Научная статья на тему 'Фазовый метод повышения точности навигационных определений по сигналам СРНС'

Фазовый метод повышения точности навигационных определений по сигналам СРНС Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
214
95
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Гусев Александр Павлович

В статье рассматривается метод повышения достоверности навигационных определений путем модернизации АП СРНС. Модернизация заключается во включении модуля синхронизации работы устройства выборки и хранения по максимуму значения сигнала промежуточной частоты.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Гусев Александр Павлович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE COHERENT METHOD OF INCREASE ACCURACY NAVIGATION DEFINITION BY GNSS SIGNALS

The article consider method of increase validity navigation definition by modernization GNSS receiver. Modernization consist in adding synchronization module of access and storage station with maximum of intermediate frequency signal.

Текст научной работы на тему «Фазовый метод повышения точности навигационных определений по сигналам СРНС»

2008

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника

№ 139

УДК 621

ФАЗОВЫЙ метод повышения точности

НАВИГАЦИОННЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ ПО СИГНАЛАМ СРНС

А. П. ГУСЕВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Рубцовым В. Д.

В статье рассматривается метод повышения достоверности навигационных определений путем модернизации АП СРНС. Модернизация заключается во включении модуля синхронизации работы устройства выборки и хранения по максимуму значения сигнала промежуточной частоты.

Рассматриваемый метод заключается в синхронизации взятия выборок сигнала в устройстве выборки и хранения. В обычном режиме работы АП СРНС выборки сигнала берутся в произвольный момент времени. Поэтому необходимо брать две выборки с задержкой на четверть периода колебания несущей частоты (Т/4), что соответствует двум квадратурным выборкам. В данном процессе важен также и момент взятия выборки. Выборка осуществляется в момент, когда значение сигнала на выходе усилителя промежуточной частоты (УПЧ) достигает максимума. Фиксация данного момента требует наличия фазовой синхронизации, которая может быть осуществлена с использованием схемы выделения несущей. Структурная схема данного приемника указана на рис. 1. Основной особенностью данной структурной схемы является наличие блока синхронизации выборок для коррелятора. Блок синхронизации выборок состоит из 2-х схем: схемы выделения несущей с точностью до фазы и схемы синхронизации, которая определяет момент взятия выборки для каждого канала в отдельности в соответствии с фазой сигнала.

Блок

СВ1-

Рис. 1. Структурная схема модернизированного приемника

Сигнал и помеха на входе УПЧ запишутся виде:

8(1;)=8псо8юо1;;

и(1;)=пх(1;)+пу(1;);

\пх 0) = ^ (Ґ )с°8^,

[пу (Ґ) = Ns (Ґ

Соотношение сигнал/помеха в алгоритм слежения за кодом:

Чк = —,

°пх

где: 8т - амплитудное значение сигнала на выходе УПЧ;

(1)

(2)

(3)

а

7 =—;= - среднеквадратическое значение одной из квадратурных составляющих помехи.

л/2

Значение огибающей сигнала смеси в алгоритме слежения за кодом можно записать:

V = д/V2 + К , (5)

где: Ух, Уу - квадратурные составляющие смеси сигнала и шума равные:

V; = (X, + пх )2 = 52 + 25Л + , (6)

Г;н = 5 + п, У = 52 + 25Л, + пу. (7)

Подставляя (6), (7) в (5), получаем:

v —V sm+2(sxnx+Syny)+ni+ni . (8)

При высоком отношении сигнал/помеха (при малом отношении сигнал/помеха возможны срывы

слежения в системе фазовой синхронизации), разлагая (8) в ряд Тэйлора и ограничиваясь двумя члена-

ми, получаем:

V - S. +Sn+Sn +-¿-+_?é_. (9)

Sm 25m 25m

Отношение сигнал/помеха для одного отсчета алгоритма кодового слежения равно:

S.

g — -----------—-----------

n2 n2 ' (10)

Sxnx + Syny + ^ ^ x x y y 2 2

С учетом (4) и (10) выигрыш от использования фазового метода в части повышения отношения сигнал/помеха можно записать:

Sxnx + Syny + — + — k — — x x y y 2 2 (11)

gH nxSm

Данное выражение можно усреднить при условиях:

