаемых сигналов равна 1574,42 ≅ Δf ≅ 1620,6 МГц,, т.е. занимаемая полоса частот Δf составляет примерно 50 МГц. Принимаемые сигналы проходят через антенну и входной фидер, который входит в состав антенны и представляет собой четвертьволновый замкнутый на одной стороне отрезок коаксиальной линии и служит для согласования параметров антенны и входных цепей приемника. С выхода фидера антенны 1 сигналы поступают на вход широкополосного фильтра-преселектора 18, который служит для ограничения полосы частот принимаемых сигналов в диапазоне 1574, 42 1621 МГц. Указанный фильтр, выполненный на микроволновых линиях, реализует эллиптический полосовой фильтр КАУЭРА 5-го порядка. The frequency response of the receive path is determined by the frequency spectra of the received signals. The signal spectrum of the spacecraft system Navstar according to the general-use C / A code is (1575.42 1) MHz, and the signal spectrum of the spacecraft ARNS Glonass when working according to the general-use code SA and high-precision P-code is (1602 1620.6) MHz This means that the total frequency band of the received signals is 1574.42 ≅ Δf ≅ 1620.6 MHz, i.e. The occupied frequency band Δf is approximately 50 MHz. The received signals pass through the antenna and the input feeder, which is part of the antenna and is a quarter-wave segment of the coaxial line closed on one side and serves to coordinate the parameters of the antenna and the input circuits of the receiver. From the output of the
С выхода фильтра-преселектора 18 сигнал поступает на вход малошумящего усилителя 19, выход которого соединен с входом полосового фильтра 20, сигнал с выхода которого поступает на вход второго малошумящего усилителя 21. Полосовой фильтр 20 служит для устранения дополнительных пульсаций в полосе заграждения широкополосного фильтра-преселектора 18, а также для развязки между малошумящими усилителями 19 и 21. Основное усилие приемного тракта обеспечивается малошумящими усилителями 19 и 21, которые выполнены на основе арсенид-галлиевых транзисторов с барьером Шоттки. Параметры малошумящих усилителей 19 и 21: коэффициент усиления 35 дБ, диапазон принимаемых частот 1.8 ГГц при неравномерности амплитудно-частотной характеристики 1 дБ и коэффициенте шума 1,1 дБ. From the output of the
В дальнейшем сигнал с выхода МШУ 21 поступает на вход смесителя 22, выполненного по балансной схеме и представляющего собой линейный преобразователь сдвига частоты, т.е. на выходе блока 22 происходит выделение сигнала разностной частоты fпр fс fг, причем сохраняется линейность и постоянство времени группового запаздывания τ для всех принимаемых сигналов.In the future, the signal from the output of the LNA 21 is fed to the input of the
Выход смесителя 22 соединен с входом полосового фильтра 24. Он представляет собой два последовательных фильтра Бесселя третьего порядка с линейной фазо-частотной характеристикой, настроенных на частоты сигналов космических аппаратов системы "Навстар", т. е. на частоту (133 137 МГц) и системы "Глонасс", т. е. на частоту (157 181 МГц), обеспечивая тем самым обработку входной информации в широкой полосе частот. Выход полосового фильтра 524 соединен с первым входом усилителя 25 промежуточной частоты для дальнейшего усиления входного сигнала. Для обеспечения постоянства коэффициента усиления в заданных пределах используется блок 27 автоматической регулировки усиления, охватывающий МШУ 19 и 21, усилитель 25 промежуточной частоты. Выходной сигнал усилителя 25 промежуточной частоты поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 26, в котором реализована квадратурная обработка входной информации за счет подачи на управляющие входы данного узла прямоугольных импульсов с частотой 90 МГц со сдвигом на четверть периода, при этом на выходах I1, I2 образуется синусная, а на выходах Q1, Q2 косинусная составляющая входного комплексного информационного сигнала.The output of the
Дальнейшая работа приемоиндикатора обеспечивается при поддержке внутреннего математического обеспечения (МО). После прохождения тестовых программ и подтверждения работоспособности основных узлов приемоиндикатор переходит в режим ожидания прерывания, например, от многофункционального генератора 5, либо блока решения навигационной задачи. Further operation of the receiver-indicator is supported by internal mathematical support (MO). After passing the test programs and confirming the operability of the main nodes, the transceiver goes into interrupt standby mode, for example, from a
