Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1142025), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Радиоприемник Основными функциями радиоприемника АП СРНС ГЛОНАСС являются: 487 Глава 13 усиление радиосигналов, фильтрация шумов и внеполосных помех, перенос сигналов на более низкую (промежуточную) частоту. Обобщенная схема современного радиоприемника приведена на рис. 13.4. Антенна ~ Радиоприемник ПУ/ПФ У1 Рис. 13.4. Схема радиоприемника В данной схеме осуществляется двукратное понижение частоты входного сигнала. Первый смеситель переносит сигнал на первую промежуточную частоту ~'„~, =100...200 МГц, а второй — на вторую промежуточную частоту Гор~ =10...40 М1 ц. Назначение ПФ| — выделение полезных навигационных сигналов и режекция вне полосных помех.
Поэтому он имеет полосу пропускания фп = 14 МГц, соответствующую полосе частот, занимаемых радиосигналами НС ГЛОНАСС. В качестве таких фильтров широко используются фильтры на поверхностных акустических волнах. Недостатком данного типа фильтров является достаточно большое ослабление полезного сигнала (на 20...22 дБ), что необходимо учитывать при выборе коэффициента усиления усилителя У1 и при расчете общего коэффициента усиления приемного тракта. Низкочастотный фильтр, стоящий после второго смесителя предназначен для подавления сигнальных составляющих суммарной частоты, образующихся на выходе смесителя. При больших значениях ~„'„2 вместо низкочастотного фильтра можно использовать соответствующий полосовой фильтр.
Отметим, что радиоприемник на рис. 13.4 является одноканальным и переносит все радионавигационные сигналы на вторую промежуточную частоту. Задача частотного разделения радиосигналов различных НС в современных приемниках решается в блоке корреляторов путем использования различных несущих частот перестраиваемых опорных генераторов. Рассмотрим требования к общему усилению сигналов в радиоприемнике.
В п. 11.2.2 отмечалось, что на входе радиоприемника мощность навигационного радиосигнала составляет — 161 дБВт, а спектральная плотность внутреннего шума равна — 201,5 дБВт/Гц (при значении коэффициента шума приемника К = 2,5 дБ). Полоса пропускания радиоприемника определяется полосой пропускания ПФ1 и составляет зГпф = 14 МГц. Следовательно, мощность шума в ! полосе пропускания приемника Р = -201,5+71,5 = — 131 дБВт, а отношение 488 Аппаратура потребителей сигнал/шум д =101од(Р,/Р ) = — 161+201,5 — 71,5 = — 31 дБ. Таким образом, по лезный сигнал находится на 31 дБ ниже уровня внутренних шумов приемника.
Из этого факта следует, что общий коэффициент усиления приемника следует выбирать, ориентируясь на уровень внутреннего шума приемника, а не на уровень полезного сигнала. Полагая, что мощность внутреннего шума приемника Р рассеивается на согласованной нагрузке Яо = 50 Ом, можно записать Р =и[и (г) ~/ло— - ~г~ ~Р~, откуда а„ =,~Р К (13.1) Сигнал с выхода радиоприемника подается на АЦП (рис. 13.4). Рабочее значение эффективного напряжения на входе типового АЦП составляет У цп —- 0,1...0,5 В.
Так как на входе АЦП действует шумовой процесс, будем полагать Удцп —— ст„, .цп. Тогда общий коэффициент усиления радиоприемника по мощности К„может быть найден из условия ищКу~ вх.ш.АЦП ~ .. К„,=,'„. / „' =,'„п/(Р Я,). (13.2) Полагая, Р =130,5дБВт, Я = 500м, о,„, „цп = 0,25 В, получаем К =101оя(Ку, ) =102 дБ. Данное значение общего коэффициента усиления включа- ет коэффициенты усиления ПУ, Уь У. (рис.
13.4) и не включает потери мощно- сти в УЗ, ПФ, ПФ1 и фильтра нижних частот (ФНЧ) и, возможно, в СМь СМ2. 13.4. Аналого-цифровой преобразователь 489 Сигнал с выхода радиоприемника подвергается аналого-цифровому преобразованию, т.е. дискретизации по времени и квантованию по уровню. При выборе частоты дискретизации по времени обычно исходят из того, что необходимо правильно воспроизводить суммарный спектр всех сигналов ГЛОНАСС, который занимает полосу частот около 14 МГц (по первым нулям спектров крайних сигналов). Поэтому минимальное значение частоты дискретизации (в соответствии с второй теоремой В.А. Котельникова для полосовых сигналов) ~, =14 МГц.
На практике часто используют более высокое значение частоты дискретизации (например, 40 МГц). Для квантования сигналов по уровню в стандартной НАП наиболее часто применятся бинарное (1-битное) и 2-битное квантование. При бинарном кван- Глава 13 товании используется лишь знак (+, 51дп) входного аналогового сигнала и(1„). При 2-битном квантовании используют три пороговых уровня (уровни сравнения), схематически представленные на рис. 13.5. Если в момент времени 1~ значение входного сигнала и(1„) превышает значение порога Е, то на выходе АЦП формируется кодовая последовательность 00; если 0< и(г~) < А, то формируется код 01; если — А < и(11,) <О, то формируется код 10; если и(11, ) < — А, то формируется код 11. Выходные Пороги коды — р 01 0— — 10 — р 11 Рнс.
