CC BY
75<Тешетневс^ие чтения. 2016
control generalized Galerkin method] // Informatsionno-upravlyayushchie sistemy. 2006. № 3. P. 51-55. (In Russ.)
7. Shishlakov V. F., Shishlakov D. V., Tsvetkov S. A. [Synthesis and simulation of autonomous electric power installation] // Informatsionno-upravlyayushchie sistemy. 2008. № 4. P. 14-17. (In Russ.)
8. Chubraeva L. I., Ronzhin A. L., Shishlakov A. V., Ronzhin A. L., Shishlakov V. F. [The concept of building intelligent control systems for protected objects decentralized energy] // Trudy SPIIRAN. 2014. № 2(33). P. 207-225 (In Russ.)
© Ушаков В. A., 2016
УДК 621.396.663
ПЕЛЕНГАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ ПО СИГНАЛАМ ГНСС*
Ю. Л. Фатеев, В. Н. Тяпкин, Д. Д. Дмитриев, Н. С. Кремез*, А. Б. Гладышев
Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79
*E-mail: [email protected]
Рассматриваются вопросы определения пространственного положения объектов по сигналам ГНСС на основе пеленгационного метода, с использованием многоэлементных антенных решеток в качестве интерферометра, обеспечивающего надежное разрешение фазовой неоднозначности и повышение точности измерения пространственной ориентации.
Ключевые слова: пеленгационный метод, пространственная ориентация, навигационная аппаратура, антенные решетки.
DF METHOD OF MEASURING THE ANGLES OF SPATIAL ORIENTATION OF GNSS SIGNALS
Yu. L. Fateev, V. N. Tyapkin, D. D. Dmitriev, N. S. Kremez*, A. B. Gladyshev
Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation *E-mail: [email protected]
The research considers problems of determining the spatial position of objects on GNSS signals based on the DF method, using a multi-element antenna arrays as an interferometer, to provide a reliable resolution of phase ambiguity and improve the accuracy of measurement of spatial orientation.
Keywords: direction-finding method, spatial orientation, navigation consumer equipment, antenna arrays.
Введение. Навигационная аппаратура потребителя (НАП) спутниковых радионавигационных систем (СРНС) постоянно совершенствуется и развивается, одним из перспективных направлений развития является применение в качестве антенной системы антенных решеток (АР). Это позволяет повысить помехоустойчивость и точность измерения радионавигационных параметров, а также обеспечивает надежное разрешение фазовой неоднозначности связанного с антенной системой объекта за счет большой избыточности измерений [1]. Использование АР обусловлено также многофункциональностью их применяемости: при измерении координат и вектора скорости объекта можно сформировать узкую диаграмму направленности (ДН) для каждого навигационного космического аппарата (НКА) СРНС в отдельности, что обеспечивает значительное увеличение отношения сигнал/ шум и повышение помехоустойчивости [2]; при измерении углов пространственной ориентации АР используется как многобазовый интерферометр.
Пеленгационный метод измерения углов пространственной ориентации. Задача нахождения направляющих косинусов на источники излучения сигналов - это задача радиопеленгации. В данном случае отличием от обычной радиопеленгационной задачи является то, что конфигурация источников излучения точно известна. В основу угловых измерений положен интерферометрический метод. Антенная система НАП представляет собой однобазовый или многобазовый интерферометр [3-4]. Направляющие косинусы вектора-базы могут быть определены по уравнению скалярного произведения векторов:
= ф = кхх + куу + к^ , (1)
2п
где Ф - фазовый сдвиг, выраженный в единицах длины, являющийся разностью хода сигналов НКА между антеннами А0 и А^ кх, ку, кх - направляющие косинусы вектора-направления на НКА; х, у, х - координаты вектора-базы.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение № 14.575.21.0081, уникальный идентификатор проекта RFMEFI57514X0081).
Системы управления, космическая навигация и связь
При применении антенных решеток в качестве интерферометра для определения пространственной ориентации становится более целесообразным использование пеленгационного метода, преимуществами которого являются: возможность работы по минимальному созвездию, поскольку пеленги на НКА производятся отдельно по каждому НКА; матрица коэффициентов системы линейных уравнений постоянна и определяется только конфигурацией антенной системы, в то время как в навигационном методе матрица коэффициентов определяется геометрией НКА.