Следующая проблема, которая решается при поддержке внутреннего математического обеспечения, это выбор оптимального рабочего создания КА из общего количества радиовидимых в данный момент времени. Начальный выбор рабочего созвездия КА производится по данным действующих альманахов двух систем, которые в заявляемом устройстве хранятся: для системы КА "Глонасс" в ПЗУ 12 (фиг.1), а для системы "Навстар" в энергонезависимом ОЗУ 15 (фиг.1). При этом могут учитываться также приближенные координаты места потребителя и текущее время суток, которые вводятся с клавиатуры. В этом случае блок решения навигационной задачи производит пересчет действующего альманаха на текущий момент времени с целью определения возможности радиовидимости каждого КА в конкретный момент времени. В случае, если альманах устарел, либо при первом включении заявляемого устройства внутренним МО (математическим обеспечением) выдается команда "обновить альманах", либо "осуществить поиск КА вслепую". При этом проводится последовательный поиск сигналов по N-физическим каналам в общем случае одного КА систем "Глонасс" и "Навстар", считывается навигационное сообщение. Одновременно определяется и эфемеридная информация, т.е. определяется число работающих спутников двух систем в данный момент времени, их координаты и прогнозируемое доплеровское смещение относительно потребителя. В случае использования устаревшей информации альманахов, результаты первого отсчета измерений векторов состояния навигационных параметров могут быть получены с достаточно большой погрешностью. Зная эти исходные данные, первоначально формируется признак СРНС Ki, т.е. если, например, в i-ом канале принимается сигнал системы "Навстар", то Ki 0 и Ki 1, если в i-ом канале принимается сигнал со спуска системы "Глонасс".The next problem, which is solved with the support of internal mathematical support, is the choice of the optimal working spacecraft creation from the total number of radio-visible at a given time. The initial selection of the working constellation of the spacecraft is made according to the current almanacs of two systems that are stored in the inventive device: for the Glonass spacecraft in ROM 12 (figure 1), and for the Navstar system in non-volatile RAM 15 (figure 1). In this case, the approximate coordinates of the consumer’s place and the current time of the day, which are entered from the keyboard, can also be taken into account. In this case, the unit for solving the navigation problem recalculates the current almanac at the current time in order to determine the radio visibility of each spacecraft at a particular time. If the almanac is outdated, or the first time the inventive device is turned on, internal MO (software) issues the command "update the almanac" or "search for the spacecraft blindly." In this case, a sequential search of signals is carried out on N-physical channels in the general case of one SC of the Glonass and Navstar systems, and a navigation message is read. Ephemeris information is also determined at the same time, i.e. the number of operating satellites of the two systems at a given time, their coordinates and the predicted Doppler shift relative to the consumer are determined. In the case of using outdated almanac information, the results of the first measurement of the state vectors of navigation parameters can be obtained with a sufficiently large error. Knowing these initial data, the sign of SRNS K i is initially formed, i.e. if, for example, the signal of the Navstar system is received in the ith channel, then
В дальнейшем из всех работающих в данный момент времени спутников выбирается оптимальное созвездие КА двух систем (например, на основе критерия минимального геометрического фактора), при этом известно истинное положение каждого из входящих в оптимальное созвездие спутников. Так как в заявляемом устройстве число физических каналов N 8, то в оптимальное созвездие входит 8 КА систем "Глонасс" и "Навстар". Так как все физические каналы первичной обработки информации идентичны, рассмотрим детальную работу одного из них на примере работы КА системы "Глонасс". Такой выбор объясняется только тем, что прием и обработка сигналов по системе "Глонасс" осуществляется по двум кодам, в то время как в случае использования системы "Навстар" только по коду общего применения, т. е. принцип работы по системе КА "Глонасс" является наиболее общим. Subsequently, from all the satellites currently operating at a given time, the optimal spacecraft constellation of the two systems is selected (for example, based on the criterion of the minimum geometric factor), while the true position of each of the satellites included in the optimal constellation is known. Since the claimed device has a physical channel number of 8, the optimal constellation includes 8 spacecraft of the Glonass and Navstar systems. Since all the physical channels of the primary processing of information are identical, let us consider the detailed operation of one of them using the example of the operation of the GLONASS spacecraft. This choice is explained only by the fact that the reception and processing of signals by the Glonass system is carried out according to two codes, while in the case of using the Navstar system only by the general application code, that is, the principle of operation by the Glonass spacecraft system is the most common.
