Точность измерения навигационных параметров в навигационной аппаратуре потребителя спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС, оснащенной антенной решеткой

Цыремпилова Н.С.; Хавронина Т.Е.; Серенков В.И.

УДК 621.396.677.33

ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ В НАВИГАЦИОННОЙ АППАРАТУРЕ ПОТРЕБИТЕЛЯ СПУТНИКОВОЙ РАДИОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ГЛОНАСС, ОСНАЩЕННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКОЙ*

Н. С. Цыремпилова, Т. Е. Хавронина Научный руководитель - В. И. Серенков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассматриваются результаты экспериментальных исследований по уменьшению погрешности многолучевого приема при измерении навигационных параметров по дальномерному коду и фазе сигналов космических аппаратов в высокоточной навигационной аппаратуре потребителя при применении антенных решеток.

Ключевые слова: Спутниковая навигация, погрешность измерения, антенная решетка.

THE MEASUREMENT ACCURACY OF NAVIGATION PARAMETERS IN USER EQUIPMENT GLONASS SATELLITE NAVIGATION SYSTEM, EQUIPPED WITH AN ANTENNA ARRAY

N. S. Tsyrempilova, T. E. Khavronina

Scientific supervisors - V. I. Serenkov

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

E-mail: [email protected]

Are examined reduction multipath reception errors in the measurement of the navigation parameters for distance measuring code and phase signals of satellites in high-precision navigation equipment for consumer use antenna arrays.

Keywords: Satellite navigation, measurement error, the antenna array.

На современном этапе развития методов обработки сигналов навигационных космических аппаратов (НКА) в навигационной аппаратуре потребителя (НАП), случайная погрешность измерения кодовой псевдодальности по открытым сигналам СРНС уменьшена до единиц сантиметров [1-3].

Однако в общем бюджете погрешностей измерения навигационных параметров на первый план выходит погрешность, обусловленная многолучевым приемом. При работе НАП в городских условиях, а также в любых других ситуациях, характеризующихся наличием отражающих предметов, на вход приемника, кроме сигналов НКА, поступают переотраженные от местных предметов сигналы.

Суммирование всех принятых сигналов на входе приемника приводит к результирующему сигналу, который флуктуирует по амплитуде, фазе и задержке огибающей, т. е. возникает ошибка оценивания псевдодальности и псевдоскорости.

Данная составляющая погрешности эффективно уменьшается применением специальных конструкций антенн НАП, исключающих прием сигнала с малых углов места. Это могут быть или антенны специальной конструкции, или антенные решетки (АР), позволяющие реализовать методы пространственной селекции.

В качестве иллюстрации эффективности применения методов пространственной селекции для уменьшения погрешности многолучевого приема. Методы пространственной селекции реализованы

-*-

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение от 28.10.2014 г. № 14.574.21.0131, уникальный идентификатор проекта КРМЕР157414X0131).

Секция «Перспективнее технологии и производство РКТ двойного назначения»

при помощи макета восьмиэлементной АР с цифровым формированием диаграммы направленности ДН), структурная схема которой приведена на рисунке.

Структурная схема навигационного приемника с восьмиэлементной АР

Аналоговая часть АР состоит из восьми антенных модулей с восемью подключенными к ним радиотрактами. Сигналы с радиотрактов поступают на АЦП, и далее на цифровую часть приемника, состоящую из диаграммообразующей схемы (ДОС) и блока цифровой обработки сигнала (БЦОС).

Для оценки случайной составляющей погрешности измерений АР по навигационным сигналам НКА использовались разностные методы, в которых оценка случайной погрешности определяется по разности параметров, измеренных на два независимых однотипных устройства, которые синхронизированы от одного стандарта частоты и времени.

ДОС можно сконфигурировать так, чтобы в отдельном канале обработки данных использовалась только часть антенн, для этого нужно для неиспользуемых антенн установить весовые коэффициенты, равные нулю. В частности, можно сделать так, чтобы каждый БЦОС принимал сигналы с разных антенн, и таким образом получить до 8-ми полностью независимых приемных трактов. При этом эти приемные тракты полностью синхронизированы, поскольку работают от единого синтезатора опорных сигналов.

Аналогично, можно создать независимые приемные тракты, которые работают с отдельными антенными решетками, состоящими из 2-х или 4-х антенн.

Для сравнения погрешности измерения псевдодальности различными каналами навигационного приемника, каналы приемника № 1-8 были подключены каждый к одному из элементов антенной решетки А1-А8, соответственно. Все каналы приемника были настроены на прием сигнала ГЛОНАСС с литерой -3.

Все результаты испытаний сведены в таблицу.

Результаты экспериментальных исследований по измерению разности псевдодальности

Вариант полукомплекта антенной решетки Погрешность измерения псевдодальности, мм

ПСВД Фаза

Одиночные антенны 70,7 2,8

Антенная решетка с двумя антеннами 99,0 1,1

Антенная решетка с четырьмя антеннами 84,0 0,84

Полукомплект МРК-33 224,6 9,5

Сравнение результатов измерений разностей псевдодальности, полученных при приеме сигналов НКА на одиночные антенны и двух- и четырехэлементные АР, а также с аппаратурой МРК-33 показывает существенноеувеличение точностных характеристик при применении АР, в первую очередь за счет уменьшения влияния многолучевого приема.

Полученный результат объясняется наличием пространственной селекции при использовании в навигационных определениях суммарного сигнала АР, т. е. производится фокусировка ДН на источник сигнала, тем самым существенно снижается влияние многолучевого приема на точность навигационных определений. Кроме того, при использовании суммарного сигнала резко возрастает мощность принятого навигационного сигнала на выходе антенной системы, что повышает отношение сигнал/шум, устойчивость слежения за задержкой и фазой сигнала.

Таким образом, применение методов пространственной селекции позволяет не только осуществлять пространственное разделение навигационных сигналов и помех, но также существенно повысить точность навигационных определений за счет уменьшения влияния многолучевого приема.

Библиографические ссылки

1. Алгоритм адаптации фазированных антенных решеток на основе неполного ряда Фурье и его применение в целях пеленгования / В. Н. Тяпкин, Д. Д. Дмитриев, Ю. Л. Фатеев, и др. // Наукоемкие технологии.2014.№ 9. С. 5-10.

2. Фазовые измерения в угломерной аппаратуре ГЛОНАСС/ОР8 без разрешения фазовой неоднозначности / Ю. Л. Фатеев, Д. Д. Дмитриев, В. Н. Тяпкин, и др. // Наукоемкие технологии. 2014. № 9. С. 16-19.

3. Создание помехозащищенных навигационных приемников, способных измерять пространственную ориентацию объектов / В. Н. Тяпкин, Ю. Л. Фатеев, Д. Д. Дмитриев, и др. // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 5. С. 61-65.