Шебшаевич В.С., Дмитриев П.П., Иванцевич Н.В. Сетевые спутниковые радионавигационные системы (2-е издание, 1993) (1141982), страница 27
Текст из файла (страница 27)
е, адднтнвная смесь принимаемых сигналов 6 1) вида (7 1) н шумов Мрй представляется в виде (7.17) йг1 — — вектор-столбец, пх, ~ (7.19) г(з В 1 — квадратная матрица х, х,~ (7.20) 2 г„ 2 Г = — ~ с(!) з (Х,Г) — — з~ (Х,Г)1 о 119 1!8 рис. 7 5. С труктурная схема нелинейного квазиоптимального фн.гьтра а матричном изображении где з — изаестнан, как правило, нелинейная скалярная функция, определяемая моделью полезного сигнала вида (7.1), п(Г) — белый гауссовский шум с известной спектральной плотностью мощности А!э. Уравнение оптимальной (в гауссовском приближении) оценки вектора состояния х*(г) и приближенной ковариацианной матрицы ошибок к(г) фильтрации принимают соответственно вид г(Х (Г) =А(Х (Г),Г) + К(Г! Р'ь Х(Г,) ==%в, лк(П = 0 ) А (х, д) 7( (1) + к (г) 0 ( А (х, )И + и, + к (1) Г, к (г), (7 18) К (Г,) = Рэ — апРиоРнаЯ аеРоЯтность вектоРа состоаниа в момент вРемени г„.
В уравнениях (7.17), (7.18) где (7.21) и. = о(г)() о' г, ()— пропесса Х(1). ( ) '( ), — ма рипа интенсивности формирующих белых шумов для дальнейшего улучшения алгоритмов, полученных в результате решения нерных расче~ах дополни. задач оптимальной нелинейной фильтрации, при ннжене ных тельно упрощают выражения (7.17) и (7 18), применяя употребляемые в рассматриваемой теории методы малого параметра и методы временнбго усреднения. Метод малого параметра состоит в том, что в (7.!8) флуктуационные члены. содержащие шум п(Г), предполагаются малыми, что дает возможность их о позволяет находсь матрицу К(1) заранее, считая, что в (7.17) к известная. (7 17) и (7.18) определяют состояние фильтра как в переходном, вившемся режимах работы.
При этом фильтр даже при применении о параметра является нестадионарным. Однако во многих случаях ких расчетов достаточно синтезировать систему, осушествляющую только в установившемся режиме. Это позволяет реализоват~ ого усреднения, суть ноторого заключается в том, что в уравнении идиейтм йх,(!1 матрицы К(1) замекяют средиимн значениями й„, они флуктунруют незначительно) и одновременно переходят к средм производных от фуннции г(1).
В результате такого допущекия г( 18) сводится к алгебраическому, тан как д К=О, что позволяет в формулы ошибок фильтрации получить в явном виде. ческое применение столь хорошо развитого математипарата марковской теории оптимальной нелинейной и в совокупности с указанными методами и рядом ьных упрощагоших предположений позволяет синтезилизуемые инженерные структуры приемников сложных г 1 Рис, 7.6. Схема приемника некогерентныл ФМ ПСП радиосигналов ФМ а р диосигналов. В качестве иллюстрации результат рования по изложенной методике (не приводя подро межуточных выкладок, которые можно найти в )151] ) приведена функциональная схема приемника некогерен манипулированных ПСП радиосигналов, широко испо.
АП )186). П и р синтезе этого приемника дополнительно к изложенному ' предполагалось, что наряду с оценкой фазы и частоты несущей и задержки ПСП приемник должен выделять информационные символы 8 служебного сообщения Р„или Ро радиосигнала (7.! ), которые передаются дополнительной инверсной ФМ ПСП ля ие" ц ей сегментов ПСП. Схема на рис. 7.6 содержит устройство фазовой автоподстройки частоты ФАП и схему слежения за задержкой ССЗ, охваченные обратной связью по дискретному параметру ОСДП, осушествляемой через блок с передаточной тангенциальной функцией 86 а также демодулятор информационных символов 8.