Организация вычислительного процесса работы приемоиндикатора осуществляется с помощью управляющей программы-диспетчера, которая находится в навигационном (системном) микропроцессоре 10. После выполнения процедуры выбора оптимального рабочего созвездия КА, по которым выполняются измерения вектора навигационных параметров, включаются соответствующие драйверы управления каналами обработки информации, которые осуществляют связь: микропроцессор 10, адаптер 9 магистрали, интерфейс 8 и цифровой процессор 7 обработки сигналов, производят таким образом передачу пакета начальных данных для первого N-го канала блока первичной обработки информации. Среди них обязательно передается:
а) команда "начать циклический поиск сигналов КА";
б) тип кода ПСП (ПТ, ВТ, С/А), по которому происходит поиск сигнала;
в) величина шага поиска по частоте и псевдодальности;
г) значения номинальных несущих частот космических аппаратов систем "Глонасс" и "Навстар", а также их номера;
д) априорно заданное значение доплеровской частоты.Organization of the computational process of the operation of the receiver indicator is carried out using the control program manager, which is located in the navigation (system)
a) the command "start a cyclic search for spacecraft signals";
b) type of code PSP (PT, VT, C / A) by which the signal is searched;
c) the magnitude of the search step in frequency and pseudorange;
d) the values of the nominal carrier frequencies of the spacecraft of the Glonass and Navstar systems, as well as their numbers;
d) a priori preset value of the Doppler frequency.
Упрощенная блок-схема алгоритма последовательной циклической процедуры поиска сигнала КА в плоскости параметрической неопределенности времени - частота представления на фиг. 10. Суть ее заключается в последовательном просмотре плоскости неопределенности, которая разбита на NN элементарных ячеек, накопления модуля входного сигнала на интервале наблюдения Tn и сравнения его величины с заранее рассчитанными нижним A и верхним B порогами, которые устанавливаются, например, в зависимости от вероятности ложного обнаружения a и пропуска сигнала b, а также от числа исследуемых элементарных ячеек NN. Если накопленная величина модуля выходного сигнала SUM превышает верхний порог B (блок 6 программы), то сигнал обнаружен, устанавливается признак "сигнал есть" (блок 8 программы), а значения частоты и псевдодальности через интерфейс 8 и адаптер 9 магистрали пересылаются в навигационный микропроцессор 10 для дальнейшей обработки, а канал обработки информации переходит в режим слежения за параметрами несущей частоты и кода.A simplified flowchart of a sequential cyclic procedure for searching for a spacecraft signal in the plane of the parametric uncertainty of time — the frequency of representation in FIG. 10. Its essence consists in sequentially viewing the plane of uncertainty, which is divided into NN unit cells, accumulating the input signal module in the observation interval T n and comparing its value with the previously calculated lower A and upper B thresholds, which are set, for example, depending on the probability false detection of a and skipping of signal b, as well as the number of elementary cells NN studied. If the accumulated value of the output signal module SUM exceeds the upper threshold B (program block 6), then a signal is detected, the sign “signal is” (program block 8) is set, and the frequency and pseudorange values are sent via
В случае, если значение накопленного модуля меньше нижнего порога А (блок 7, фиг. 10), то сигнал в исследуемой ячейке отсутствует и необходимо выполнить сдвиг по частоте и повторить процедуру поиска (блок 8, фиг. 10). При этом контролируется заранее рассчитанное число шагов L по частоте (блок 10, фиг. 10) и псевдодальности М (блок 13, фиг. 10). If the value of the accumulated module is less than the lower threshold A (
В случае, если наколенное значение модуля SUM удовлетворяет неравенству B>SUM>A, то накопление входного сигнала продолжается до получения одного из результатов ("сигнал есть") SUM>B или "сигнала нет" SUM<A), причем в необходимых случаях происходит сдвиг по ПСП с целью выхода с заданной вероятностью на пик взаимно-корреляционной функции между ПСП входного сигнала и МФГ генератора 5. Поток сигнала КА в плоскости априорной неопределенности происходит циклически; выход из программы может быть выполнен принудительно по прерыванию, например, от программы-диспетчера навигационного микропроцессора 10. If the injected value of the SUM module satisfies the inequality B> SUM> A, then the accumulation of the input signal continues until one of the results is obtained (“signal is”) SUM> B or “signal is not” SUM <A), and, if necessary, shift along the SRP in order to exit with a given probability to the peak of the cross-correlation function between the SRP of the input signal and the MFG of the
Для обеспечения высоконадежного сложения за кодом пониженной точности системы "Глонасс" необходимо реализовать возможность сужения полосы контура следящей системы приемоиндикатора. При этом, как показывают расчеты, полоса контура слежения за фазой несущей КА должна быть сужена до 20 Гц. To ensure highly reliable addition of the reduced accuracy code for the Glonass system, it is necessary to realize the possibility of narrowing the contour strip of the servo-indicator tracking system. At the same time, as calculations show, the band of the tracking loop for the phase of the SC carrier should be narrowed to 20 Hz.
