Автореферат (Помехоустойчивость многоканальной передачи информации при кодировании перспективных сигналов системы ГЛОНАСС)

На правах рукописиТКАЧЕВ Александр БорисовичПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИИНФОРМАЦИИ ПРИ КОДИРОВАНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СИГНАЛОВСИСТЕМЫ ГЛОНАСССпециальность: 05.12.13 – «Системы, сети и устройства телекоммуникаций»Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидататехнических наукНаучный руководитель –к.т.н., доцент В.Ю.

МихайловМосква − 20122Работа выполнена на кафедре 402 «Радиосистемы передачи информации иуправления» Московского авиационного института (национального исследовательскогоуниверситета)Научный руководитель:доктор технических наук, доцентПоваляев Александр АлександровичОфициальные оппоненты:Шорин Олег Александровичдоктор технических наук, профессорМосковского Технического Университета Связи иИнформатикиБахтин Александр Александровичкандидат технических наук, доцент национальногоисследовательского университета «МИЭТ»Ведущая организация:ОАО«Российскаякорпорациякосмическогоприборостроения и информационных систем»Защита диссертации состоится «_1_» _ноября____ 2012 г.

в _15__ часов назаседании диссертационного совета Д 212.125.02 Московского авиационного института(национального исследовательского университета) по адресу: 125993, г.Москва, А-80, ГСП3, Волоколамское шоссе, д. 4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационногоинститута (национального исследовательского университета) «МАИ».Автореферат разослан: «28» _сентября 2012 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.125.02кандидат технических наук, доцентА.М. Петраков3Общая характеристика работыАктуальность работыНачалоXXIстолетияхарактеризуетсяинтенсивнымразвитиемглобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), их создание многимистранами и использованием во многих отраслях экономики, инфраструктуры,обороны, культуры, туризма и других сторон жизни человечества. На данныймомент происходит модернизация американской ГНСС GPS и развертываниеновых систем: европейской GALILEO и китайской COMPASS.

Продолжаетсяразвертывание японской ГНСС QZSS, являющейся региональным дополнениемк системе GPS.Существующая скорость и помехоустойчивость передачи информации опараметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС становится тормозомдля повышения точности и оперативности позиционирования потребителейнавигационных услуг. В связи с развитием системы ГЛОНАСС и освоениемдругих частотных диапазонов появилась возможность создавать и использоватьсигналы с новыми свойствами, обеспечивающими повышение скорости ипомехоустойчивости передачи информации в условиях кодового разделенияканалов. Таким образом, процесс развития системы ГЛОНАСС обуславливаетактуальность исследований методов обеспечения помехоустойчивости искорости передачи информации, включая снижение помех множественногодоступа (ПМД) при передаче сигналов с кодовым разделением каналов,учитывающих присущие ГЛОНАСС ограничения.Объектомисследованияявляетсясистемасовмещеннойпередачиинформации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС иинформации для дальнометрии.Предметом исследования являются теоретические и практические вопросыповышения скорости и помехоустойчивости передачи информацииопараметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС, совмещенной синформацией для дальнометрии, на основе выбора соответствующегомножества сигналов.4Целью диссертации является исследование способов обеспечения низкогоуровня ПМД при кодовом разделении каналов, а также высокой скоростипередачи информации о параметрах движения спутникового созвездияГЛОНАСС при обеспечении высокой точности дальнометрии путем выборасигналовкодовогоразделенияканалов,используемыхсовместнодлядальнометрии, и способа их оверлейного кодирования с учетом доплеровскихчастотных сдвигов между сигналами, принимаемыми от разных космическихаппаратов; вариантов предварительного помехоустойчивого кодированияинформации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС.Задачи диссертации1.Анализструктуры,навигационныхиметодовинформационныхформированиясигналовивхарактеристиксуществующихимодернизируемых ГНСС.2.Исследование свойств псевдослучайных последовательностей (ПСП),применяемых в навигационных и информационных сигналахс кодовымразделением, и формулировка предложений по выбору типов ПСП вперспективных сигналах ГЛОНАСС.3.Исследование свойств оверлейных кодов, применяемых в навигационныхи информационных сигналах современных ГНСС, и разработка предложенийпо оверлейному кодированию в перспективных сигналах ГЛОНАСС.4.АнализсуществующихпомехоустойчивостиипередачиразработкаинформацииновыхвметодовповышенияперспективныхсигналахГЛОНАСС.Методы исследования Для решения поставленных в диссертационнойработе задач были использованы методы теории сигналов и методыматематического моделирования.Научная новизна диссертационной работы состоит в:1.Результатах сравнительного анализа применения различающихся иодинаковых оверлейных кодов в навигационных и информационных сигналахразных навигационных космических аппаратов52.РезультатахортогональныхсуществующимисравнительногоанализамногопозиционныхметодаминовогосигналовповышенияиметодакодаиспользованияРида-Соломонапомехоустойчивостиспередачиинформации о параметрах движения спутникового созвездия.3.Обоснованности,наосновеанализаструктурынавигационныхиинформационных сигналов, переноса сигнала словной синхронизации впилотный канал.Практическая ценность работы состоит:1.В обосновании возможности применения простых схем генерациидальномерных кодов в навигационных и информационных сигналах с кодовымразделением каналов.2.В рекомендации применения различающихся оверлейных кодов внавигационных и информационных сигналах разных космических аппаратов посравнению с применением одинакововых оверлейных кодов, что при длинепериода дальномерного кода 10230 символов и длине оверлейного кода 100символов, как предложено в системе Galileo, позволяет снизить максимальнуювеличину ПМД на 11 дБ.3.Вполученныхоценкахпреимуществсочетанияортогональныхмногопозиционных сигналов с кодом Рида-Соломона: при вероятности битовойошибки 10-6 энергетический выигрыш по сравнениюсо сверточнымкодированием более 2,5 дБ, по сравнению с кодами Хемминга около 5 дБ, посравнению с безызбыточным кодированием сигналов ФМ2 около 8 дБ.4.В рекомендации передавать сигнал словной синхронизации     в видеоверлейного кода пилотного канала, что позволит при сохранении прежнейпомехоустойчивости повысить скорость передачи информации о параметрахдвижения спутникового созвездия ГЛОНАСС на 17,6 %.Внедрение результатов работы:Результаты научных исследований и разработанные на их основерекомендации использованы в отчете, выполненном для ОАО «Российскаякорпорация космического приборостроения и информационных систем» -6головного разработчика бортового информационно-измерительного комплексакосмических аппаратов ГЛОНАСС, о чём имеется соответствующий актвнедрения.Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, трех глав,заключения, трех приложений и библиографического списка.

