Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1142025), страница 79
Текст из файла (страница 79)
0ерагппеп! оГТгапзрог1а!!оп, Резега! Ач!аГ!оп Айп!п!з1гат!оп прес!Йсаг!оп, 1999. 483 Глава 13 Глава 13 АППАРАТУРА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ 13.1. Принципы построения аппаратуры потребителей Навигационная аппаратура потребителей СРНС предназначена для определения пространственных координат и составляющих вектора скорости потребителя, текущего времени и других навигационных параметров в результате приема и обработки радиосигналов, излучаемых навигационными спутниками.
Современная НАП является аналого-цифровой системой, сочетающей аналоговую и цифровую обработку сигналов. Обобщенная схема НАП приведена на рис. 13.1 и включает антенну, радиочастотный блок (РЧБ), синтезатор частот (СЧ) аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифровой вычислитель (ЦВ). елю ой Рис. 13.1. Обобщенная схема аппаратуры потребителя Антенна выполняет функцию преобразования электромагнитных волн в электрический сигнал и может состоять из одного или нескольких антенных элементов с необходимыми блоками электронного управления. Радиочастотный блок (радиоприемник) предназначен для усиления принятых сигналов, частотной селекции (фильтрации) полезных сигналов из смеси с шумами и помехами, понижение несущей частоты принятых сигналов до заданного значения, которое принято называть промежуточной частотой.
Синтезатор частот формирует набор гармонических колебаний, необходимых для работы РЧБ, шкалу времени АП и тактовые сигналы, синхронизирующие работу АЦП и ЦВ. Аналого-цифровой преобразователь трансформирует аналоговый сигнал, поступающий с выхода РЧБ, в цифровой сигнал, предназначенный для последующей обработки в цифровом вычислителе.
Цифровой вычислитель решает задачу извлечения навигационной и другой информации из принятых и преобразованных в цифровую форму радиосигналов. 484 Аппаратура потребителей По выполняемым функциям ЦВ часто представляют в виде сигнального процессора и навигационного процессора (процессора приложений) [7.5]. При этом сигнальный процессор выполняет задачи первичной обработки сигналов: распараллеливание обработки входного сигнала на п каналов; формирование опорных сигналов дальномерного кода и управляемых опорных генераторов (гармонических колебаний); корреляционную обработку сигналов в каждом из п каналов; поиск сигналов по задержке и частоте; слежение за дальномерным кодом, частотой сигналов и формирование оценок псевдо дальности, псевдо доплеровской частоты и псевдо фазы; выделение (демодуляция) навигационных данных (сообщений), передаваемых в радиосигналах; оценку отношения сигнал/шум а,~„для принимаемых радиосигналов; с по привязку шкалы времени потребителя к системной шкале времени СРНС.
Навигационный процессор решает задачи вторичной обработки, в том числе: декодирование эфемеридной информации, альманахов и т.д. из навигационных сообщений; оценку координат потребителя (в той или иной системе координат) и составляющих его вектора скорости; комплексную обработку оценок псевдо дальностей, псевдо доплеровских частот (и/или псевдо фаз) с данными других измерителей (инерциальных и/или доплеровских систем навигации и др.); пользовательские алгоритмы маршрутизации, привязки к опорным точкам, вывода в заданный район и т.д.
Практическая реализация ЦВ традиционно включает в себя жесткую аппаратную часть (многоканальный коррелятор) и программируемый вычислитель. Многоканальный коррелятор представляет собой отдельную микросхему, в которой реализованы все необходимые для работы НАП корреляторы (несмещенные, опережающие и запаздывающие, с обычным и суженым стробом и т.д.), генераторы дальномерных кодов, управляемые опорные генераторы и схемы управления режимами работы коррелятора.
В некоторых типах микросхем многоканального коррелятора реализуются также петли слежения за задержкой кода, частотой и фазой сигнала, а также схемы демодуляции навигационного сообщения. Программируемый вычислитель реализует обработку отсчетов с выходов многоканального коррелятора, следующих с относительно невысокой частотой (100...1000 Гц) с целью решения конечной навигационной задачи, используя для этого соответствующее программное обеспечение. В последние годы интенсивно развивается направление, основанное на полностью программной реализации ЦВ.