Блок-схема алгоритма сужения полосы представлена на фиг. 11. При реализации этого режима в программе рассчитывается соотношение сигнал/шум qi, значение которого должно превышать заранее рассчитанное пороговое значение B (блок 7, фиг. 11). Превышение этого значения подтверждает устойчивое сложение за сигналом КА. После этого программа вычисляет текущее значение полосы контура слежения B, добиваясь ее сужения до 20 Гц (блоки 8, 10, фиг. 11). Если обеспечена требуемая ширина полосы сопровождения, происходит вызов подпрограммы "поиск фронта" навигационного сообщения и осуществляется переход к сопровождению по ПСП ПТ системы "Глонасс" (фиг. 12).The block diagram of the band narrowing algorithm is shown in FIG. 11. When implementing this mode in the program, the signal-to-noise ratio q i is calculated, the value of which must exceed the previously calculated threshold value B (
В отдельных случаях, например, при высокой динамике движения потребителя или затенении КА возможен срыв сопровождения его сигнала. В этом случае соотношение сигнал/шум qi менее порогового значения B (блок 6, фиг. 12). В этом случае аппаратура переходит в режим анализа срыва сопровождения (блок 7, фиг. 12). Блок-схема алгоритма анализа срыва сопровождения представлена на фиг. 13. В этом случае цифровой процессор 7 обработки сигналов фиксирует начальный момент срыва сопровождения tср tн (блок 1, фиг. 13), а также последние (до срыва) значения частоты и фазы , которые получены в контуре слежения за несущей частотой и фазой ПСП (блок 2, фиг. 13). Если, например, в i + 1 момент восстановлен сигнал КА, причем время срыва сопровождения tср не больше заранее рассчитанной величины tmax (блок 4 и 6, фиг. 13), производится дальнейший поиск фронта ПСП пониженной точности "Глонасс", вычисление и анализ значения текущей полосы сопровождения (блоки 8, 10, 14 и 16 соответственно, фиг. 12), а в дальнейшем переход в режим слежения по коду высокой точности. В случае, если tср > tmax (блок 6, фиг. 13) подпрограмма осуществляет один из видов поиска сигнала КА, например, в полосе 250 Гц.In some cases, for example, with high dynamics of consumer movement or spacecraft shadowing, it is possible to disrupt the tracking of its signal. In this case, the signal-to-noise ratio q i is less than the threshold value B (
В случае работы по коду высокой точности системы "Глонасс" системный (навигационный) микропроцессор 10 выдает команду многофункциональному генератору 5 на установку необходимых начальных данных. При этом ширина полосы сопровождения по коду высокой точности может составлять доли герца. В этом режиме осуществляется также считывание навигационного сообщения (блок 11, фиг. 14) для последующей обработки в навигационном микропроцессоре 10. Заметим, что контур слежения за фазой несущей (фиг. 9) реализован на основе программируемого блока 96 (арктангенсный фазовый детектор), программируемого цифрового фильтра 97 второго порядка, регистра 98, частотно-кодового коррелятора 4, блока 6 интеграторов, блока 95 оценки параметров. Контур слежения за ошибкой по частоте несущей включает в себя и вычитатель 99, вычисляющий разность между значениями углов измеряемой фазы несущей Dv = Φn+1- Φn, обеспечивая при этом слежение за ошибкой по частоте несущей.In the case of working with the high-precision code of the Glonass system, the system (navigation)
Такой подход существенно повышает надежность и точность радиотехнических измерений являемого устройства, в особенности в условиях динамических перегрузок, сложной помеховой обстановки, либо при частичном затенении космических аппаратов. Such an approach significantly increases the reliability and accuracy of the radio engineering measurements of the device in question, especially in the conditions of dynamic overloads, complex jamming conditions, or partial shading of spacecraft.
