Комплексирование ГНСС-приемников и инерциальных датчиков

Карцан Т.И.; Дмитриев Д.Д.; Карцан И.Н.; Тяпкин В.Н.; Самойлов Е.А.

Решетнеескцие чтения. 2015

способ имеет существенный недостаток: провал формируется на фиксированном направлении.

Применение противофазного запитывания облучателя приводит к значительному уменьшению сигнала в 20 % от номинальной ЗО.

Кроме того, для подавления дополнительных помех необходимо запитывать в противофазе дополнительный облучатель, что приводит к еще большей деградации или полной потере характеристик антенны.

Библиографические ссылки

1. Щесняк С. С., Попов М. П. Адаптивные антенны. СПб. : Военная инженерно-космическая академия имени А. Ф. Можайского, 1996. 612 с.

2. Эффективность радионавигационных систем / И. Н. Карцан, К. Г. Охоткин и др. // Вестник СибГАУ. 2013. № 3(49). С. 48-50.

References

1. Shchesnyak S. S., Popov M. P. Adaptive antennas. SPb. : Military engineering and space academy of name A. F. Mozhaisky, 1996. 612 p.

2. Kartsan I. N., Ohotkin K. G. [The effectiveness of radio navigation systems]. Vestnik SibGAU. 2013, No. 3(49), p. 48-50 (In Russ.).

УДК 621.396.946

КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ ГНСС-ПРИЕМНИКОВ И ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ*

Т. И. Карцан2, Д. Д. Дмитриев3, И. Н. Карцан2, В. Н. Тяпкин3, Е. А. Самойлов2

2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

3Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79. E-mail: kartsan2003@mail.ru

Рассмотрена структурная схема оптимальной интегрированной инерциально-спутниковой навигационной системы.

Ключевые слова: инерциальная навигационная система, блок инерциальных датчиков, аналогово-цифровой преобразователь, глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС).

INTEGRATION OF GNSS RECEIVERS AND INERTIAL SENSORS 1

T. I. Kartsan2, D. D. Dmitriev3, I. N. Kartsan2, V. N. Tyapkin3, Y. A. Samoilov2

2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

3Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. E-mail: kartsan2003@mail.ru

The research focuses on structural scheme of the optimum integrated inertial-satellite navigation system.

Keywords: inertia navigation system, inertial sensor unit, analog-to-digital converter, global navigation satellite system.

В современной технике используются различные навигационные системы - инерциальные, спутниковые, баровысотомеры, радиолокационные, системы локальной радионавигации и пр. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Поскольку многие задачи, решаемые этими системами, совпадают, то имеет смысл объединить их в единую навигационную систему. Такая интеграция позволит использовать достоинства каждой из систем и компенсировать недостатки, присущие отдельным системам, за счет преимуществ других.

В настоящее время интенсивно развивается направление, основанное на интеграции инерциальных и спутниковых радионавигационных систем.

Автономное использование ограничивается серьезными недостатками, присущими каждой из них. Так, инерциальная навигационная система (ИНС) характеризуются низким уровнем шумовой составляющей погрешности измерения и высоким темпом выдачи данных, в то же время погрешность измерения носит нестационарный характер, т. е. имеет место накапливающаяся ошибка.

*Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение от 28.10.2014 г. № 14.574.21.0131, уникальный идентификатор проекта ММЕП57414Х0131).

Системы управления, космическая навигация и связь

Основные характеристики ИНС и ГНСС

Параметр ИНС ГНСС

Автономность Да Нет

Привязка к центральным эталонам (системе координат и времени) Нет Есть

Шумовая погрешность Низкая Высокая

Накапливающаяся погрешность, необходимость калиб- Да Нет

ровки

Помехоустойчивость Высокая Низкая

Перерывы навигационных измерений, обусловленных внешними факторами Нет Есть

Темп выдачи данных Высокий (до сотен Гц) Низкий (1-10Гц)

Возможность резервирования Эффективная Неэффективная

ГНСС, наоборот, характеризуются отсутствием накапливающихся ошибок и высоким уровнем шумовой составляющей. К тому же спутниковые системы имеют довольно низкую помехоустойчивость, и для их работы необходим обзор верхней полусферы. Основные характеристики ИНС и ГНСС представлены в таблице. Таким образом, названные системы являются взаимодополняющими, что и обусловливает эффективность их интеграции.

Следует отметить, что в настоящее время в авиационной технике успешно интегрируются в единый комплекс традиционно применяемые системы, такие как инерциальные, баровысотомеры и пр. Спутниковые же системы навигации стали применяться лишь в последнее время и используются автономно. Автономное использование ГНСС во многом обусловлено еще и тем, что в них в основном применяется импортная аппаратура, в которой доступны только выходные данные, что не позволяет выполнять глубокое интегрирование на уровне первичной обработки сигналов.

В литературе [1] описывается несколько уровней интегрирования ИНС и ГНСС. По степени интегрирования различают сильносвязанные и слабосвязанные системы. Сильносвязанные системы предусматривают интеграцию на уровне первичной обработки сигналов, т. е. на уровне измеряемых параметров. Слабосвязанные системы интегрируются на уровне выходных параметров.

Структурная схема оптимальной интегрированной инерциально-спутниковой навигационной системы (ИИСНС) приведена на рис. 1.