Интеграторы с временем интегрирования, равным длительности Т, символов 0 в кольцах ФАП, ССЗ и коррелятора- демодулятора, возврашаются в нулевое состояние дешифратором ДШ ПСП, формируюшим импульсы сброса в (начале) конце дй периода или сегмента ПСП, который выбирается равным Т.. ато ом армоническое колебание, вырабатываемое управляемы, ге м пер ром (УГ) ФАП, является опорным для выделения комплексной огибающей ФМ ПСП сигнала. По этой огибающей, зависяшей от задержки т,(1).
осуществляется работа ССЗ, в которой дру- ПСП (ГПСП). гой УГ выполняет функции тактовой синхронизации генерато а Структуры фильтров ФАГ! и ССЗ с передаточными функциями Кч(1) и К,(1) соответственно определяются структурой моделей фазы несушей и задержки сигнала и в общем случае имеют перекрестные связи, изображенные штриховыми линиями. В опросы цифровой реализации приемника подобного типа и анализа его характеристик, лишь затронутые в )!64), более подробно рассматриваются в гл.
8. ержание сигнала в апертуре в течение переходного измерителе. Для реализации этой задачи в аппарасматривается схема поиска навигационного сигнала. ционный сигнал характеризуется несколькими параметк же сигнала обычно осушествляется по параметрам, сут полезную информацию, например по частоте несуших колебаний и задержке огибаюшей сигнала. Представление о возможных пределах изменения дальности и скорости в СРНС дает рис. 7.4.
Однако нет необходимости вести поиск сигнала по всему интервалу возможных в системе значений НП, на основе априорных данных можно оценить ожидаемое значение координат П и по ним конечную область возможных значений НП. Так, если П имеет точную эфемеридную информацию, знает с высокой точностью время системы и располагает априорными значениями погрешностей собственных координат, он может рассчитать диапазон поиска принимаемого сигнала по частоте. Частный случай, когда с ошибкой известно только расстояние П от плоскости орбиты, иллюстрирует рис. 8.1, на котором показано изменение доплеровского смещения частоты для наблюдателя, находящегося на удалениях 5„и 5,1 от плоскости орбиты.
Если априорно известно, что расстояние П от плоскости орбиты лежит в пределах 5„,...5,з, а поиск необходимо начать в момент гь то интервал поиска по частоте должен составить ТМ...Т,Ь При расчете, разумеется, необходимо учесть возможные уходы частоты опорного генератора П и радиальную составляющую скорости изменения дальности, обусловленную движением П. Подобным образом можно рассчитать область поиска при априорно заданных ошибках системного времени или координат П вдоль орбиты НИСЗ и т. д.
Вся область поиска может быть разбита на элементарные ячейки, размер которых определится требуемой точностью оценки параметров сигнала. При этом для поиска сигнала по дальности лг -ги;гас а 1гз Рис. 8.1. Диаграмма определении ин- тервала поиска по частоте Рис 8.2 Условное изображение двумерной области поиска параметров радиосигнала. иь = Г„УДт, игг= Р.УЛ! 120 121 ГЛАВА 8 УСТРОЙСТВА ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ РАДИОНАВИГАЦИОННОГО СИГНАЛА 8.1. НЕОБХОДИМОСТЬ ПОИСКА РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ Следящий измеритель навигационного параметра (НП) может выполнять свои функции только тогда, когда на его входе имеется навигационный сигнал. Чтобы ввести измеритель р р тель в режим слежения, необходимо задать такие начальные условия, которые обеспечат попадание сигнала в апертуру дискриминатора измери- ~-г ~/ му размер элементарной ячейки задает ширина характеристики временного дискриминатора, а для поиска по частоте — полоса захвата ФАПЧ.