Конфигурацию антенной системы можно подобрать так, чтобы минимизировать погрешность измерения и время вычисления. Таким образом, пеленги определяются отдельно по каждому НКА с помощью линейной части системы уравнений, что значительно упрощает решение. Для определения ориентации объекта необходимо измерить положение векторов-баз в системе координат, связанной с Землей, для чего используются результаты измерения фазового сдвига сигналов НКА между разнесенными антеннами по двум базам. Также требуется получить решение задачи, если длины баз и угол между ними априорно неизвестны, например, при калибровке антенной системы радионавигационной аппаратуры.
Вычисление направляющих косинусов векторов-баз осуществляют на основе уравнения (1). В зависимости от количества баз используемого интерферометра исходная система уравнений включает NьxN линейных уравнений, где N - число баз интерферометра; N - число наблюдаемых НКА. В системе координат, связанной с объектом, известными считаются координаты векторов-баз, а неизвестными - направляющие косинусы направлений на НКА.
Полученную систему уравнений можно дополнить N уравнениями связи между направляющими косинусами направлений на НКА и N(N - 1)/2 уравнениями связи между направлениями на различные НКА:
КгХ] + кугУ] + Кг2] , < ^ + к* + к2 = 1, (2) КтКп + куткуп + кткп = С°8 Утп ■
При использовании т-антенного интерферометра одна из антенн используется в качестве опорной антенны и вместе с остальными антеннами образует т-1 векторов-баз. Система уравнений (2) идентична системе уравнений для многобазового интерферометра.
Роль неизвестных координат векторов-баз в системе (2) играют неизвестные координаты векторов-направлений на НКА, а роль коэффициентов - известные координаты векторов-баз [5]. Таким образом, данная система уравнений симметрична относительно групп параметров, одна из которых - координаты векторов-баз, а другая - направляющие косинусы направлений на НКА.
Решение системы уравнений (2) аналогично решению задачи для случая многобазового интерферометра. В результате решения системы уравнений (2) по-
лучим направляющие косинусы векторов-баз в связанной с объектом системе координат. Поскольку известна конфигурация навигационного созвездия в топоцентрической системе координат (ТЦСК), можно найти направляющие косинусы осей ТЦСК в связанной с объектом системе координат.
Разработанный пеленгационный метод измерения углов пространственной ориентации позволяет эффективно использовать преимущества АР.
Алгоритм разрешения фазовой неоднозначности, основанный на пеленгационном методе, позволяет использовать переборные методы даже при достаточно длинных базах по причине небольшого числа вариантов перебора.
Библиографические ссылки
1. Шарфунова Т. Г., Тяпкин В. Н., Дмитриев Д. Д. Точность измерения навигационных параметров в навигационной аппаратуре потребителя спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС, оснащенной антенной решеткой // Радиотехника. 2013. № 6. С. 022-025.
2. Дмитриев Д. Д., Тяпкин В. Н., Кремез Н. С. Методы адаптации фазированных антенных решеток к помехам в спутниковых радионавигационных системах // Радиотехника. 2013. № 9. С. 39-43.
3. Пеленгационный метод измерения углов пространственной ориентации в навигационной аппаратуре ГЛОНАСС/ GPS / Ю. Л. Фатеев, Д. Д. Дмитриев,
B. Н. Тяпкин и др. // Наукоемкие технологии. 2015. Т. 16, № 3. С. 86-90.
4. Фазовые измерения в угломерной аппаратуре ГЛОНАСС/ GPS без разрешения фазовой неоднозначности / Ю. Л. Фатеев, Д. Д. Дмитриев, В. Н. Тяп-кин и др. // Наукоемкие технологии. 2014. Т. 15, № 9.
C. 16-19.
5. Разрешение фазовой неоднозначности в угломерной навигационной аппаратуре ГЛОНАСС/ GPS / Ю. Л., Фатеев Д. Д. Дмитриев, В. Н. Тяпкин и др. // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 5. С. 67-70.
References
1. Sharfunova T. G., Tyapkin V. N., Dmitriev D. D. [The measurement accuracy of navigation parameters in user equipment GLONASS satellite navigation system,equipped with an antenna array] // Radiotekhnika. 2013. № 6. P. 022-025. (In Russ.)
