Методические указания к лабораторной работе по курсу Методы и средства радионавигационных измерений (Методические указания к лабораторной работе по курсу "Методы и средства радионавигационных измерений")

Методические указания к лабораторной работе по курсу«Методы и средства радионавигационных измерений»1. ВведениеНастоящие методические указания содержат описание цели, состава ипорядка проведения лабораторных работ по курсу «Методы и средстварадионавигационных измерений».Цели работы:1.анализ и исследование (в том силе сравнительные)алгоритмов приема и обработки сигналов ГНСС в навигационнойаппаратуре;2.ознакомление с методами моделирования алгоритмовприема и обработки в среде MATLAB.Лабораторная работ структурно состоит из трех частей:1.исследование особенностей работы алгоритмов поиска иобнаружения сигналов ГНСС;2.анализ и исследование алгоритмов первичной обработки3.сравнительный анализ алгоритмов вторичной обработки.НАП;Проведение лабораторной работы осуществляется на ПЭВМ сиспользованием среды математического моделирования MATLAB.Анализ и исследование алгоритмов приема и обработки сигналовГНСС в навигационной аппаратуре осуществляется с помощью программпостобработкимассивавыборокАЦПипрограмммоделирования,реализованных в среде MATLAB в форме совокупности взаимодействующихm-файлов (m-функций и сценариев (script)).В каждой части настоящих методических указаний формулируетсяряд вопросов или заданий, которые необходимо выполнить и отразить вотчете по лабораторной работе.2.

Исследование алгоритмов поиска и обнаруженияДанная часть лабораторной работы посвящена изучению некоторыхособенностей работы алгоритмов поиска и обнаружения в НАП и проводитсяс помощью программы постобработки массива выборок АЦП, реализующейалгоритм входа в синхронизм по сигналам ГЛОНАСС с СТ-кодом вчастотных диапазонах L1 и L2, а также по сигналам GPS с C/A-кодом вчастотном диапазоне L1.Структурно программа состоит из следующих модулей:1. головного сценария MainScript.m, в котором осуществляетсяподготовка программы, задание параметров обработки и вызовфункций, реализующих процедуру поиска и обнаружения;2. функции инициализации структуры, содержащей переменные,необходимые для работы алгоритма поиска и обнаруженияInitAcquisitionData.m;3. головной функции реализующей полный цикл обработкиSearchingAndAcquisitionSignals.m;4.

функции расчета статистики шумов и порогов обнаруженияSignalStatisticsAcquisition.m;5. функцииреализующейалгоритмпоискаиобнаруженияSignalsAcquisition.m;Алгоритм поиска и обнаружения реализован в частотной области споследовательным перебором по частоте и параллельным перебором позадержке (с использованием БПФ).Порядок работыОзнакомиться с основными функциями и модулями программы.Установить следующие параметры обработки: тип ГНСС: «1»; частотный диапазон: «1»; номер частотной литеры: «1»; имя файла с отсчетами АЦП: «’ ..\GLONASS_L1_lit1.dat’»; время накопления в блоке поиска (сек.): «0.001»; количество пропускаемых байт от начала файла (сек.): «0».Запустить программу и дождаться окончания её выполнения.После завершения обработки сохранить графики.

Вместо графиковможно скопировать данные обработки (массивы отсчетов корреляторов вблокепоиска),сохраненныевфайлеacquisition_data.mat.Данные,содержащиеся в последнем, содержат все необходимые массивы ипеременные для восстановления графиков.Повторить цикл обработки, установив время накопления в блокепоиска (сек.) «0.003» (остальные параметры прежние). Также сохранитьданные (либо в виде графиков, либо в форме файла acquisition_data.mat).Повторить цикл обработки, установив время накопления в блокепоиска (сек.) «0.001» и количество пропускаемых байт от начала файла (сек.)«0,008» (остальные параметры прежние). Также сохранить данные (либо ввиде графиков, либо в форме файла acquisition_data.mat).Вопросы и задания:1.

объяснить появление (и их количество) нескольких пиков позадержке в двумерной области «задержка-частота» во второмэксперименте;2. указать сколько таких пиков по задержке появится в двумернойобласти«задержка-частота»приустановлениивременинакопления 5 мс при обработке сигналов GPS L1 с C/A-кодом;3. объяснить появление двух пиков (раздвоение) в сечениимассива откликов коррелятора по оценке задержки (вдоль осичастот) в третьем эксперименте;4. указать также почему нет такого «раздвоения» по частоте впервых двух экспериментах.3. Исследование алгоритмов первичной обработкиДанная часть лабораторной работы посвящена исследованию исравнительномуанализуалгоритмовпервичнойобработки.Работапроводится с помощью моделей двух алгоритмов:1.

