Власов И.Б. Глобальные навигационные спутниковые системы (2008) (1151863), страница 13
Текст из файла (страница 13)
В секторе Н9' относительно оси симметрии диаграммы направленности передающей антенны коэффициент эллиптичностн по полю не хуже 0,7. б.2. Структура навигационных сигналов и навигационных сообщений ГЛОНАСС Спектр мощности навигационного радиосигнала практически полностью определяется наивысшей тактовой частотой модулирующей последовательности. Для используемых в ГЛОНАСС сигналов стандартной точности (СТ-код, подробнее см.
далее) ширина основного «лепестка» огибающей спектра мощности радиосигнала равна 1,022 МГц, а для сигналов высокой точности ВТ-код— 10,22 МГц. В процессе развития системы менялись и продолжают меняться состав информации и структура навигационных сигналов ГЛОНАСС. Рассмотрим основные этапы этого процесса. Находящиеся в эксплуатации в настоящее время НКА ГЛОНАСС и первые экземпляры ГЛОНАСС-М используют сигналы в диапазонах Е1 и Е2, структура и параметры которых несколько различаются, поэтому подробно рассмотрим сигналы диапазона Е1, а затем коротко — отличия сигналов диапазона Е2.
В диаиазоне П излучаемый сигнал подвергается относительной фазовой манипуляции (ОФМ) на угол и двумя псевдослучайными последовательностями — ПСП1 и ПСП2. Ортогональность, т. е. отсутствие взаимного влияния при передаче ПСП1 и ПСП2, обеспечивается благодаря использованию фазовых квадратур, т. е.
двух компонент несущей, сдвинутых по фазе на 90'. Первая ПСП образуется сложением по шоо2 трех двоичных сигналов: ° дальнамерлоео кодл стандартной точности (СТ), представляющего собой последовательность максимальной длины (М-последовательность) с тактовой частотой 511 кГц и периодом 1 мс (иногда в литературе для обозначения этого кода используется аббревиатура ПТ-код, т.
е. код пониженной точности); ° сигнала навигационной информации (НИ) с тактовой частотой 5О Гц, передаваемого с помощью ОФМ в виде строк длительностью 2 с; ° сигнала тактовой синхронизации в виде меандра с частотой 1ОО Гц. Принцип формирования ПСП1 поясняется рис. 6.1. Последовательность симвотов МВ (Тмв = 0,3с, т,= 10 мс) кода кс) Последовательность информационных и проверочных символов (т,=20 мс) Меандр тактовой синхрониэании (т„=10 мс) Рис.
6.1. Схема формирования модулирующей последовательности (ПСП1) 65 Рассмотрим более подробно принцип формирования каждой из ее составляющих. дальномерный код представляет собой М-последовательность, которая для СТ-кода имеет вид а„(~) =1Е»'Е»'. Схема формирования дальномерного кода показана на рис. 6.2, в временная диаграмма, поясняющая его работу, — на рис. 6.3. Вторая ПСП формируется по аналогичному принципу, однако в ней используется М-последовательность с тактовой частотой 5 11 МГц и периодом 1 мс, образующая дальномерный кол высокой точности (ВТ). ПСП1 и ПСП2 формируются когерентно от о й ~Р !! 1 3 Л й о С М й 3 Я О й о х О.
о > Р с о ь с а М ъ, 5:Ъ, о о ь с а М н о Р Р Р, й й~ о О. ы й о Д и Ф ~$ Ф х о И о О 3 а е к 1 1 ! 1 1 1 ! ! $ ! 1 1 1 1 $ ! $ 1 1 ! 1 1 1 1 ! $ 1 1 1 1 1 ! ! 1 1 1 1 1 й 1 и СР 1 1 3 Р ~ р Р ф 3 ~о о й аД СР С> С> Ю Ю й Ю ь У И х о.-б ~ о Я ~Х 3, йо Й С) Ф СЭ о р сО й о И о Синхро- импульсы Т=! с !с ВрЕмя Рис. б.З. Временная диаграмма дальномерного кода ГЛОНЛСС 67 общего стандарта частоты. Допустимый интервал между фронтами символов не превышает 6 нс. Использование ВТ-кода регламентируется Министерством обороны РФ, поэтому его структура официально не опубликована.