ИНС содержит только блок инерциальных датчиков, а ГНСС - высокочастотный блок. Сигналы ИНС и ГНСС поступают на интегрированный блок обработки сигналов.

Согласно теории оптимальной фильтрации, интегрированная система обработки может быть построена на основе достаточной статистики:

n

Укорр,к = Z >ГНСС (tk-1,i )S(Xk-U , tk-\,i ) = max , (1) i=1

где вектор опорных сигналов

S(Xk-1, i, tk-1,i) = |S1( X k-1,i, tk-1, i )•■■ SN (Xk-1, i, tk-1,i )| .

Рис.

1. Интегрированная инерциально-спутниковая навигационная система

Выражение (1) есть не что иное, как векторный коррелятор [1; 2]. Оптимальная обработка сигналов может быть реализована либо на основе согласованного фильтра, либо на основе коррелятора. Структурная схема оптимальной ИИСНС приведена на рис. 2.

Рис. 2. Структура оптимальной интегрированной инерциально-спутниковой навигационной системы

Блок ГНСС содержит аналоговую радиочастотную часть, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и многомерный коррелятор, блок ИНС - блок инерциальных датчиков, АЦП и также многомерный коррелятор. Оценка параметров сигнала производится комплексным фильтром, общим для обеих систем. В данной схеме алгоритм обработки сигналов ГНСС и ИНС неразделим, поэтому такая система называется глубо-коинтегрированной, или комплексированной по вход-

Решетнееские чтения. 2015

ным сигналам [2], поскольку на вход комплексного фильтра подаются исходные сигналы ГНСС и ИНС.

Библиографические ссылки

1. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. 3-е изд., перераб. М. : Радиотехника, 2005. 688 с.

2. ГЛОНАСС: принципы построения и функционирования / под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. М. : Радиотехника, 2010. 720 с.

References

1. GLONASS. Principles of construction and operation. / ed. A. I. Perov, V. N. Kharisov. Ed. 3rd, revised. M. : Radio Engineering, 2005. 688 p.

2. GLONASS: the principles of construction and operation / ed. A. I. Perov, V. N. Kharisov. M. : Radio Engineering, 2010. 720 p.

УДК 621.396.42

УВЕЛИЧЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ КОРРЕКТИРУЕМОЙ ОШИБКИ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ АЛГОРИТМА ФИТЦА

А. А. Комаров, И. Н. Рыженко, А. С. Андреев, А. В. Леонова АО «КБ «Искра»

Российская Федерация, 660028, Красноярск, ул. Телевизорная, 1. E-mail: komarovalal@gmail.com

Разработана методика использования устранения фазовых разрывов для увеличения диапазона корректируемой алгоритмом Фитца частотной расстройки. Достигнуто увеличение корректируемой расстройки с 1,9 % от символьной частоты до 20 %.

Ключевые слова: грубая частотная коррекция, DVB-S2, QPSK, DBPSK, частотная синхронизация по известному сигналу.

APPROACH TO INCREASE FREQUENCY OFFSET RANGE CORECTED BY FITZ ALGORITHM

A. A. Komarov, I. N. Ryzhenko, A. S. Andreev, A. V. Leonova Iskra R&D corporation

1, Televizornaya Str., Krasnoyarsk, 660028, Russian Federation. E-mail: komarovalal@gmail.com

Fitz coarse frequency correction algorithm and method of increasing correction range based on phase wrap cancelation algorithm are reviewed in the article. Operational range increasing by more than 10 times, from 1,9 % to 20 % is achieved by this method.

Keywords: coarse frequency correction, DVB-S2, QPSK, DBPSK, data aided frequency synchronization.

Спрос на беспроводную широкополосную передачу данных увеличивается в военной, промышленной и потребительской сфере вместе с постепенным развитием спутниковых сетей. Для удовлетворения растущих потребностей в широкополосном доступе был разработан стандарт БУБ-82 [1; 2]. Отличительной особенностью стандарта является возможность коммуникации при низком соотношении сигнал/ шум (С/ Ш) до -2,3 дБ при использовании ЬБРС-коди-рования.

Для уменьшения стоимости коммуникационных модулей используются низкостабильные генераторы опорной частоты, что влечёт за собой возникновение частотной ошибки. При коррекции частотной ошибки используется целый набор различных алгоритмов. Было принято решение провести доработку алгоритма Фитца, расширив его рабочий диапазон коррекции.

Согласно стандарту DVB-S2 в начале каждого кадра следует преамбула. Структура преамбулы представляет PLSCODE 64 символа и SOF (start of frame), состоящий из 26 символов, одинаковых для любого типа пакетов (рис. 1). Возможно использование алгоритмов синхронизации, основанных на известных последовательностях данных SOF.

Для выбора алгоритма, удовлетворяющего требованиям точности и вычислительной сложности, была проанализирована работа [3]. В результате был выбран алгоритм Фитца [4].

Диапазон корректируемой частотной ошибки выражается формулой 1/(2M), где M - длина известной последовательности, т. е. при длине SOF 26 алгоритм способен корректировать ошибку 1,923 % от символьной скорости, что является недостаточным для решения поставленной задачи. С целью расширения диапазона корректируемой ошибки было принято

INTEGRATION OF GNSS RECEIVERS AND INERTIAL SENSORS

Текст научной работы на тему «Комплексирование ГНСС-приемников и инерциальных датчиков»