05. Структура сигналов и сообщений СРНС, страница 2

5.4.Эталонная частота 5,0 MГцfT=0,511 MГцсинхроимпульсыf= 5,0 MГц(Т=200 нс)Регистр сдвига генератора ПСПДФормировательсинхроимпульсов(f = 5,0 MГц):10:10:50++1+2сброс в “0”345679ПСПД кустановка все “1”модуляторусинхроимпульсы T=10 мсТриггерсинхронизации: 50 0008к процессорусинхроимпульсы T=1 сстроб-импульсы Тc =1 сТриггерсинхронизацииот эталона частоты НКАк процессоруРис. 5.3 Схема формирования дальномерного кода.1ссинхроимпульсыT =1 свремясинхроимпульсыT =10 мс10 мсвремя1 мссинхроимпульсыпериодаПСПДвремяL=511 символов; T =1 мс111111111111111111код ПСПД(511 символов)время =1,9569 мкс7Рис. 5.4.

Временная диаграмма дальномерного кода ГЛОНАСС.ПСП2 формируется по аналогичному принципу, однако в ней используется М-последовательность с тактовой частотой 5,11 МГц и периодом 1 мс, образующая дальномерный кода высокой точности (ВТ). ПСП1и ПСП формируются когерентно от общего стандарта частоты. Допустимый интервал между фронтами символов не превышает 6 нс. Использование ВТ-кода регламентируется МО РФ,поэтому его структура офици-ально не опубликована.Навигационная информация структурирована в виде строк, кадров и суперкадров. Рассмотрим сначала структуру одной строки (структура кадра и суперкадра будет описана ниже).В каждой двухсекундной строке навигационного сообщения на интервале времени 1,7с.

передаются 85 двоичных символов длительностью20 мс каждый. Поскольку используется относительная фазовая манипуляция, первый символ каждой строки является начальным ("холостым"). Последние восемь символов – это проверочные символы кода Хемминга,позволяющие исправлять одиночный ошибочный символ и обнаруживатьдва ошибочных символа в строке.В конце двухсекундной строки передается метка времени (MB)длительностью 0,3 с, позволяющая определять границы кодовых слов и ихкомбинаций, т.е. обеспечивающая строчную (цикловую) синхронизацию. MB представляет собой укороченную на один символ 31-символьную Мпоследовательность,порождающийполиномкоторойимеетвидg= 1+х3+х5.Меандр тактовой синхронизации добавляется в сигнал для ускорения тактовой (символьной) синхронизации.

В принципе информацию отактовой частоте НИ можно извлечь из нее самой, фиксируя моменты8смены знака модулирующей последовательности, Проблема состоит в том,что в реальных информационных посылках символы 0 и 1 имеют неравномерное распределение и может возникнуть ситуация, когда знак посылки не меняется длительное время. При суммировании по mod2 меандра ссимволами НИ образуют бидвоичный код, для которого характерно равномерное чередование символов, в том числе и при неизменном знаке информационных символов. В приемнике потребителя из бидвоичного кодавновь выделяется меандр, используемый в приемнике для символьнойсинхронизации, а навигационное сообщение восстанавливается путем повторного суммирования по mod2 выделенного меандра и бидвоичного кода.Фронты меандра синхронизированы с высокой точностью с границами символов MB и НИ.

В свою очередь, границы символов НИ совпадают с передними фронтами дальномерной ПСП Временные диаграммы,поясняющие формирование символов НИ и МВ, приведены на рис. 5.4.9Рис 5.4Кадр (длительность 30 с) содержит 15 строк, В составе каждогокадра передается полный объем оперативной НИ и часть альманаха системы.Оперативная НИ в кадре относится к НКА, излучающему навигационный радиосигнал, и содержит: признаки достоверности НИ в кадре;время начала кадра tк; эфемеридную информацию (ЭИ) - координаты ипроизводные координат НКА в прямоугольной геоцентрической системекоординат на момент времени to, частотно-временные поправки (ЧВП) на10момент времени to в виде относительной поправки к несущей частотенавигационного радиосигнала и поправки к ШВ НКА; время to, к которому "привязаны" ЭИ и ЧВП, кратное 30 мин.

от начала суток. ОперативнаяНИ используется потребителем в процессе определении собственных координат и вектора скорости.Альманах системы содержит:параметры орбиты, номер пары несущих частот и поправку кбортовой ШВ для каждого штатного НКА орбитальной группировки (24НКА),время, к которому относится информация альманаха;поправку к ШВ системы относительно ШВ страны, (погреш-ность поправки не более 1 мкс).Альманах системы необходим в АП для планирования сеанса навигации при выборе оптимального созвездия НКА и для прогноза доплеровского сдвига несущей частоты.

Полный альманах передается в пределахсуперкадра, который содержит 5 кадров. Объем суперкадра равен 7500бит длительность передачи - 2,5 мин.В диапазоне L2 используемые в настоящее время НКА первой модификации излучают однокомпонентный сигнал, образуемый посредствомфазовой манипуляции несущей М-последовательностью ВТ- кода, без передачи НИ.На НКА ГЛОНАСС-М излучаемый в диапазоне L2 навигационныйсигнал 1250 МГц будет так же, как сигнал диапазона L1 содержать двеортогональных компоненты: М-последовательность с тактовой частотой511 кГц (СТ-код) и М-последовательность с тактовой частотой 5,11 МГц(ВТ-код). Вопрос о передаче НИ в диапазоне L2 в настоящее время находится в стадии обсуждения.5.3 Физические параметры сигналов GPSВ отличие от СРНС ГЛОНАСС, в СРНС GPS используется методкодового разделения сигналов, излучаемых в пределах двух полос шири-11ной 20,46 МГц на общих для всех НКА несущих частотах L1=1572,42 МГци L2=1227,6 МГц.

