Власов И.Б. Глобальные навигационные спутниковые системы (2008) (1151863), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Укрупненная структурная схема АП может быть представлена в виде, приведенном на рис. 7.1. Как следует из схемы, современная АП содержит следующие основные функциональные узлы. 1. Радиочастотный блок, обеспечивающий: ° прием сигналов НКА; Радиочастотный Рис. 7.1. Укрупненная структурная схема АП 78 их усиление и предварительную фильтрацию; .
аналого-цифровое преобразование сигналов на выходе приемника; ° формирование опорных, сиихронизирующих и других сигналов. 2. Процессор первичной обработки, решающий следующие основные задачи: ° оптимальную (согласованную) фильтрацию сигналов НКА, реализуемую с помощью многоканальной корреляционной обработки; . поиск и обнаружение си~капов выбранного созвездия НКА; .
слежение за сигналами и измерения РНП; ° демодуляцию навигационного сообщения. 3. Навигационный процессор, обеспечивающий: . декодирование навигационного сообщения; * решение основной навигационно-временной задачи — определение параметров ВС потребителя; ° управление режимами работы и параметрами как собственными, так и других узлов АП; ° контроль качества НВО и работоспособности аппаратуры; выполнение различных сервисных функций, зависящих от назначения аппаратуры и режима ее работы. Кроме того, в состав АП могут входить вспомогательные устройства: интерфейсные, управления и индикации, литания и др.
Приведенное выше разделение вычислительных средств АП на первичный и навигационный процессор отчасти является данью традиции и используется в основном в методических целях. В настоящее время активно яедутся разработки полностью программных навигационных приемников, в которых все функции первичного и навигационного процессоров реализуются в виде единого однозтапного алгоритма (разд.
7.4). Рассмотрим основные функции и принципы технической реализации перечисленных элементов АП. 7.1. Радиочастотный блок 7.1.1. Антенна Антенна АП решает две основные задачи: ° прием сигналов НКА (в идеале — всех радиовидимых в точке приема); ° режекцню помеховых сигналов, возникающих прн многолучевом распространении, а также помех от других источников. Поскольку требования, предъявляемые к антенне с позиций наилучшего решения указанных задач, противоречат друг другу, на практике используется следующий компромисс. ДН антенны формируется исходя нз того, что в рабочее созвездие целесообразно включать НКА, наблюдаемые под углами места 13 > 5'.
Меньшие углы места (так называемые «углы маски») считаются нерабочими, предполагается, что именно под этими углами находится большнн ство источников помех. Ниже приведена типовая зависимость от угла места 13 коэффициента усиления антенны 0 (относительно изот. ропного излучателя с круговой поляризацией): Угол места, Р Коэффнпиент усиления б, лБ 0...5' 5...10' 10...15' > 15' -7,5 ..-5 > -4,5 > -2,5 > -2 80 При этом коэффициент усиления антенны не должен зависеть от азимута — он должен оставаться постоянным во всем диапазоне углов 0...360'.
Чаще всего в АП использукгг простые в изготовлении и недорогие мнкрополосковые антенны, обладающие минимальными массогабаритными параметрами. Такая антенна состоит из двух плоских проводников, разделенных слоем диэлектрика. Нижний проводник заземлен (соединен с «массой» АП), верхний является излучателем. Антенна рассчитывается для работы на нижней резонансной моде, которая излучается, в основном, в направлении вертикальной оси. Диаграмма направленности этой антенны обеспечивает в верхней полусфере всенаправленный прием правой круговой поляризации.
Кроме микрополосковых, в специальных видах АП нашли применение спиральные, кольцевые, щелевые и другие виды антенн, в частности, фазированные антенные решетки. В последнем случае навигационный процессор осуществляет функцию управления положением ДН. Примеры конструкций АП приведены на рис. 7.2. Обычно антенный модуль АП вЂ” интегрированное устройство, в которое кроме собственно антенны входят устройство защиты входа (УЗ), малошумящий входной усилитель (МШУ) и полосовой фильтр (ПФ). Устройство защиты входа — нелинейный элемент, предотвращающий воздействие на последующие каскады сигналов с пиковой плотностью мощности 69 кВт/м~ и более в течение 10 мс, или непрерывного сигнала с плотностью мощности 348 Вт/мз.
Потери сигнала в УЗ не должны превышать 1 дБ. Коэффициент шума МШУ К,„не должен превышать 4 дБ (у современной аппаратуры обычно не более 2,5 дБ), коэффициент усиления составляет 26...30 дБ, что практически исключает влияние Рис. 7.2. Примеры конструкций антенн АП: а — пассивные микрополоековые антенны; 6 — антенна геодезической АП с поникеииым уровнем боковых лепестков; в — антенны систем иававеиия артиллерийских сиарялов; е — спиральная антенна е приемником лзумов последующих каскадов приемника на его итоговую чувствительность. Полосовой фильтр должен обеспечивать фильтрацию сигналов в полосе порядка 60 МГц (относительно несущей) и подавление помех и шумов, действующих вне указанной полосы.