Поиск сигнала в заданной области состоит из двух процеду: ур: сканирования и обнаружения [128[. Под сканированием понимается осмотр в определенной последовательности элементарных ячеек области поиска с помошью устройства обнаружения, под обнаружением — анализ принимаемых радиосигналов на соответствие их параметров параметрам конкретной элементарной ячейки области поиска и принятие решения о наличии сигнала при выполнении установленного решающего правила.
ВДЕ СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПОИСКА РАДИОСИГНАЛОВ НИСЗ Для обеспечения режима слежения в приемнике АП, структурная схема которого была рассмотрена в гл. 7, необходимо произвести первоначальную оценку радионавигационных параметров радиосигналов с точностью, определяемой областью захвата . ФАП и ССЗ. Как правило, область захвата оказывается значи-1, тельно меньше имеющейся области априорной неопределенности значений частоты и задержки радиосигнала. Это вызывает необходимость поиска параметров радиосигналов.
В условиях вероятностной постановки задача синтеза оптимальных алгоритмов и реализующих их устройств поиска решается методами статистической теории принятия решений. Актуальность этой задачи вызвала поток публикаций теоретического и прикладного характера. Приведем здесь лишь основные предпосылки для анализа задачи поиска применительно к АП, следуя [105, 128, !51, 170, 176[. При поиске с помошью операций обнаружения и распознавания сигналов производится оценка средней текущей частоты спектра и задержки огибаюшей. Вся двумерная частотно-временная область поиска (рис.
8.2) с интервалами неопределенности по задержке Т„и частоте Р„разбивается на тн элементарных -: участков со сторонами, равными интервалам корреляции по частоте Л/=1/2Т(Л/, и времени Лт=1/2Р(Лт„меньшими областей захвата систем слежения по частоте Л[, и задержке Лт,. Это позволяет рассматривать поиск как задачу обнаружения одного из гпч квазиортогональных сигналов л~(Г), число которых гп„= Р„Т„/Л[ЛГ.
Практически значение тч для АП может меняться в зависимости от условий, режимов и типов АП в пределах от нескольких единиц до 10'". Для достижения минимального времени поиска, определяемого выражением Т„,„) (одр тя /1,44( Р~ /А!О), (8. 1) 122 где Р,/Ы~ — отношение мощности сигнала к спектральной плотности мощности шума, требуется т,, корреляторов со временем интегрирования Т„,„, что практически реализовать невозможно. Поэтому число корреляторов (каналов поиска) на практике уменьшают вплоть до одного в обмен на увеличение времени поиска.
Анализ размерности области неопределенности для АП показывает, что время поиска может меняться от десятков миллисекунд до десятков минут. Например, в условиях полной априорной неопределенности для неподвижной АП систем «Глонасс» и «Навстар» число элементарных участков поиска по задержке равно удвоенному числу символов ПСП кода С/А, т. е. 1022 или 2046 соответственно, число элементарных участков поиска по частоте равно отношению максимального доплеровского сдвига (5 кГц) к полосе захвата частотной автоподстройки (1 кГц), т. е. достигает 5.
При времени наблюдения одного элементарного участка 10 мс время поиска составит 1...2 мин. Оптимизация алгоритмов поиска, как правило, производится по критерию минимума среднего времени поиска при заданной вероятности обнаружения или по критерию максимальной вероятности обнаружения при заданном времени поиска. При этом оптимизация включает в себя оптимизацию порядка обзора области поиска, а также оптимизацию алгоритмов обработки выборок наблюдаемой, смеси сигнала и шума. По типу процедуры поиска, основанной на полноте априорных данных, различают слепой поиск, поиск с анализом промежуточных результатов и поиск с целеуказанием. При слепом поиске, характерном для АП, в которой отсутствует информация об альманахах системы, обзор элементарных участков области неопределенности осуществляют путем регулярного или случайного сканирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