Дальномерные коды для каждого НКА являются индивидуальнымиНесущие частоты обоих диапазонов формируются когерентно отобщего синхронизатора, номинальная частота которого для наземногонаблюдателя равна 10,23 МГц. Релятивистская поправка (см. выше)равна -4,5674  10-3 Гц.Мощность бортовых передатчиков - около 50 Вт (может несколькоразличаться для разных модификаций НКА).

При этом мощность принятого сигнала для условий, описанных в разделе 5.2 (изотропная линейнополяризованная антенна с коэффициентом усиления +3 дБ, расположеннаяна земной поверхности, угол места НКА 50) , составляет -166…-160дБ.Многие параметры сигналов GPS - потери на неидеальность модуляции ифильтрации, мощность внеполосного излучения, фазовые шумы – практически совпадают с параметрами ГЛОНАСС (см. раздел 5.1). Существенно различается лишь уровень внутрисистемных помех: для используемыхв сигналах стандартной точности GPS кодов Голда длиной 1023 элементауровень первого бокового лепестка составляет -21, 6 дБ относительномаксимума АКФ. Иными словами, уровень внутрисистемной помехи вGPS на 27дБ выше, чем в ГЛОНАСС. Спектры сигналов GPS стандартной(С/А код) и высокой (Р - код) точности приведены на рис.

5.512Рис.5.5 Спектр сигнала GPS5.4. Структура навигационных сигналов и навигационных сообщений GPSСигналы на частоте L1 модулируются двумя ортогональными (сдвинутыми относительно фазы несущей на 900) ПСП, образованными путем суммирования по модулю 2 дальномерного кода и информационной последовательностью, содержащей навигационное сообщение и другую служебную информацию. Принцип формирования навигационного сигнала GPSпоясняется рис.5.6.13Основным видом дальномерного кода GPS, согласно [118], является точный код (Р- код), представляющий собой ПСП с тактовой частотой10,23 МГц и периодом 7 суток. Первоначально Р- код GPS был предназначен только для санкционированного доступа, однако в 2002 году егоструктура была опубликована.

Для НКА модификации БлокII и последующих, предусмотрен режим дополнительной защиты точного кода (A/S –antispoofing), при котором вместо Р- кода используется закрытый P(Y) код,получаемый дополнительным нелинейным преобразованием Р- кода. Несанкционированное использование такого кода при отсутствии ключевойинформации практически невозможно, поскольку в настоящее время отсутствуют вычислительные средства, способные расшифровать его.Для коммерческого несанкционированного использования предоставлен "короткий" код пониженной точности, (C/A – Coarse/Acquisition,«грубый захват»), первоначально предназначавшийся для синхронизацииаппаратуры потребителя, работающей по Р или Р(Y) кодам.Принципы формирования дальномерных ПСП GPS удобнее всегопроиллюстрировать на примере C/A – кода. (см.

рис.5.7).14Рис. 5.7Этот кодпредставляет собой 1023 – битовую ПСП, тактируемуюс частотой 1,023 МГц, т.е. имеющую период повторения равный 1 мс.Индивидуальный код, соответствующий i–му НКА, называемыйкодом Голда, формируется суммированием по mod2 двух 10-разрядныхПСП G1(x) и G2(x), причем ПСП G2(x) имеет индивидуальный для данного НКА сдвиг на фиксированное число символов в диапазоне от 5 до 950.Образующие полиномы исходных ПСП имеют видG1(x)= 1  x3  x10 ; G2(x)= 1  x2  x3  x 6  x8  x9  x10 .Необходимо отметить, что с целью ограничения точности измерений с помощью коммерческой АП, на протяжении ряда лет C/A код подвергался дополнительному загрублению, (так называемый режим S/A - Selective Availability - «ограниченный доступ»).

Режим S/A был отменен1.05.2000 г, однако МО США оставляет за собой право по собственномуусмотрению вновь вводить его, чтобы исключить использование коммер-15ческой АП для высокоточных навигационных определений в военных целях.Для формирования Р- кода используется тот же принцип, однако алгоритм оказывается более сложным (см. рис.5.8). ПСП для Р- кода формируется суммированием по mod2 двух тактируемых с частотой 10,23 МГцПСП : Х1(t) и Х2(t-jT), где T=1/1,023  107 – период следования разрядов Ркода, j- целое число в интервале от 1 до 37, соответствующее номеру НКА.Таким образом, генерируется 37 уникальных последовательностей Pj(t).

Всвою очередь, Х1(t) образуется сложением по mod2 двух ПСП Х1(А) иХ1(В), формируемых на выходе 12-разрядных регистров сдвига в соответствии с образующими полиномами видаХ1(А)= 1  x 6  x8  x11  x12Х1(В)=1  x1  x2  x5  x8  x9  x10  x11  x12 .При этом реинициализация (сброс в начальное состояние) регистраХ1(А) производится после выдачи 4092 бит, т.е.