раздельные алгоритмы ССЗ и ФАП;2. алгоритм объединенной синхронизации.Модели указанных алгоритмов реализованы в среде MATLAB сиспользованием метода статистических эквивалентов коррелятора [5, глава 6,приложение к гл. 6]. Данный метод моделирования позволяет отказаться отмоделирования сигналов на частоте отсчетов АЦП к моделированию РНПсигналов с темпом накопления сигнала в корреляторах.

То есть входнымиданными для коррелятора служат не отсчеты принимаемого и опорногосигналов, а истинные и значения РНП и их оценки. Это позволяетзначительно упростить моделирование и сократить время его проведения.Получающиеся при этом характеристики алгоритмов с высокой точностьюсовпадают с характеристиками алгоритмов при моделирования сигналов напромежуточной частоте (на уровне отсчетов АЦП).Структурно модели состоят из следующих модулей:1. головного сценария MainScript.m, в котором осуществляетсязадание параметров обработки и вызов сценария, реализующегомоделирование алгоритмов ССЗ/ФАП в цикле по времени;2. функцииинициализации(initSettings.m)структуры,содержащей параметры модели;3. функции инициализации (initModelDynamics.m) структуры,содержащей параметры априорной динамики ВС фильтровалгоритмов ССЗ и ФАП;4.

сценария modelRolling.m, реализующего работу модели в целоми вызов головной функции модели приемника;5. функциюmodelDynamics.m,реализующеймоделированиеистинных значений РНП сигнала;6. головной функции receiver.m модели первичной обработкиприемника.В свою очередь собственно модель первичной обработки (головнаяфункция receiver.m) структурно содержит:1. функциюреализующейRikkati_PLL_DLL.m,решениеитерационного уравнения для ковариационных матриц ССЗ иФАП;2. функциюtracking_PLL_DLL.m,реализующейсобственноследящий алгоритм оценки компонент ВС для ССЗ и ФАП.Также модель содержит следующие модули:1. функцию оценки энергопотенциала сигнала snrEst.m (в составемодели алгоритмов ССЗ и ФАП);2.

функцию equiv_cor.m (в составе модели алгоритмов ССЗ иФАП), реализующую модель коррелятора на статистическихэквивалентах;3. функцию подготовки программы prepareModel.m;4. функциюформированиямассиваremember_aux_track_data.m;5. функцию вывода графиков plot_all_result.m.данныхПорядок работы с моделью раздельных алгоритмов ССЗ и ФАПОзнакомиться с основными функциями и модулями программы.Установить следующие параметры моделирования: время моделирования: 30 секунд; энергопотенциал сигнала: 40 дБГц; тип динамики приемника: 1; тип ОГ: 1.Запустить модель и дождаться окончания моделирования.Сохранить полученные графики и данные в форме «mat» файла.Установить тип динамики приемника «0» и тип ОГ «1» (другиепараметры не меняются).

Запустить модель и дождаться окончаниямоделирования. Сохранить полученные графики и данные в форме «mat»файла.Установить тип динамики приемника «1» и тип ОГ «0» (другиепараметры не меняются). Запустить модель и дождаться окончаниямоделирования. Сохранить полученные графики и данные в форме «mat»файла.Установить тип динамики приемника «0» и тип ОГ «0» (другиепараметры не меняются).

Запустить модель и дождаться окончаниямоделирования. Сохранить полученные графики и данные в форме «mat»файла.Провести аналогичную серию экспериментов для различных типовдинамики приемника и ОГ при значении энергопотенциала сигнала 46 дБГц.Порядок работы с моделью СОС (комплексный алгоритм ФАП/ССЗ)Ознакомиться с основными функциями и модулями программы.Установить следующие параметры моделирования: время моделирования: 60 секунд; энергопотенциал сигнала: 40 дБГц; тип динамики приемника: 1; тип ОГ: 1.Запустить модель и дождаться окончания моделирования.Сохранить полученные графики и данные в форме «mat» файла.Установить тип динамики приемника «0» и тип ОГ «1» (другиепараметры не меняются). Запустить модель и дождаться окончаниямоделирования.

Сохранить полученные графики и данные в форме «mat»файла.Установить тип динамики приемника «1» и тип ОГ «0» (другиепараметры не меняются). Запустить модель и дождаться окончаниямоделирования. Сохранить полученные графики и данные в форме «mat»файла.Установить тип динамики приемника «0» и тип ОГ «0» (другиепараметры не меняются). Запустить модель и дождаться окончаниямоделирования. Сохранить полученные графики и данные в форме «mat»файла.Провести аналогичную серию экспериментов для различных типовдинамики приемника и ОГ при значении энергопотенциала сигнала 46 дБГц.Вопросы и задания:1.