Примечательно, что измеряемое значение несущей ωi отличается на величину доплеровского смещения Ω, которое образуется вследствие взаимного движения относительно друг друга КА и заявляемого приемоиндикатора. В процессе накопления отсчетов I и Q принимаемого сигнала значение доплеровского сдвига фаз также имеет свойство накапливаться (фиг. 15). Для компенсации эффекта поворота фазы в контуре слежения за фазой несущей накопленный вектор доплеровского сдвига должен быть скомпенсирован, т.е. должен быть умножен на вектор, повернутый в противоположную сторону (антивектор) в плоскости I, j Q. Аналитически данную операцию можно представить так:
Аппаратно данная реализация выполнена в устройстве 50 перемножения частотно-кодового коррелятора 4 (фиг. 16), при этом угол антивращения ω•M•T реализуется с помощью генератора 51 с цифровым управлением и представлен М-битными словами.It is noteworthy that the measured value of the carrier ω i differs by the magnitude of the Doppler shift Ω, which is formed due to the mutual motion relative to each other of the spacecraft and the inventive transceiver. During the accumulation of samples I and Q of the received signal, the value of the Doppler phase shift also tends to accumulate (Fig. 15). To compensate for the effect of phase rotation in the tracking phase of the carrier phase, the accumulated Doppler shift vector must be compensated, i.e. must be multiplied by a vector turned in the opposite direction (antivector) in the plane I, j Q. Analytically, this operation can be represented as follows:
This implementation is implemented in hardware in the
Таким образом, при настройке генератора 51 с цифровым управлением частотно-кодового коррелятора 4 и генератора ПСП многофункционального генератора 5 соответственно на частоту и огибающую сигнала выбранного космического аппарата и при совпадении временного положения ПСП с огибающей Pi(t) в пределах основного лепестка взаимно-корреляционной функции на выходе блока 95 оценки параметров образуется узкополосный сигнал Si(t)выбранного КА с восстановленной несущей и скомпенсированным доплеровским смещением
Si(t) = Di(t)•cos(ωi•t+Φi) (2)
где Di(t) навигационное смещение.Thus, when tuning the
S i (t) = D i (t) • cos (ω i • t + Φ i ) (2)
where D i (t) navigation offset.
С выхода блока 95 оценки параметров сигнал Si(t), псевдодальность ρ до i-го КА, псевдоскорость (мгновенное состояние дискретной фазы в петле слежения за задержкой соответствует псевдодальности, а мгновенное состояние фазы в петле слежения за несущей псевдоскорости) поступают через интерфейс 8 в блок решения навигационной задачи, где происходит дешифрация навигационного сообщения Di(t), причем программно реализованные дешифраторы навигационных сообщений КА систем "Глонасс" и "Навстар" индивидуальны для каждого вида спутников, так как структуры навигационных сообщений указанных СРНС отличаются друг от друга.From the output of
Следует отметить, что коды общего применения пониженной точности привязаны к одному и тому же моменту времени с погрешностью Dt = 5 нс,, поэтому сигнал пониженной точности (ПТ) служит ключом для ускоренного вхождения в синхронизм по ходу высокой точности (ВТ). Это означает, что начальная синхронизация осуществляется по коду общего применения ПТ до специального ключевого слова, которое содержится в навигационном сообщении и расстояние до которого известно из его структуры, после чего осуществляется ускоренное вхождение в синхронизм по ходу ВТ. Структура и принцип работы следящих измерений при этом не меняется. It should be noted that general codes of reduced accuracy are tied to the same time with an error of Dt = 5 ns, therefore, a signal of reduced accuracy (PT) serves as a key for accelerated synchronization in the course of high accuracy (BT). This means that the initial synchronization is carried out according to the code of the general application of PT to a special keyword that is contained in the navigation message and the distance to which is known from its structure, after which accelerated entry into synchronism is carried out along the BT. The structure and principle of operation of the tracking measurements does not change.
