Яценков В.С. Основы спутниковой радионавигации (2003) (1151870), страница 18
Текст из файла (страница 18)
В принципе, кодовая последовательность может быть извлечена с выхода любой ячейки регистра, но так как в каждом такте над содержимым ячеек регистра выполняется логическая операция, то эти выходы не равнозначны на периоде продолжительностью в и тактов. Если последовательность снимается не с выхода последней ячейки, то за и тактов с момента загрузки регистра не будет получена "чистая" М-последовательность, характерная для данного регистра.
Тем не менее, в некоторых случаях, в частности для достижения определенного вида автокорреляционной функции, оперируют сдвинутыми последовательностями, полученными с промежуточных ячеек. М-последовательности обладают свойством уравновешенности, которое состоит в том, что в периоде последовательности ( число нулей и единиц отличается на единицу: число единиц равно 2, а число нулей 2 — 1. Другим важным свойством является свойсгпво корреляции. Если 84 Общие принципы функционирования спутниковых НС М-последовательность почленно сравнивать с любым ее циклическим сдвигом на длительности периода, то число совпадений всегда меньше числа несовпадений на единицу: число несовпадений равно 2" ', а число совпадений 2 ' — 1.
Наконец, сумма по модулю 2 двух М-последовательностей, сдвинутых относительно друг друга, также является М-последовательностью. Работа сдвигового регистра с линейной обратной связью может быть описана математически при помощи порождающего полинома, который называют также характеристическим многочленом: В(х) =с„К+с ~~" + ...+с1х+1.
(2.40) Данный многочлен должен быть неприводимым (т.е. не представимым в виде произведения многочленов меньших степеней), и должен быть первообразным относительно двучлена х= + 1, т.е. многочлен (2-40) должен делить х + 1 без остатка. Из теории многочленов известно, что если характеристический многочлен является первообразным, то он является и неприводимым. Поиск неприводимых многочленов имеет большое значение для ряда прикладных задач в области радиотехники, в том числе радионавигации и помехоустойчивой связи.
При разработке радиотехнических систем используют готовые таблицы неприводимых многочленов. Рассмотрим корреляционные характеристики М-последовательностей. В приемнике навигационного сигнала происходит сравнение (вычисление корреляции) принимаемой последовательности с аналогичной опорной последовательностью, поэтому речь идет об автокорреляции. Периодическая авгпокор реляционная функция М-последовательности имеет боковые лепестки, равные — 1/~. и общий вид, показанный на рис. 2.12. Рис.
2.12. Периодическая автокорреляционная функция 85 Глава 2 Рис. 2.13. Рпериодическая автокорреляционная функция Типичный вид апериодической корреляционной функции М- последовательности приведен на рис. 2.13. Боковые пики апериодической корреляционной функции значительно больше, чем у периодической, и по максимальному значению близки к 1ДЕ. Статистические характеристики апериодической корреляционной функции близки к характеристикам случайных последовательностей, поэтому М-последовательности называют также псевдослучайными последовательносгпями (ПСП). 2.9.4.
Навигационные сообщения Каждый штатно функционирующий навигационный спутник передает навигационное сообщение, содержащее оперативную и неоперативную нввиаационную инФормацию. Эта информация предназначена как для проведения текущих навигационных определений, так и для планирования будущих сеансов приема. Оперативная информация относится к тому спутнику, с борта которого эта информация передается, и содержит следующие данные: координаты и параметры орбиты спутника в фиксированный момент времени (эфемериды); сдвиг шкалы времени спутника относительно системной шкалы; относительный сдвиг несущей частоты излучаемого сигнала от номинального значения; код метки времени, необходимый для синхронизации аппаратуры потребителя.
Неоперативная информация относится к СНС в целом и содержит альманах системы: данные о функциональном состоянии всех спутников (альманах состояния); сдвиг шкалы времени каждого спутника относительно системной шкалы (альманах фаз); 86 Общие принципы функционирования спутниковых НС параметры орбит всех спутников системы (альманах орбит); поправку к шкале времени относительно 0ТС. Навигационное сообщение передается в цифровом (двоичном) виде.
Аналоговые параметры подвергаются предварительной оцифровке путем квантования по уровню. Каждому значению уровня ставится в соответствие определенная двоичная комбинация. Причем не обязательно последовательным значениям уровня аналогового параметра соответствуют последовательные двоичные значения. Систему соответствия между значениями параметра и двоичными комбинациями называют кодом, а кодовую последовательность, полностью описывающую параметр, называют словом. Навигационное сообщение представляет собой непрерывный поток цифровой информации.
Кратко рассмотрим структуру навигационных сообщений СНС ГЛОНАСС и 6РЯ. Навигационное сообщение СНС ГЛОНАСС передается со скоростью 50 бод. Поток информации состоит из циклически повторяющихся сообщений (суперкадров) длительностью 2,5 мин. Объем сообщения — 7500 бит. В суперкадре передается полный объем неоперативной информации. Каждый суперкадр состоит из 5 кадров; каждый кадр состоит из 15 строк и включает в себя часть альманаха системы и полный объем оперативной информации для конкретного спутника. Строки, в свою очередь, разбиты на слова, каждое из которых занимает фиксированное место в строке и несет информацию о конкретном параметре. Строка содержит 100 бит информации.
