Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1142025), страница 116
Текст из файла (страница 116)
18.15 Рис. 18.15. Схема устройства Здесь использованы обозначения А % = ~~» ~Д, — тхт матрица; ь с 9„ = — ~~» с,з (Х) — т-вектор; Е = ~~) я (Х)з (Х). ~ =! ~ =1 * Основная функция этого алгоритма — вычисление статистики Н,Ж 0» и ее максимизация. Вся структура распадается на пространственный и временной фильтры. 730 Пространственно-временная обработка сигналов в аппаратуре потребителей 18.6.4. Характеристики адаптации На рис. 18.16 показаны типовые "кривые адаптации" — зависимость коэффициента подавления на выходе блока пространственной обработки от времени накопления для оптимального алгоритма (схема на рис. 18.15) и для классического компенсатора помех.
Видно, что оптимальный алгоритм сходится до уровня "потенциальный К„„— ЗдБ" примерно за 4 п тактов (где и — число каналов пространственной обработки), что соответствует теоретическому уровню. Классическому алгоритму требуется несколько тысяч тактов. 45 40 35 1О, 10' 1О' 10 Брема~там) 10 Рис. 18.16. Характеристики адаптации 731 Векторные отсчеты ~, в цифровом виде поступают на вход пространственного фильтра. Как показывает анализ на модели, для вычисления выборочной корреляционной матрицы % не обязательно использовать все отсчеты, выбранные с частотой Котельникова или чуть выше (как это сделано в стандартных реализациях ОРИ-приемников), которая необходима для временной обработки. Отсчеты можно взять реже (децимация).
Выход пространственного фильтра — набор скаляров Н,Ж '~,, поступающих на временной скалярный фильтр — коррелятор. Эта функция полностью возлагается на приемник СРНС. 1 лава 18 18.7. Технологический прорыв в пространственной компенсации помех Разработка антенных компенсаторов помех (АКП) имеет долгую историю. Упомянем лишь имена создателей АКП Уидроу Б. (1957 год) в США и Ширмана Я.Д.
(1958 год) в СССР. Отметим, что теоретический уровень подавления 40-50дБ и более (см. п. 18.5) и достижимый в реализованных устройствах, как правило, до недавнего времени существенно различались. Более того, достигнутый в 70-х годах уровень глубины подавления порядка 20 — 25 дБ оказался своеобразным техническим порогом„который многие сочли пределом. В течение нескольких десятилетий разрабатываемые для радиолокации или связи отечественные и зарубежные образцы АКП имели глубину подавления в этом диапазоне.
Развитие цифровой элементной базы также не оказало существенного влияния. Прорыв произошел в середине 90-х годов. Выдвинутые МО США требования повышения помехоустойчивости аппаратуры пользователя бРБ военного назначения привели к необходимости создания АКП с резко увеличенной глубиной подавления помехи. Целым рядом организаций (М1ТКЕ, М1Т Ь1псо1п ЬаЬогагогу, Кауйеоп и др.) были проведены исследования по преодолению предела в уровне подаления. Так, в работе М1гге (18.221 выделены основные декоррелирующие факторы, которые приведены в табл.
18.2 (приведен примерный уровень того или иного ограничения, достижимый для современных технологий): Таблица18.2. Основные декоррелирующие факторы Фактор Нелинейности каналов К„, дБ 70 Амплитудное и фазовое рассогласование ЧХ приемных каналов (с коррекцией) 45 Взаимное влияние антенных элементов 70 Нелинейность 70 Характеристики АЦП число разрядов (12р-14р) бб...78 "джиттер" 70 732 В результате были сделаны выводы: 1) о наиболее узком месте при реализации АКП вЂ” неидентичности ЧХ приемных каналов и 2) о возможности достижения в АКП уровня подавления в 45...50 дБ.