Навигационная информация структурирована в виде строк, кадров и суперкадров. Рассмотрим сначала структуру одной строки (структура кадра и суперкадра будет описана далее). В каждой двухсекундной строке навигационного сообщения в интервале времени 1,7 с передаются 85 двоичных символов длительностью 20 мс каждый. Поскольку используется относительная фазовая манипуляция, первый символ каждой строки начальный («холостой»).
Последние восемь символов в каждой строке являются проверочными символами кода Хемминга, позволяющими исправлять одиночный ошибочный символ и обнаруживать два ошибочных символа в строке. В конце двухсекундной строки передается метка времени (МВ) длительностью 0,3 с, позволяющая определять границы кодовых слов и их комбинаций, т. е. обеспечивающая строчную (цикловую) синхронизацию.
МВ представляет собой укороченную на адин сим- вол 31-символьную М-последовательность, порождающий полнном которой имеет вид й = ! + хз + хз. Меандр тактовои синхронизации добавляется в сигнал для ускорения тактовой (символьной) синхронизации. В принципе, информацию о тактовой частоте НИ можно извлечь из нее самой, фиксируя моменты смены знака модулнрующей последовательности, Проблема состоит в том, что в реальных информационных посылках символы 0 и 1 неравновсроятны и может возникнуть ситуация, когда знак посылки не меняется дли-гельное время. При суммировании по шод2 меандра с символами НИ образуют бидвоичный код, для которого характерно равномерное чередование символов, в том числе и при неизменном знаке информационных символов. В приемнике потребителя из бидвоичного кода вновь выделяется меандр, используемый в приемнике для символьной синхронизации, а навигационное сообщение восстанавливается путем повторного суммирования по шод2 выделенного меандра и бидаоичного кода.
Фронты меандра синхронизированы с высокой точностью с границами символов МВ и НИ. В свою очередь, границы символов НИ совпадают с передними фронтами дальномерной ПСП. Временные диаграммы, поясняющие формирование символов НИ и МВ, приведены на рис. 6.4. Кадр (длительность 30 с) содержит 15 строк. В составе каждого кадра передается полный объем оперативной НИ и часть альманахп системы. Оперативная НИ в кадре относится к НКА, излучающему навигационный радиосигнал, и содержит: признаки достоверности НИ в кадре; время начала кадра г„; эфемеридную информацию (ЭИ)— координаты и производные координат НКА в прямоугольной геоцентрической системе координат на момент времени гв (в литературе по спутниковой навигации текущий момент времени часто называют элохой [21), частотно-временные поправки (ЧВП) на момент времени ге в виде относительной поправки к несущей частоте навигационного радиосигнала и поправки к ШВ НКА; время гс, к которому «привязаны» ЭИ и ЧВП, кратно 30 мин и отсчитывается от начала суток.
Оперативная НИ используется потребителем в процессе определения собственных координат и вектора скорости. Альманах системы содержит: ° параметры орбиты, номер пары несущих частот и поправку к бортовой ШВ для каждого штатного НКА орбитальной группировки (24 НКА); ° время, к которому относится информация альманаха; Символы кода Рис.
б.4. Временные диаграммы формирования символов НИ в МВ ° поправку к ШВ системы относительно ШВ страны (погрешность поправки не более 1 мкс). Альманах системы необходим в АП для планирования сеанса навигации при выборе оптимального созвездия НКА н для прогноза доплеровского сдвига несущей частоты. Полный альманах передается в пределах суперкадра, который содержит 5 кадров. Объем суперкадра составляет 7500 бит, длительность передачи — 2,5 мин. В диапазоне 02 используемые в настоящее время НКА первой модификации излучают однокомпонентный сигнал, образуемый посредством фвзовой манипуляции несущей М-последовательностью ВТ-кода, без передачи НИ.