допустимые потери в ПФ вЂ” не более 2 дБ, следовательно, общие потери в антенном модуле не превышают 3 дБ. 7.1.2. Приемное устройство Приемники АП строятся исключительно по супергетеродинной схеме, обычно с двухкратным преобразованием частоты. Первая промежуточная частота выбирается равной ! 00...200 МГц, вторая— 10...40 МГц. Полоса пропускания тракта устройства преобразования частоты (УПЧ) выбирается с учетом полной ширины спекгра навш.ационного сигнала, впторая для ГЛОНАСС составляет 14 МГц.
Сигналы всех НКА ГЛОНАСС усиливаются общим трактом, задача частотного разделения сигналов решается не в приемнике, а путем использования соответствующих опорных частот при оптимальной фильтрации. Оценим общий коэффициент усиления, который должен обеспечивать приемник АП. Известно 12], что стандартное значение мощности навигационного сигнала на входе приемника составляет — 1б1 дБВт. Спектральная плотность внутреннего шума приемника при К,„= -2,5 дБ равна -201,5 дБВт/Гц, соответственно мощность шума в полосе пропускания 14 МГц равна — 131 дБВт, а отношение сигнал/шум д = 101оя (Р„(РШ) = — 31 дБ. Таким образом, в широкополосном тракте приемника полезный сигнал имеет мощность в 1000 раз меньше, чем мощность собственно1о шума, на которую и следует ориентироваться при выборе коэффициента усиления приемника.
При этом руководствуются следующими соображениями. Сигнал с выхода приемника поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), стандартное значение порога срабатывания младшего разряда (7Ацп = 0,1...0,5 В; примем (7Ацг1 = 0,25 В. Из курса статистической радиотехники известно, что оптимальное значение порога квантования гауссовского шума близко к значению его среднего квадратического отклонения и, поэтому примем а = (Улцп = 0,25 В. Полагая, что мощность внутреннего шума, равная — 131 дБВт, рассеивается на нагрузке 50 Ом, нетрудно подсчитать, что для выполнения последнего равенства необходим коэффициент усиления приемника порядка 100 дБ. 7.
ЛЗ. Аналого-иифровой преобразователь Радиосигнал с выхода приемника поступает на вход АЦП„где подвергается дискретизации по времени и квантованию по уровню. Для сигнала ГЛОНАСС, ширина спектра которого (по первым нулям крайних сигналов) составляет 14 МГц, в соответствии с теоремой Котельникова для паласовых сигналов, минимальная частота дискретизации ~д = 14 МГц. На практике 7д обьшно выбирают Пороги Выходные коды 01 ОО 10 Рис.
7.3. Принцип работы двухбитиого АЦП несколько большей — порядка 40 МГц (это значение примерно соответствует минимальной частоте дискретизации сигнала, модулированного г".-кодом ОРИ). Для квантования по уровню в стандартной АП обычно используют одноуровневый (однобитный) или трехуровневый (двухбнтный) АЦП. В однобитном АЦП на выходе фиксируется лишь знак входного радиосигнала: Уеых = зал(Укх). В двухбитном АЦП используются три пороговых уровня — нулевой и расположенные симметрично относительно него уровни 1. и — 1., величина которых, как уже говорилось, выбирается из условия ~Х ~ = о .
Логику работы АЦП иллюстрирует рис. 7.3 121. 7.1.4. Опорный генератор и сингпезатор частот Опорный генератор вырабатывает сигнал, задающий шкалу времени АП. Из этого сигнала формируется сетка опорных частот, необходимых для работы различных узлов АП. Требования к стабильности опорного генератора в последние годы значительно ужесточились.
Если в конце 1990-х годов удовлетворительной считалась относительная нестабильность частоты порядка 1О т, которая обеспечивается обычным кварцевым генератором с несложной схемой термостабнлизации, то в настоящее время для ряда приложений 1АП высокодинамичных объектов, интегрированных инсрциально-спутниковых систем навигации и т. п.) требуется кратковременная относительная нестабильность порядка 1О 1 и ниже, что достигается применением генераторов со сложными системами частотной и фазовой автоподстройки и, естественно, приводит к удорожанию аппаратуры.
(Количественной характеристикой кратковременной от- 83 носительной нестабильности опорного генератора является дисперсия вторых приращений фазы; эта величина называется вариацией Алана) 12]. Следует иметь в виду, что при детальном исследовании влияния опорного генератора на правильную работу следящих систем АП приходится учитывать ие только относительную нестабильность частоты, но и более детальную характеристику — спектральную плотность фазовых шумов. Для современных стабилизированных опорных генераторов эта величина на частоте 1 Гц составляет — 50...— 80 дБ/Гц, на частоте 10 Гц — 70...— 125 дБ/Гц, на частоте 100 Гц — 1 00...— 140 дБ/Гц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