Пространственно-временная обработка сигналов в аппаратуре потребителей Были определены и пути достижения такого результата. Основным принципом явилось использование цифрового диаграммообразования, при котором выходы всех элементов антенной решетки селектируются по частоте и усиливаются до уровня АЦП. Вся дальнейшая обработка осуществляется на цифровом уровне. Преодоление порога потребовало изменения или совершенствования не одного, а целого ряда технологических решений, причем, как в аналоговой, так и в цифровой части АКП. В аналоговой части это, прежде всего: — выравнивание задержки в трактах приема (до О.1 нс); — обеспечение идентичности АЧХ и ФЧХ трактов приема (размах разностей АЧХ разных каналов лучше 0.2 дБ, размах разностей ФЧХ вЂ” 1.2 ); — линейность трактов усиления (АЦП вЂ” 12...16 разрядов, 1РЗ вЂ” 1ОЙВш).
В цифровой части это: — высокоточное формирование квадратур; — адаптивные корректирующие фильтры для компенсации неидентичности частотных характеристик трактов приема; — усовершенствование алгоритмов формирования весовых коэффициентов для корректирующих фильтров и компенсационного цифрового суммирования. К концу 90-х годов целый ряд фирм разработали АКП нового поколения с глубиной подавления 40 дБ и более (Кауйеоп, 1.о1йеед Маг!1п, КосЕ~е!! Со1!1пз и др.). К настоящему времени множество образцов АКП широко используются во всех видах военной техники. 18.8.
Экспериментальная проверка компенсаторов помех для приемников спутниковой навигации 18.8.1. Экспериментальная проверка двухканального компенсатора помех В параграфе представлены результаты экспериментальной проверки макета АКП с двухэлементной АР для ОРБ-приемника «Шр1!ег» 118.5~. Компенсатор рассчитан на защиту открытого С/А-кода в диапазоне А1. Компенсатор выполнен по классической схеме с управлением весовыми коэффициентами на высокой частоте и цифровым вычислением самих коэффициентов.
Проверка макета Компенсатора с двухэлементной АР имела целью экспериментально оценить практически достижимую эффективность макета АКП при воздействии узкополосной и широкополосной помехи. Схема эксперимента показана на рис. 18.17. В качестве показателя эффективности Компенсатора использован известный коэффициент подавления (К„) — отношение входной мощности помехи к 733 Глава 18 мощности шума на выходе суммарного канала. Этот показатель является критерием классического Компенсатора — именно его максимизирует эта схема. В эксперименте оценивалось два значения коэффициента подавления . В первом случае коэффициент подавления оценивался при подаче одного и того же колебания на вход обоих каналов минуя антенны.
Фактически при этом определялись потенциальные возможности АКП. И сгоч ние помехи Рис. 18.17. Схема эксперимента Второе значение оценивалось при излучении помехи из пространства, т.е. в условиях переотражений от местных предметов. Это значение К„условно можно назвать «реальным». Практически значения коэффициента подавления измерялись с помощью спектранализатора. Эпюры, соответствующие измерению К„для узкополосной и широкополосной помехи, показаны на рис.18.18 и рис. 18.19 соответственно.
В эксперименте дополнительно оценивался коэффициент эффективности, т.е., отношение ОСШ (отношения сигнал/шум) на входе Компенсатора к ОСШ на его выходе. ОСШ оценивалось по данным ОРИ-приемника, предварительно откалиброванного с помощью имитатора спутниковых сигналов фирмы «НАВИС». 734 аггрв 12:12:16 йРР 98, 2994 Мйгь 9 Н2 -5?.17 оВ Ргй -19.9 ив 5вр' СоО 19 487 йнег, 9 0В ггй 68 5С ГС йй Сее'ег 1.5754,.
йее ВИ 39 КНв 6рее 5.999 МНг Внеер 16.7 всес ггВИ 39 ИН2 Рис. 18.18. Эпюры СПМ для гармонической помехи КА!р3 12:19:31 йРР 98, 2994 МЕгь 959 КНв -45.99 ггВ йн 9ВВ йег -25.9 МВв Ввр! Сод 19 СгВ/ йггд ой 68 ВС ГС йй Врер 5.999 МН~ Внеер 16.7 внес Сергег 1.575429 ВН2 Ре: ВИ 39 ИН~ НВИ 39 РН~ Рис 18.19. Эпюры СПМ для полосовой помехи 735 Пространственно-временная обработка сигналов в аппаратуре потребителей Глава 18 Полученные в эксперименте результаты сведены в табл.