— квадратурные составляющие помех взаимонезависимы и подчиняются гауссовскому закону распределения;

— фаза помехи статистически не связана с огибающей и распределена равномерно на интервале [- л, л];

— фаза опорного сигнала коррелятора случайна и равномерно распределена на интервале [- л, л]. При соблюднии вышеуказанных условий среднее значение выигрыша принимает вид:

2 2л

Sm — Í (cos Y + sin Y)dY

k — m p 0_________________________+ s±S (12)

Sm 2S m ’

P

учитывая ох=оу и J (cos Y + sin Y)dY — 2 и обозначив отношение сигнал/шум на входе УПЧ через

0

S3Í,

Чэф —------, получим:

S

k — 1.27 +-----. (13)

Чэф (13)

Для оценки точностных характеристик реального приемоиндикатора при использовании рассматриваемого метода необходимо осуществить моделирование ошибок оценки фазы, которые при анализе потенциальных возможностей алгоритма не учитывались.

Одним из основных блоков, определяющих качество работы, является схема выделения несущей, так как от точности выделения фазы несущей сигнала зависит эффективное значение отношения сигнал/помеха. Таким образом, для оценки точности данного алгоритма необходимо провести анализ схемы выделения несущей и разработать модель погрешностей.

В спектре сигнала на выходе корреляторов отсутствует несущая частота из-за бинарной фазовой манипуляции сигнала навигационными сообщениями. Поэтому когерентное колебание несущей следует выделять из принимаемого сигнала посредством нелинейного преобразования и последующей фильтрации. Наиболее общим подходом является использование критерия максимального правдоподобия. При этом восстановление несущего колебания рассматривается как задача оптимального оценивания фазы сигнала в условиях помех.

В настоящее время широкое применение для восстановления несущей получила схема Костаса. Влияние ее сводится к снижению эффективного уровня сигнала при неизменном уровне помехи. Для большого отношения сигнал/шум распределение фазы можно аппроксимировать гауссовским законом. Тогда ошибка фазы моделируется как случайная величина с плотностью вероятности:

W (j) = ^L е л/2р

_ (j-jc )

2sj

(14)

где: фс — систематическая погрешность оценки фазы; оф — среднеквадратическое отклонение флуктуаци-онной составляющей погрешности оценки фазы.

Для схемы Костаса эти параметры принимают следующие значения:

jc

_W..

Df '

S2 F

m ш

2 N

(15)

(16)

где: Лf — расстройка несущей частоты фазоманипулированного сигнала на выходе второго УПЧ АП СРНС относительно номинальной частоты (500кГц) схемы выделения несущей, обусловленная погрешностью частотной автоподстройки; Ц, — полоса удержания ФАПЧ схемы выделения несущей; N0 — спектральная плотность мощности шума.

Результаты математического моделирования показаны на рис. 2, где приведены результаты математического моделирования оценки точности измерения псевдодальности в условиях действия собственных шумов при угле места КА у = 15 °.

Рис. 2. Зависимость СКО по псевдодальности от соотношения сигнал/шум для различных методов обработки принятого сигнала

Из рис. 2 видно, что с учетом реальной погрешности оценки фазы несущей, эффективность применения данного метода снижается с увеличением соотношения сигнал/шум.

ЛИТЕРАТУРА

1. ICAO Doc 9613-AN/937. Manual on Required navigation performance (RNP), second edition, 1999.

2. Карюкин Г. Е. Расширение функциональных возможностей спутниковых радионавигационных систем путем совершенствования методов навигационных определений и обработки информации. Дисс. ... канд. техн. наук.: МГТУ ГА, 2006.

3. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: Радио и связь, ИТЦ «Эко-Трендз», 2000.

THE COHERENT METHOD OF INCREASE ACCURACY NAVIGATION DEFINITION

BY GNSS SIGNALS

Gusev А.Р.

The article consider method of increase validity navigation definition by modernization GNSS receiver. Modernization consist in adding synchronization module of access and storage station with maximum of intermediate frequency signal.

Сведения об авторе

Гусев Александр Павлович, 1983 г.р., окончил МГУ им. Огарёва (2005), аспирант МГТУ ГА, область научных интересов - навигация и управление воздушным движением.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.