2. Dmitriev D. D., Tyapkin V. N., Kremez N. S. [Methods of adaptation of the phased antenna array to noise in satellite radio navigational systems] // Radiotekhnika. 2013. № 9. P. 039-043. (In Russ.)
3. Fateev Yu. L., Dmitriev D. D., Tyapkin V. N., Kremez N. S., Tyapkin I. V. [DF method for measuring the angles of the spatial orientation of the navigation equipment GLONASS / GPS] // Science intensive technologies. 2015. Vol. 16, № 3. P. 86-90. (In Russ.)
4. Fateev Yu. L., Dmitriev D. D., Tyapkin V. N., Kremez N. S. [Phase measurement in angle measuring equipment GLONASS/ GPS without the permission of
Решетневс^ие чтения. 2016
ambiguities] // Science intensive technologies. 2014. Vol. 15, № 9. P. 16-19 (In Russ.)
5. Fateev Yu. L., Dmitriev D. D., Tyapkin V. N., Grebennikov A. V., Bondarev V. N. [Resolution of phase ambiguity in angle measuring navigation equipment of
GLONASS/ GPS] // Uspekhi sovremennoy radioelektroniki. 2014. № 5. P. 67-70 (In Russ.)
© Фатеев Ю. Л., Тяпкин В. Н., Дмитриев Д. Д., Кремез Н. С., Гладышев А. Б., 2016
УДК 621.39:621.39.82
АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ АДДИТИВНЫХ ПОМЕХ НА ШИРОКОПОЛОСНЫЙ СИГНАЛ*
А. В. Черноусов
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: [email protected]
Рассмотрено влияние аддитивной узкополосной помехи, аддитивного белого гауссовского шума на широкополосные сигналы в системах спутниковой связи. Приводится расчет вероятности достоверного приема вейв-лет-модулированного широкополосного сигнала в условиях воздействия аддитивных помех.
Ключевые слова: вейвлет-модулированный широкополосный сигнал, АБГШ, аддитивная узкополосная помеха, вероятность достоверного приема, отношение сигнал/ шум.
THE ANALYSIS OF ADDITIVE INTERFERENCE INFLUENCE ON BROADBAND SIGNAL*
A. V. Chernousov1
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
The article presents a review of additive narrow band interference and additive white Gaussian noise influence on broadband signals in satellite communication systems. It also describes the calculation of correct receiving probability of wavelet modulated wideband signal under influence of additive interferences.
Keywords: wavelet modulated wideband signal, additive probability of correct receiving signal/ noise ratio.
Анализ текущего состояния современных систем спутниковой связи выявил ряд закономерностей, связанных с непрерывным ростом уровня помеховой обстановки. Наиболее явно данная ситуация проявляется в системах спутниковой связи на геостационарной орбите (ГСО). В первую очередь это обусловлено высокой плотностью размещения космических аппаратов (КА) в орбитальных позициях на ГСО и приводит к возникновению большого числа межсистемных помех. Также рост объема передаваемой информации приводит к перегрузке частотного диапазона и, как следствие, к возникновению внутрисистемных помех.
Одним из эффективных методов противодействия ухудшающейся помеховой обстановке является применение широкополосных сигналов, позволяющих повысить вероятность достоверного приема и обработки передаваемой информации. Существует несколько способов формирования широкополосных сигналов [1-2], часть которых достаточно подробно
white Gaussian noise, additive narrow band interference,
исследованы ранее [3-5]. В данной работе исследована способность широкополосных сигналов, основанных на расширении спектра совместным применением псевдослучайных последовательностей (ПСП) и вейвлет-функций, противостоять аддитивным узкополосным и широкополосным помехам.
Стоит отметить, что, несмотря на все разнообразие, не существует ни одного вида помехи, которая была бы наихудшей для всех систем обработки информации с расширением спектра сигнала, точно так же как не существует ни одной системы, являющейся наиболее эффективной для всех видов помех. Поэтому в работе рассмотрено влияние наиболее распространенных помех: узкополосной аддитивной помехи, аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ).
Блок-схема канала передачи информации для моделирования воздействия аддитивной помехи на спектр вейвлет-модулированного широкополосного сигнала (ВМ ШПС) представлена на рис. 1.
*Работа выполнена при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, конкурс «УМНИК 15-11 № 0019580».