18.3 Таблица 18.3. Коэффициенты подавления Сравнительно низкое значение «реального» коэффициента подавления объясняется наличием переотражений помехового колебания в условиях эксперимента. В реальных приложениях условия приема сигналов могут быть лучше, чем в нашем эксперименте. Во всяком случае, специально для исключения переотражений оценивался коэффициент подавления АКП в безэховой камере. При этом по широкополосной помехе достигнут Кп = 38дБ.
Таким образом, исследование экспериментального макета АКП, созданного на основе доступной элементной базы и современных схемотехнических решений, показало возможность практического достижения значений коэффициента подавления 30..45дБ. 18.8.2. Экспериментальные исследования возможности повышения характеристик подавления путем коррекции ЧХ Анализ частотных характеристик аналоговых трактов АКП. Для исследований в макете АКП взяты 4 экземпляра полосовых фильтров серии ФП- 478 одного из главных российских разработчиков фильтров на ПАВ. Трансверсальные фильтры этой серии ~18.26, 18.25~ выпускаются на двунаправленных штыревых преобразователях и обладают следующими характеристиками: центральная частота 140МГц; полоса пропускания 22,97 МГц; избирательность 56дБ; ослабление сигнала в полосе фильтра 21 дБ.
По своим потребительским качествам данные фильтры не уступают лучшим мировым аналогам. Однако критерии, по которым отбираются фильтры, не учитывают их применение в АКП, где, прежде всего, важна повторяемость (идентичность) частотных характеристик экземпляров фильтра. Экспериментальные исследования частотных характеристик выполнены на базе макета четырехканального АКП. В макете один из каналов (первый) считается основным, остальные (компенсационные) поочередно сравниваются с ним. На рис.
18.23 показаны амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) аналоговых трактов первого и второго каналов. Из рис. 18.23 видно, что коэффициент усиления в рассматриваемых двух каналах значительно отличается (около 5 дБ). Тем не менее, данное отличие не 736 Пространственно-временная обработка сигналов в аппаратуре потребителей уменьшает коэффициент подавления, так как алгоритм компенсации выравни- вает усиление в каналах.
ДЧХ каналое 1 и к ао .~ОЗОО 1ОО ИО 12О 1ЗО 14О 1ВО 1ОО Частота, 1ттгц 17О 1ЕО 1ОО Рис. 18.20. АЧХ аналоговых трактов первого и второго каналов Разность АЧХ каналов 1 и 2 в полосе сигнала ЛГ=18МГц представлена на рис. 18.21. Разность АЧХ каналов в полосе сигнала -%4 Ш $32 Я4 136 1М 1Ф 112 144 14Б 1Ю 1% Частота, Мгц Рис. 18.21.
Разность АЧХ каналов 1 и 2 в полосе сигнала 737 М-1О2В Как показано в [18.19] гарантированное значение коэффициента подавления АКП в случае воздействия наихудшей помехи определяется размахом раз- Глава 18 ЛК,2 — — гпах ~К,2 (~)~ — ппп ~К12 (~)~, Лр,2 — — шах(аг8(Кд ( г'))) — ш1п(аг8(К12 ( У ))), (18.40) где К,з(~) = К,(~) — К (~) — разность комплексных частотных характеристик каналов 1 и 2, аг8( ) — аргумент комплексного числа. В табл. 18.4 представлены экспериментально полученные значения размаха разности АЧХ в полосе сигнала для всех компенсационных каналов и значения коэффициента подавления для наихудшей помехи. Таблица 18.4. Размах разности АЧХ каналов Видно, что без устранения неидентичности АЧХ коэффициент подавления не достигает 30дБ для наихудшей помехи. Аналогичное влияние на предельные значения коэффициента подавления оказывает несовпадение фазочастотных характеристик трактов.
В табл. 18.5. показана величина постоянной задержки в каждом компенсационном канале, а также величина неравномерности ФЧХ (относительно основного канала) после устранения постоянной задержки. Таблица 18.5. Размах ФЧХ каналов после устранения постоянной задержки Как показано в табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