Работа с КА системы "Навстар" производится только по С/А коду, при этом снижается точность навигационных измерений и требуется разработка специальных моделей распространения радиоволн для учета ионосферных и тропосферных задержек принимаемых сигналов. Work with the spacecraft of the Navstar system is carried out only using the C / A code, while the accuracy of navigation measurements is reduced and the development of special models of the propagation of radio waves to account for the ionospheric and tropospheric delays of the received signals is required.
Так как в рабочем созвездии обычно находятся КА различных систем, необходимо прежде всего определить величину Δτ сдвига шкалы системного времени спутников СРНС "Навстар" относительно шкалы времени СРНС "Глонасс" и лишь после этого определить текущий вектор состояния потребителя. С этой целью в навигационном микропроцессоре 10 решается уравнение измерений вида
где ρi измеренная псевдодальность до i-го КА;
n размерность вектора состояния потребителя;
C скорость света,
X вектор состояния без учета относительно временного сдвига СРНС.Since spacecraft of various systems are usually located in the working constellation, it is first necessary to determine the shift Δτ of the system time scale of the Navstar satellites of the SRNS satellites relative to the Glonass SRNS timeline and only then determine the current consumer state vector. To this end, in the
where ρ i measured pseudorange to the i-th spacecraft;
n dimension of the consumer state vector;
C is the speed of light
X state vector without regard to the time shift of the SRNS.
Тогда система уравнений измерений для случая работы по созвездию, включающему КА двух различных систем, имеет вид:
где ρm вектор измерений псевдодальностей;
δм вектор признаков принадлежности КА к данной СРНС.Then the system of measurement equations for the case of work on the constellation, including the spacecraft of two different systems, has the form:
where ρ m is the vector of measurements of pseudorange;
δ m is the vector of signs of spacecraft belonging to this SRNS.
Решив данную систему уравнений, получим точное значение временного сдвига Δτ временной шкалы СРНС "Глонасс" относительно СРНС "Навстар". Having solved this system of equations, we obtain the exact value of the time shift Δτ of the time scale of the GLONASS SRNS relative to the Navstar SRNS.
В дальнейшем в блоке навигационного микропроцессора 10 происходит решение следующей системы уравнения с использованием одного из методов оптимальной оценки вектора состояния, например, метода наименьших квадратов
где C скорость распространения сигнала;
ρi псевдодальность до i-го КА,
xi, yi, zi неизвестные из навигационного сообщения Di(t) координаты КА;
известные из навигационного сообщения скорости КА;
неизвестные координаты и составляющие вектора скорости объекта;
ωoi номинальная частота несущей i-го КА, постоянная величина;
ωi измеренная частота несущей i-го КА;
расстройка частоты опорного генератора приемоиндикатора относительно опорного генератора СРНС;
Δτ временное рассогласование между шкалами времени СРНС двух систем.Subsequently, in the block of the
where C is the signal propagation speed;
ρ i pseudorange to the i-th spacecraft,
x i , y i , z i unknown from the navigation message D i (t) coordinates of the spacecraft;
spacecraft speeds known from the navigation message;
unknown coordinates and components of the object's velocity vector;
ω oi is the nominal carrier frequency of the i-th spacecraft, constant;
ω i measured carrier frequency of the i-th spacecraft;
detuning the frequency of the reference generator of the receiver indicator relative to the reference generator of the SRNS;
Δτ is the temporary mismatch between the SRNS time scales of the two systems.
Решив данную систему уравнений для случая, когда число наблюдаемых СРНС не менее 4, получим результирующий вектор состояния объекта
который выводится из индикатора 17. Среднеквадратичная ошибка G оценки координат и времени равна
где sx, σy, σz, σt среднеквадратичная ошибка по трем координатам и времени;
σρ среднеквадратичная ошибка измерения псевдодальностей;
M геометрический фактор.Having solved this system of equations for the case when the number of observed SRNSs is at least 4, we obtain the resulting state vector of the object
which is derived from
where s x , σ y , σ z , σ t the mean square error in three coordinates and time;
σ ρ standard error of the measurement of pseudorange;
M is a geometric factor.
