Шебшаевич В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы (2-е изд., 1993) (1151869), страница 14
Текст из файла (страница 14)
° Дь СТАТИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАДИОНАВИГАЦИОННОГО КАНАЛА СРНС Функционирование пассивной СРНС может быть описано последовательностью следующих операций: синхронизация генераторов всех НИСЗ системы с наземным эталоном; формирование навигационного кода, включающего дальномерный код, т. е. код измерения дальности [5)1, и служебную информацию; 59 14 = 14(у ~ гвг) ° Наблюдаемая величина че является ч, несущего информацию о РНП Х (4.!) смесью полезного сигнала и сообщениях н, шумов Трасса раслрволрслвния рариесиеналер ириенния лелгрееилгелл Г Лерерилгнил Г Рнс. 4Л.
Модель одного канала СРНС модуляция несущей навигационным кодом на всех НИСЗ системы; излучение навигационных сигналов всеми НИСЗ в установленном порядке; смещение излученных сигналов по времени и по частоте при их распространении по трассе НИСЗ-П; прием на П ансамбля сигналов от всех попадающих в зону радиовидимости спутников; выделение каждого сигнала из ансамбля; оцеиивание РНП и декодирование служебной информации по каждому НИСЗ; совместная обработка результатов измерений и выделенной информации по сигналам от всех НИСЗ и (на основании ее) выдача координат П и скорости их изменения. Статистическая модель одного канала СРНС (НИСЗ-П) изображена на рис. 4.1 в форме, принятой для описания радиоканалов [49; 59]. В отличие от системы связи радионавигационная информация (РНП) формируется пе на передающей стороне, а на трассе НИСЗ-П, при этом информация о дальности от П до НИСЗ содержится во временнбй задержке принятого сигнала относительно излученного (его модели— опорного генератора), а информация об относительной скорости П вЂ” в доплеровском смещении частоты принимаемого сигнала.
На рис. 4.! обозначено: 1), О, Ь, Л, Ч, г)ь Хг, 'ьЧ, à — соответственно пространства сообщений (служебной информации); дальномерных кодов; излучаемых навигационных сигналов; РНП; принимаемых радионавигационных сигналов; шумов; помех от соседних НИСЗ; наблюдений и решений; ц, 41, з, Х, ч, пп пг, чч, у — векторы перечисленных пространств; 11 — оператор манипуляции (модуляции) высокочастотной несущей информационным и дальномерным кодами; з = 1цц, б); 1г — оператор смещения излучаемых сигналов по частоте и по времени, он характеризует принимаемые сигналы; ч=!г(з, Л) =з(й Х); 1, — операгор преобразования принимаемых сигналов, шумов и помех в наблюдаемые сигналы; чч=)а (ч, пь пг)=чеггп1цгпа; !4 — оператор оценивания, характеризующий процесс формирования оценки у в приемном устройстве П по наблюдаемым величинам ьч: и помех от остальных НИСЗ.
Шумы обусловливают статистический характер задачи оцениваиия, поэтому решающее правило (4.1) выбирается по какому-либо статистическому критерию. Наиболее общим является критерий минимума среднего риска )с [59]: )т = ')ЦМ [1Г(у,)ь,н)] ))т()ь) Ф'(ц) Ф(у))ь,н) ЫТЮЫц, (4 2) илг где В'()ь), (й(ц) — априорные плотности вероятности радионавигационных параметров л и сообщений н; Щу(Л,н) — условная плотность вероятности оценки у при реализованных л и н; эг(ух л н) — функция потерь, в задачах измерения принимаемая обычно в виде квадратичной функции от разности измеренного и истинного значений [20], а в задачах выделения дискретной информации (обнаружения) [49] — простая функция потерь, равная нулю при всех правильных решениях и единице в остальных случаях; М вЂ” математическое ожидание.
Минимизируя выражение для среднего риска (4.2) по решающему. правилу !4 или по сигнальной функции 5, в принципе можно определить вид оптимального приемника и оптимальный сигнал. Однако в настоящее время известны решения только первой задачи, как наиболее легкой, н частные результаты решения второй задачи (см. $4.3). л.з.
АИАлиз тревовдний, предьяВляемых и сигнАПАм сРнс Рассмотрим сначала влияние требования обеспечения высоких точиостных характеристик по дальности и по скорости на выбор сигнала 5(Г). Изоестно [!, 20), что при ограниченной ширине занимаемой полосы оптимальным для измерения дальности будет сигнал 5(Г), спектр которого состоит из двух гармоник, расположенных на краях отведенной полосы частот. Однако такой сигнал не обеспечивает однозначности дальномерных измерений и неоптнмален для оценивания скорости, поскольку в последнем случае прн ограниченной длительности оптимальным являетси сигнал, вся энергии которого сосредоточена на краях временного интервала. Таким образом, для измерения дальности н скорости с высоной точностью па одному и тому же радиосигналу требуется одновременно увеличивать эффективную длительность н эффек.