Навигационное сообщение ЯР8 также передается со скоростью 50 бод и имеет аналогичную структуру информационного потока. Параметры потока следующие: длительность суперкадра 12,5 мин, объем сообщения 37500 бит. Суперкадр делится на 5 кадров по 5 строк каждый. Коды, применяемые для кодирования информации, могут быть просгпыми (нвизбыточными) или помехоустойчивыми (избыгпочными), В простых кодах для кодирования информации используются все возможные кодовые комбинации (или для передачи — все доступные разряды слова), поэтому ошибка при приеме лишь одного символа приводит к ошибке приема всего слова.
Это приводит к существенному снижению помехоустойчивости системы в целом. У помехоустойчивых кодов используются не все доступные кодовые комбинации. Оставшиеся комбинации (при передаче — дополнительные разряды) могут быть использованы для обнаружения и исправления ошибок. На практике наиболее часто применяют 87 Глава 2 двоичные равномерные корректирующие коды. В СНС используется блочная разновидность этих кодов, когда информация передается в виде независимых блоков одинаковой длины. Как правило, блоки являются разделимыми, т.е. состоят из двух частей — информационной и проверочной, во всех блоках занимающих одни и те же позиции.
Разделимые коды принято обозначать как (1ч„/г), где 1ч, — общее число разрядов в блоке, 1г — число информационных разрядов. Большинство разделимых кодов является линейными (систематическими), когда проверочная группа символов образуется линейными комбинациями информационных символов. Наиболее изучены циклические систематические коды, формирование которых мы рассмотрели в подпараграфе.2.9.3. В СНС ГЛОНАСС применяются циклические мзды Хэмминга, исторически появившиеся раньше многих других, и исправляющие одиночные ошибки в кодовом слове.
Коды Хэмминга характеризуются параметрами 1.~ = 2" — 1; /с = 2" — 1 — л. Корректирующим кодам присуща избыточность, вычисляемая, как и~ = (ń— 1)/1~. Число позиций, в которых кодовые комбинации имеют разные символы, называют расстоянием между двумя кодовыми комбинациями. Это расстояние может быть различным. Минимальное расстояние б „между кодовыми позициями называют кодовым расстоянием (расстоянием Хэмминга). Количество ошибок а, поддающихся обнаружению и исправлению, зависит от кодового расстояния.
Если код используется только для обнаружения ошибок, то необходимо и достаточно соблюдать соотношение с(„;„> а+ 1. Исправление ошибок требует наличия с(,;„~ 2а+ 1. 2.9.5. Модуляция сигнала навигационным сообщением После того, как навигационное сообщение сформировано, оно должно быть передано навигационным спутником при помощи модуляции одного из параметров радиосигнала. Как известно, модулировать радиосигнал можно по амплитуде, частоте и фазе. При выборе типа модуляции принципиальное значение имеет потенциальная помехоустойчивость.
Известно [17, 181, что наибольшей помехоустойчивостью обладают сигналы, взаимная корреляционная функция (2.26) которых равна — 1. Вероятность ошибочного приема таких сигналов на фоне белого шума Общие принципы функционирования спутниковых НС к где Ф(х) = — ~ е сй — интеграл вероятности; И~/2 — односторон- 1 р ~о няя спектральная плотность аддитивного шума.
В качестве противоположного сигнала широко применяются фазоманипулированные сигналы с изменением фазы на н. Для интервала времени (О, т,), где т, — длительность информационного символа, радиосигнал можно описать, как Я(1) = У~ сов(о~1+ бл+ ~р~) = 00~ сов(а~1+ ~р~); 6=~0,1$ 0=~1,-1~ (2.42) где 0 = 11,— 1) — информационный символ. После умножения принятого сигнала (2.42) на опорный сигнал 8ь(~) — сов(ган г+ Ч„), О, если д; = (р;, ~Ч = ~р~ Ч(-1~ = -~; — ( 1- л, если ~р; = <р;, + я (2.43) где д; — фаза ~той посылки, гр„1 — фаза предыдущей посылки.
Если перескок фазы произойдет точно на границе двух посылок, то неправильно будет принят лишь один символ; в случае переско- 89 где <рь — начальная фаза, происходит выделение постоянной составляющей ид = Иксов(<рь — гр~). Отсюда 0 = и~ /Иксов(~рь — <р~). Если фаза опорного сигнала неизменна на всем протяжении сеанса приема, то будет выделена однозначная последовательность информационных символов О. Но, если по какой-либо причине произойдет скачок фазы опорного сигнала на ~л, то знак выделяемых символов 0 изменится на обратный. Иными словами, потеря синхронизма фазы приводит к совершенно недопустимому явлению, так как последовательность информационных символов будет приниматься инверсно до следующего скачка.
От описанного недостатка свободен метод относигпельной фазовой модуляции (ОФМ). Суть метода состоит в том, что знак фазы каждого информационного символа определяется не относительно начальной для данного сеанса приема фазы, а относительно фазы предыдущего символа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