13.5. Логика работы 2-битного АЦП Квантование сигналов по уровню приводит к некоторому ухудшению характеристик НАП, которое принято характеризовать энергетическими потерями в значении отношения сигнал/шум, под которыми понимают необходимое повышение сигнал/шум (выраженное в децибелах), обеспечивающее такие же характеристики НАП при работе с квантованным сигналом, что и при отсутствии квантования. Величина потерь П зависит от соотношения уровня входного сигнала и значения порога А. На рис.
13.6 приведена зависимость величины потеРь от отношениЯ 1 = А/сг,„дцп, гДе о,„„цп — моЩность гаУссовского 2 шума на входе АЦП 12.8). Минимальные потери (около 0,7 дБ) получаются при выборе порога А = ст,„,н. 2,5 г,о 1,5 1,О 0,5 т О 1 2 3 4 5 Рис. 13.6. Характеристика потерь 2-битного АЦП 490 Аппаратура потребителей В прецизионной НАП может использоваться АЦП с существенно большей разрядностью выходных чисел, например, 12-битное АЦП. 13.5. Опорный генератор и синтезатор частот Опорный генератор в НАП формирует шкалу времени потребителя.
На его основе строится необходимая сетка частот, используемых в приемнике. В последние годы существенно возросли требования к ОГ. В конце 90-х годов вполне удовлетворительным считался ОГ с относительной нестабильностью частоты 10 ' (вариация Алана, см. п. 2.4). Однако в настоящее время НАП с таким ОГ не удовлетворяет требованиям многих приложений, например, для вы скодинамичных объектов, интегрированных инерциальноспутниковых систем навигации и др. Для улучшения технических характеристик НАП необходимо использовать высокостабильные ОГ (с кратковременной относительной нестабильностью частоты 10 ~ ...10 " и ниже), что приводит к существенному удорожанию приемника.
Поэтому при выборе типа ОГ исходят из компромисса между характеристиками (а, следовательно, и стоимостью) ОГ и НАП в целом. Более детальное исследование влияния ОГ на работу следящих систем НАП (например, [13.1]) показывает, что необходимо учитывать не только относительную нестабильность частоты, но и более полную характеристику— спектральную плотность фазовых шумов (подробнее — в п.
2.4). В табл. 13.1 приведены значения спектральной плотности циклической фазы для некоторых типов ОГ, из которых следует, что в существенной для работы следящих систем области частот ~ =1...100 Гц она может быть различной как по абсолютному значению, так и по скорости спадания спектральной плотности в зависимости от частоты. Чем быстрее спадает спектральная плотность, тем лучшие характеристики режимов слежения в НАП могут быть получены. Таблица 13.1.
Характеристики спектральной плотности фазовых шумов ОГ Синтезатор частот строится на основе частотного плана, который определяет выбор промежуточных частот приемника, тактовую частоту АЦП, тактовую частоту работы вычислителей, необходимые прерывания для работы при- 491 Аппаратура потребителей 13.7.1. Алгоритмы поиска и обнаружения Особенностиреализации поиска навигационных сигналов Общая задача поиска рассмотрена в разделе 6.2. При практической реализации алгоритмов поиска сигналов различают полный поиск и допоиск, что обусловлено количеством априорной информации о значениях задержки и доплеровского смещения частоты принимаемого сигнала. Полный поиск используется при отсутствии или достаточно грубой априорной информации о задержке и доплеровском смещении частоты сигнала.
Кроме того, отсутствует информация текущих эфемеридах и текущем времени в приемнике. Режим допоиска используется при наличии информации о значениях задержки и доплеровского смещения частоты с той или иной точностью. Такая ситуация возникает в двух случаях. Во-первых, в режиме, так называемого, горячего старта, когда при включении приемника имеется априорная информация о значениях задержки и доплеровского смещения частоты либо от внешних источников (в зарубежной литературе это называется "А1йпд", "Азяз1ед бРБ"), либо она формируется из данных сохраненного с прошлого сеанса альманаха системы. Во-вторых, после срыва слежения за сигналом с целью перезахвата сигнала и повторного вхождения в режим слежения.
Общая характеристика полного поиска сигналов Так как в режиме полного поиска отсутствует априорная информация о задержках, доплеровских смещениях частот сигналов и номерах видимых НС, то поиск осуществляется во всем диапазоне возможных задержек (равном длительности периода дальномерного кода), в диапазоне возможных доплеровских смещений частот, обусловленных движением спутников, движением потребителя, а также возможными уходами частоты опорного генератора приемника, для сигналов всех НС. В качестве примера рассмотрим возможные параметры поиска сигнала СРНС ГЛОНАСС для наземного потребителя: диапазон доплеровских частот ф,',„= — 5 ...
+5 кГц, а значение д1,' элементарной ячейки поиска определяется полосой захвата А/; системы частотной автоподстройки и составляет примерно 61„= А/; = 500 Гц. Число анализируемых ячеек по частоте У1 = ф ,„/о /' = 20 . Значение элементарной ячейки поиска по задержке Й =0,5г, =1/1022 (см. п. 6.2), а число анализируемых ячеек Ф, =1/ог=1022. Таким образом, общее число анализируемых ячеек У, = Ж У, = 20440.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