При этом он может выполняться на программируемых процессорах общего назначения (в том числе и на персональных ЭВМ) или на цифровых сигнальных процессорах (Ирга1 Ядпа1 Рго- 485 Глава 13 сезюг (РЯР)). Основным достоинством такого подхода является большая гибкость при проектировании новых типов НАП, а также широкие возможности по использованию новых, перспективных алгоритмов обработки сигналов информации, например, одноэтапных алгоритмов (см.
п. 6.5). Кроме того, при таком подходе снижается стоимость и время разработки НАП. 13.2. Антенна навигационного приемника Антенна навигационного приемника должна, с одной стороны, обеспечивать прием сигналов всех видимых НС, а, с другой стороны, по возможности режектировать переотраженные от местных предметов спутниковые сигналы (помехи многолучевого распространения) и другие помехи. Поскольку данные требования противоречивы, к стандартным антеннам предъявляется компромиссное требование — надежный прием сигналов НС, находящихся выше 5' над горизонтом (угол маски), в предположении, что помеховые сигналы приходят с углов места, меньших угла маски.
При этом коэффициент усиления антенны в рабочем секторе углов (0...360' по азимуту и 5...90' по углу места) не должен меняться существенно. Если антенна используется для двухчастотного приемника, работающего в диапазонах Г.1 и Г.2, то она должна быть широкополосной. Типичные характеристики антенны (для рабочего диапазона частот 1570...1625 МГц): обеспечение работы в тракте с волновым сопротивлением, Ом .. 50 коэффициент стоячей волны (КСВ) . не более 2 коэффициент эллиптичности антенны в зените, дБ ............не менее — 3,5 минимальное значение коэффициента усиления б относительно изотропного излучателя с круговой поляризацией в меридиональных сечениях (как функция угла возвышения р), дБ: 5' >,0>0 .....
10' >р" >5'... — 5>б>-7,5 б>-4,5 б> — 2,5 15 >,0>10 486 ,0 >15' б> — 2. Обычно используют микрополосковую антенну [12.1], достоинствами которой являются малые масса и габаритные размеры, простота изготовления и дешевизна. Такая антенна состоит из двух параллельных проводящих слоев, разделенных диэлектриком: нижний проводящий слой является заземленной плоскостью, верхний собственно излучателем антенны. По форме излучатель может быть прямоугольником, эллипсом, пятиугольником и т.д. Антенна рассчитывается для работы на низшей резонансной моде, которая излучается в Аппаратура потребителей основном в верхнюю полусферу (в направлении вертикальной оси).
Микрополосковая антенна имеет диаграмму направленности (ДН), обеспечивающую всенаправленный прием сигналов правосторонней круговой поляризации в верхней полусфере. Часто антенна интегрируется в одном модуле с предварительным усилителем/полосовым фильтром (ПУ/ПФ) (рис. 13.2), который предназначен для обеспечения заданного значения коэффициента шума (шумовой температуры) АП, ограничения частотного спектра шумов, режекции внеполосных помех и обычно включает устройство защиты входа 1УЗ), малошумящий усилитель и полосовой фильтр (рис, 13.3). УЗ Рис. 13.2. Структура антенного модуля Рис. 13.3.
Схема предварительного усилителя Устройство защиты входа должно предотвращать нарушение функций последующих радиоэлектронных элементов при поступлении на его вход сигнала с пиковой плотностью мощности 69 кВт/м' в течение 10 мс или непрерывного сигнала с плотностью мощности 348 Втlм' 12.8~. Малошумящий усилитель должен иметь коэффициент шума К <4 дБ, работать в тракте с волновым сопротивлением Р~'= 50 Ом, иметь по входу и выходу КСВ < 2 и обеспечивать в рабочем диапазоне частот коэффициент усиления К =26...30 дБ.
При выполнении данных требований шумы последую- У щих каскадов радиоприемника практически не влияют на итоговое значение коэффициента шума АП. Полосовой фильтр осуществляет фильтрацию сигналов в полосе частот ф' = 60 МГц (относительно несущей частоты) и подавление шумов и иных помех, действующих вне данной полосы пропускания. Параметры амплитудно- частотной характеристики ПФ выбирают в зависимости от требуемого уровня подавления внеполосных помех. Потери мощности в устройстве защиты входа составляют 1 дБ, в ПФ около 2 дБ, так что общие потери в ПУ/ПФ не превосходят 3 дБ. 13.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