По сравнению с устройством-прототипом /3/ в заявляемом устройстве достигнуты следующие преимущества:
а) обеспечена возможность приема и обработки сигналов двух СРНС двух систем "Глонасс" и "Навстар" с помощью одного приемного тракта, т.е. не прибегая к мультиплексированию либо дублированию каналов приема, чем достигается существенное упрощение приемной аппаратуры,
б) реализация приемника осуществлена с помощью одного преобразования на промежуточную частоту с целью дальнейшей цифровой обработки сигналов, поступивших с КА в широкой полосе частот. В этом случае отсутствуют дополнительные помехи по зеркальному каналу, которые имеют место при двойном преобразовании частоты. Подача сигналов гетеродина, сигналов стробирования аналого-цифрового преобразователя, а также тактовых частот 90 МГц, 20 МГц, 12 МГц для обеспечения работоспособности цифровой части приемоиндикатора происходит с помощью одного формирователя сетки опорных частот. Использование в формирователе сетки опорных частот импульсного фазового и частотного детекторов предохраняет устройство от ложных захватов на кратных частотах генератора, управляемого напряжением и тем самым обеспечивается высокая надежность и точность работы схемы,
в) заявляемое устройство обеспечивает более высокую точность воспроизведения входной информации за счет применения фильтров с эллиптической аппроксимацией и линейного преобразования частоты, что позволяет получить линейную фазо-частотную характеристику тракта приема и, как следствие, одинаковое и минимальное время групповой задержки для всех принимаемых сигналов КА. В этом случае нет необходимости использования специального калибратора для усреднения времени группового запаздывания,
г) достигнута более высокая точность измерений и надежность в работе за счет введения дополнительных контуров слежения по ошибке частоты несущей, по задержке кода и сдвигу кода, что обеспечивает надежную работу при срыве слежения по коду или несущей, например, при наличии преднамеренных помех или при установке приемоиндикатора на высокодинамичных объектах,
д) использование для определения вектора измеряемых параметров космических аппаратов двух радионавигационных систем "Глонасс" и "Навстар" позволяет обеспечить измерение вектора состояния параметров аппаратуры потребителей в любое время суток, даже при неполном развертывании КА одной из систем либо выхода части спутников из строя,
е) заявляемое устройство за счет многоканальной организации вычислительного процесса измерений обеспечивает работоспособность в условиях частичной затененности КА (например, на улицах города с высотными домами или лиственного леса, когда имеет место фактор многолучевости).Compared with the prototype device / 3 / in the inventive device, the following advantages are achieved:
a) the possibility of receiving and processing signals of two SRNS of two systems "Glonass" and "Navstar" using one receiving path, i.e. without resorting to multiplexing or duplication of the reception channels, thereby achieving a significant simplification of the receiving equipment,
b) the implementation of the receiver is carried out using one conversion to an intermediate frequency for the purpose of further digital processing of signals received from the spacecraft in a wide frequency band. In this case, there are no additional noise on the mirror channel, which occurs during double frequency conversion. The supply of local oscillator signals, gating signals of an analog-to-digital converter, as well as clock frequencies of 90 MHz, 20 MHz, 12 MHz to ensure the operability of the digital part of the transceiver occurs with the help of one shaper of the reference frequency grid. The use of pulse phase and frequency detectors in the grid driver of the reference frequencies protects the device from false captures at multiple frequencies of the generator controlled by voltage, and thereby ensures high reliability and accuracy of the circuit,
c) the inventive device provides higher accuracy of reproducing input information through the use of filters with elliptic approximation and linear frequency conversion, which allows to obtain a linear phase-frequency characteristic of the receiving path and, as a result, the same and minimum group delay time for all received spacecraft signals. In this case, there is no need to use a special calibrator for averaging the group delay time,
d) higher accuracy of measurements and reliability in operation due to the introduction of additional tracking loops due to carrier frequency error, code delay and code shift, which ensures reliable operation when tracking is disrupted by code or carrier, for example, in the presence of deliberate interference or during installation receiver indicator on highly dynamic objects,
e) the use of two radionavigation systems Glonass and Navstar to determine the vector of measured parameters of spacecraft makes it possible to measure the state vector of parameters of consumer equipment at any time of the day, even if one of the systems is not fully deployed or some satellites fail,
f) the inventive device due to the multi-channel organization of the computational measurement process ensures operability in the conditions of partial shadowing of the spacecraft (for example, on city streets with high-rise buildings or deciduous forest, when there is a multipath factor).