тинную ширину спектра сигнале, что невыполнимо ллп простых сигналов и в той или иной мере реализуемо дли сигивлон сложной формы, называемых шуми. подобнымн (ШПС). Требования к достоверности выделяемой информации и к разделимости сигналов от разных НИСЗ также приводят к различным решениям, так как в первом случае в отличие от второго различаются сигналы с одинаковыми энергиями. Высокая точность определения координат и скорости П н минимальная аппаратурная сложность также несовместимы, поскольку для обеспечения высокой 6) точности необходима многоканальная вппаратура. Тем не менее существуют компромиссные решения. Можно, например, получить одновременно приемлемые точности по дальности и скорости при использовании ШПС, как указывалось ранее.
Минимальная аппаратурнан сложность и высокая точность дальномерных измерений за приемлемое время достигаются применением специальных дальномерных кодов и соответствующих процедур обработки пх в приемном устройстве !!7, 241. В 44Л на примерах типовых структур раднонавигаццонных сигналов для пассивных СРНС 1«Навстар», «Глонасс» и «Навсат») рассматриваются вопросы реализации компромиссных решений по удовлетворению требований, перечмсленных в $4УЬ в соответствии с назначением систем. 4.4.
ТИПОВЫЕ СТРУКТУРЫ СОВМЕЩЕННЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ПАССИВНЫХ СРНС Сигнал системы «Навстар» [136, 143, 148, 154]. И з м е р я е м ы е Р Н П. В системс применен дальномернодоплеровский способ местоопределения; измеряемыми радионавигационными параметрамн являются задержка и доплеровское смещение частоты принимаемого радионавигационного сигнала относительно его модели, формируемой' на П, поэтому выбран псевдошумовой ФМ сигнал, обеспечивающий высокую точность измерения обоих параметров. Исключ е н н е и о и о сфер н о й р еф р а к ци он ной о ш н б к и. Для этого в системе предусмотрено излучение радионавигационных сигналов на двух когерентных несущих частотах, каждая из'которых образуется умножением сиихрочвстоты 1023 МГц: 7~=1023.!54=157542 МГц; 1т=!023 120=, =1227,6 МГц.
Частотный разнос составляет 347,82 МГц или 28,3 о~й по отношению к частоте 7ь Сигнал, излучаемый на частоте 7з, служит для ионосферной коррекции результатов измерений по сигналу, излучаемому иа частоте ~ь В системе «Навстар» на частоте 11 предполагается излучать два сигнала, находящихся в квадратуре: труднообнаруживаемый для военных П и легкообнаружнваемый для гражданских. На частоте 1з предполагается излучать только труднообнаруживаемый сигнал, поэтому устранение ионосферной рефракционной погрешности предполагается только для военных П, имеющих высокоточную аппаратуру. Разделение излучений спутников.
Навигац и о н н ы е к о д ы. Каждый из сигналов, излучаемых на частотах и гз, представляет собой ФМ несущую, манипуляция которой выполняется навигационным кодом, труднообнаружнваемым для военных П и легкообнаруживаемым для гражданских (см. гл. 1).
В первом случае используется сложный псевдошумовой код, обеспечивающий высокую точность место- 62 определения, скрытность, защиту от искусственных помех. Разделение излучений НИСЗ вЂ” кодовое, каждый из них излучает свой навигационный код. Разделение сигналов одного и того же НИСЗ, излучаемых на частоте /ь фазовое (фазовый сдвиг и/2) . Навигационный код образуется из дальномерного кода н кода двоичной служебной информации 0 (с(а1а) путем их сложения по модулю 2. Легкообнаруживаемый дальномерный код С/А (с!еаг асс)ц!з!1!оп) — код пониженной точности — имеет. частоту синхронизации 1,023 МГц н период ! мс.
Высокоточный защищенный дальномерный код Р (рго1ес1еб) и излучаемый вместо него код )т (когда требуется препятствовать применению уводящей помехи при работе по 'сигналу Р) имеют одинаковую частоту синхронизации, равную ! 0,23 МГц, на порядок более высокую, чем у кода С/А. Поскольку код У образуется из кода Р н представляет собой криптозащищенный вариант высокоточно'- го кода, то далее будем использовать для сокращения записи'следующую символику: Р (или У) или Р(У), имея в виду, что излучается только один из сигналов — Р или К Тогда навигационные коды, передаваемые на частоте /ь есть Р(У) ® Щ0, С/А цт О. Фазовая диаграмма сигналов изображена на рис. 4.2.
Сигнал, излучаемый Е-м НИСЗ на частоте /ь можно представить в виде 5п~ (Е) = Ад ХР(Е) 0(Е) соз(со1Е+ гр) + А,Х6;(Е) 0~(Е) в!п(ьнЕ+ (р), где оз~ = 2л/ь гр — небольшой фазовый шум, образуемый за счет осцилляций и ухода частоты цезиевого или рубидиевого стандарта передатчика НИСЗ. Код Р ХР(Е) представляет собой псевдослучайную последовательность ~1 с периодом повторения приблизительно одна неделя. Коды данных 0з (Е) также имеют амплитуду ~1 прн скорости передачи 50 Гц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