Она изложена на134 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка, 4 таблицы,библиографический список включает 42 наименования.Положения, выносимые на защиту1.Помехи множественного доступа сигналов с кодовым разделением приналичии частотных сдвигов практически не зависят от используемого ансамбляПСП, что позволяет применять более просто генерируемые ансамбли ПСП.2.Использование различающихся оверлейных кодов в сигналах разныхкосмическихаппаратовпосравнениюсиспользованиемодинаковыховерлейных кодов снижает максимальную величину помех множественногодоступа.3.Преимущество нового принципа передачи информациио параметрахдвижения спутникового созвездия ГЛОНАСС на основе использованияортогональныхмногопозиционныхсигналовдляповышенияпомехоустойчивости по сравнению с существующими способами кодирования,использующими бинарную фазовую модуляцию.4.Передача сигнала словной синхронизации   не в информационном, авпилотном канале обеспечивает выигрыш в помехоустойчивости либо скоростипередачи информациио параметрах движения спутникового созвездияГЛОНАСС.Основное содержание работыВпервойглавепроведенобзорновыхтенденцийвразвитиинавигационных сигналов ГНСС, подвергающихся модернизации в настоящеевремя.7В процессе модернизации GPS, развертывания систем Galileo и Compassпоявились новые идеи в формировании навигационных сигналов: применяютсяновые виды ПСП, осуществляется разделение сигналов на информационную ипилотнуюкомпоненты,осуществляетсядополнительнаямодуляциядальномерных сигналов меандровыми поднесущими (модуляция Binary OffsetCarrier (BOC)), используется оверлейное кодирование, в сигнале LEX японскойсистемы QZSS для передачи информации о параметрах движения спутниковогосозвездия применяется ортогональное многопозиционное кодирование.Дляповышенияпомехоустойчивостислеженияиформированияизмерений по слабым сигналам применяется разделение сигналов наинформационную и пилотную компоненты.

Информационная компонентамодулируется случайными символами информации о параметрах движенияспутникового созвездия и используется в основном для её передачи. Пилотнаякомпонента такой модуляции не содержит и используется для формированияизмерений. Отсутствие модуляции в пилотной компоненте позволяет повыситьточность измерений, особенно при малых значениях отношения сигнал/шум.В качестве новых видов модуляции в модернизируемых и вновьразвертываемых ГНСС получает всё большее распространение модуляцияBOC, в которой каждый элементарный символ дальномерного кода заполняетсямеандровым колебанием определенной частоты.