Таким образом, задачи, поставленные перед изобретением, выполнены. Thus, the tasks posed to the invention are fulfilled.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94023754A RU2079148C1 (en) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | Multichannel receiver indicator of satellite radionavigational systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94023754A RU2079148C1 (en) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | Multichannel receiver indicator of satellite radionavigational systems |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94023754A RU94023754A (en) | 1996-05-27 |
RU2079148C1 true RU2079148C1 (en) | 1997-05-10 |
Family
ID=20157618
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94023754A RU2079148C1 (en) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | Multichannel receiver indicator of satellite radionavigational systems |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2079148C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491577C2 (en) * | 2010-03-16 | 2013-08-27 | Денсо Корпорейшн | Glonass receiver |
RU2708679C1 (en) * | 2019-04-16 | 2019-12-11 | Дмитрий Александрович Затучный | Method for aircraft to detect external imitation interference, which makes an error in determining its location |
-
1994
- 1994-06-23 RU RU94023754A patent/RU2079148C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Приемоиндикатор типа Х фирмы Magnavox (США). Ж. "Зарубежная радиоэлектроника", N 4, 1983, рис 7, с.77. 2. Военный приемник фирмы "Интерстейт электроникс корпорейшн". Материалы симпозиума по радиолокации и навигации, Лас-Вегас, США, 1986, с.162 - 168. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491577C2 (en) * | 2010-03-16 | 2013-08-27 | Денсо Корпорейшн | Glonass receiver |
RU2708679C1 (en) * | 2019-04-16 | 2019-12-11 | Дмитрий Александрович Затучный | Method for aircraft to detect external imitation interference, which makes an error in determining its location |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94023754A (en) | 1996-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3262585B2 (en) | Digital Processing Technology for Global Positioning System Receiver | |
EP0242115B1 (en) | Method and system for determining position on a moving platform, such as a ship, using signals from GPS satellites | |
US5192957A (en) | Sequencer for a shared channel global positioning system receiver | |
EP1284050B1 (en) | Method and apparatus for code phase tracking | |
US5414729A (en) | Pseudorandom noise ranging receiver which compensates for multipath distortion by making use of multiple correlator time delay spacing | |
US4701934A (en) | Method of doppler searching in a digital GPS receiver | |
US5808582A (en) | Global positioning system receiver with improved multipath signal rejection | |
CA1334110C (en) | Global positioning system receiver with improved radio frequency and digital processing | |
US4807256A (en) | Global position system receiver | |
US5016256A (en) | Spread spectrum intercept apparatus and method | |
EP1031845A2 (en) | Receiver calibration technique for glonass | |
EP0843828B1 (en) | Multipath error reduction in a spread spectrum receiver for ranging applications | |
JP3231624B2 (en) | GPS receiver | |
US20090262017A1 (en) | Systems and methods for fast gnss signals acquisition | |
EP3362818B1 (en) | Satellite navigation receiver with fixed point sigma rho filter | |
RU2079148C1 (en) | Multichannel receiver indicator of satellite radionavigational systems | |
JPH0242374A (en) | Determination of pseudo range from earth orbit satellite | |
RU2205417C2 (en) | Multichannel receiver-indicator of satellite radio navigation systems | |
RU2067771C1 (en) | Receiver/transmitter for satellite navigation systems | |
US5103460A (en) | Spread spectrum intercept apparatus and method | |
US7222035B1 (en) | Method and apparatus for determining changing signal frequency | |
US5113409A (en) | Spread spectrum intercept apparatus and method | |
JPH112674A (en) | Gps receiver | |
Farmer et al. | Signal processing in a digital GPS receiver | |
Pachter et al. | Signal Processing for Multipath E ects Mitigation in GPS |