69 Е18С Е1 Е5Я Ез -7 +9 1243 1250 -7 +9 1598 !607 -7 +Я 20МГц 1202 1208 Двоичная ФМ 5,11/0,5Н МГц 1598,0625...1607,0625 МГц ЬР= 0,5625 МГц Двончная ФМ 1242,9375. 1249,9375 МГц 4,095 МГц 6Р'= 0,4375 МГц 1201,743...1208,511 ыгц е2/(1) = 7/Яе)/(0 ЛР = 0,423 МГц Е31(1) = 94/125ЕЩ) Рис. 6.5. Навигационные сигнаны ГЛОНАСС-К 70 В НКА ГЛОНАСС-М, вводимых в строй в настоящее время, излучаемый в диапазоне Е2 навигационный сигнал 1250 МГц так же, как сигнал диапазона Е1, содержит две ортогональных компоненты: М-последовательность с тактовой частотой 5,11 МГц (ВТ-код) и М-последовательность с тактовой частотой 511 кГц (СТ-юд).
Это позволит значительно повысить точность коммерческой АП за счет использования двухчастотного метода юмпенсации ионосферной погрешности. Значительное расширение ансамбля используемых сигналов запланировано в концепции модернизации сигналов ГЛОНАСС. Эта концепция предусматривает введение еще одного широкополосного (тактовая частота 4,095 МГц) сигнала с часвлоляиыяя разделением в диапазоне ЕЗ (1,2 ГГц), а также двух сигналов с кодовым разделением на частотах 1575,5 МГц (днапазон Е1) и 117б,5 МГц (диапазон Е5).
Эти сигналы состоят из двух компонент несущей частоты, расположенных в фазовых квадратурах относительно друг друга. Каждая компонента несущей модулируется отдельной битовой последовательностью по закону двоичной фазовой модуляции. На рис. б.5 приведен частотный план системы навигационных сигналов, планируемый для КА ГЛОНАСС-К. (Для наглядности спектры квадратурных компонент сигналов изображены в «ортогоиальных» плоскостях.) 6.3. Физические параметры сигналов СРЯ В отличие от ГЛОНАСС в ГНСС ОРБ изначально был заложен жл)овый метод разделения сигналов, излучаемых в пределах двух полос шириной 20,46 МГц на общих для всех НКА несущих частотах Х~ = 1572,42 МГц и 7з =- 1227,6 МГц.
Дальномерные коды для каждого НКА являются индивидуальными Несущие частоты обоих диапазонов формируются когерентно от общего синхронизатора, номинальная частота которого для наземного наблюдателя равна 10,23 МГц. Релятивистская поправка (см. выше) составляет — 4,5674.10 з Гц. Мощность бортовых передатчиков около 50 Вт (может несколько различаться для разных модификаций НКА). При этом мощность приаяпя.о сигнала для условий„описанных в разд. 6.2 (изотропная линейно поляризованная антенна с коэффициентом усиления +3 дБ, расположенная на земной поверхности, угол места НКА 5'), составляет -166...— 160 дБ. Многие параметры сигналов СРБ — потери на не- идеальность модуляции и фильтрации, мощность внеполосного излучения, фазовые шумы — практически совпадают с параметрами ГЛОНАСС (см.
раза. 6.1). Существенно различается лишь уровень внутрисистемных помех: для используемых в сигналах стандартной точности СРБ кодов Голда длиной 1023 элемента уровень первого бокового лепестка составляет — 21,6 дБ относительно максимума АКФ. Иными словами, уровень внутрисистемной помехи в ОРБ на 27 дБ выше, чем в ГЛОНАСС. 6.4. Структура навигационных сигналов и навигационных сообщений СРЯ Сигналы на частоте Е~ модулируются двумя ортогональными (сдвинутыми относительно фазы несущей на 90') ПСП, образованными путем суммирования по шод2 дальномерного када и информационной последовательностью, содержащей навигационное сообщение и другую служебную информацию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
