Яценков В.С. Основы спутниковой радионавигации (2003) (1151870), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Так как при фазовой манипуляции фаза информационных посылок может принимать значения 0 или л, то и разность фаз между соседними посылками также может равняться либо О, либо к: Глава 2 ка фазы во время (И)-той посылки возможен неправильный прием двух соседних символов.
С точки зрения помехозащищенности такой режим работы более предпочтителен. Как мы уже упоминали, одиночные ошибки достоверно обнаруживаются и исправляются при помощи корректирующих кодов. При приеме цифровой информации один информационный символ соответствует одному биту (разряду) информационного слова.
2.9.6. Синхронизация приемной части СНС Для выделения в приемнике последовательности двоичных символов навигационного сообщения необходимо точно определить границы символов, т.е. добиться наличия тактовой синхронизации. Но излучаемый спутником сигнал не содержит составляющую тактовой частоты, и информацию о тактовой частоте приходится выделять непосредственно из сигнала, в моменты смены знака модулирующих посылок. В эти моменты принимаемые символы меняют свой знак от 0 к 1 или наоборот. При наличии периодического чередования 0 и 1 можно достаточно быстро достичь тактовой синхронизации.
Но в реальных информационных последовательностях символы 0 и 1 имеют неравномерное распределение и может возникнуть ситуация, когда смена символов не происходит длительное время. В таком случае возрастает время синхронизации. Передача синхроимпульсов в СНС в явном виде невозможна в силу рассмотренных выше специфических требований к сигналам, но можно использовать дополнительный синхрокод, складывая его по модулю 2 с навигационными данными. В ГЛОНАСС применяется бидвоичный код с частотой 100 бод. При этом обеспечивается равномерное чередование переходов между 0 и 1, в том числе при передаче информационных последовательностей с одинаковыми символами.
Кроме тактовой синхронизации (синхронизация на физическом уровне) в приемнике необходимо определять границы кодовых слов или комбинаций слов. В качестве комбинации слов в ГЛОНАСС подразумеваются строки информационного сообщения, а ссютветствующая синхронизация называется цикловой синхронизацией. Для осуществления цикловой синхронизации применяется код метки времени. Все составляющие навигационного сигнала жестко связаны между собой во времени (коаерентны), так как формируются на осно- 90 Общие принципы функционирования спутниковых НС ве одного бортового синтезатора частоты. Сказанное справедливо как для 6РЯ ИАЧЯТАВ, так и для ГЛОНАСС.
2.10. Алгоритмы первичной обработки сигналов и извлечения информации Я;(~) = Ат;(г- т;) сов((во + 2я/д;)1+ ~р;], (2.44) где А — амплитуда сигнала; т;(1 — т) — модулирующая функция, опи- сывающая модуляцию дальномерным кодом и передачу навигаци- онного сообщения; у; — случайная начальная фаза сигнала.
91 Целью обработки сигналов и извлечения информации аппаратурой потребителя является выбор оптимального рабочего созвездия спутников и решение навигационной задачи (9 2.8). В общем случае, результатом решения навигационной задачи является определение вектора потребителя, состоящего из мгновенных координат и векторов их изменения по времени. Задача упрощается, если объект неподвижен или условно неподвижен на интервале времени наблюдения. Пространственное ускорение и линейная скорость объекта могут быть очевидным образом вычислены путем сравнения мгновенных координат объекта в моменты двух или большего числа измерений.
Высокие требования к нахождению пространственных координат объекта определяют необходимость в методах оптимальной обработки сигналов СНС. Синтез оптимальных систем оценивания координат базируется на теории оптимальной фильтрации [16, 19, 20). Параметры навигационного сигнала разделяют на информационные, из которых можно извлечь навигационную информацию; дополнительные, несущие дополнительную навигационную информацию и неинформационные. К информационным параметрам сигнала СНС относятся задержка сигнала т и доплеровское смещение частоты /~ Эти параметры непосредственно зависят от вектора потребителя. Неинформационными параметрами являются, например, амплитуда сигнала и плоскость поляризации излучения передающей антенны спутника.
Примером дополнительного параметра может являться дискретный параметр 6, несущий информацию модулирующей двоичной последовательности. Аддитивную помеху, на фоне которой происходит прием сигнала, как правило, считают белым гауссовским шумом с нулевым математическим ожиданием и спектральной плотностью А~ / 2. Сигнал от /-го навигационного спутника может быть описан соотношением Глава 2 Прием сигнала на фоне помехи по сути своей является фильтрацией информационных параметров сигнала на фоне помехи и неин формационных параметров.
Синтез оптимальной системы фильтрации заключается в построении такой системы, которая в результате наблюдений за входной реализацией в каждый текущий момент времени ~ формирует оценку вектора потребителя с минимальной дисперсией ошибки оценивания (2]. Существующие алгоритмы оптимальной фильтрации чрезмерно сложны для прямой обработки сигнала (2.44), поэтому процесс получения оценки вектора потребителя разбивают на два этапа— первичный и вторичный.
Как описано в (2], "...на этапе первичной обработки решается задача фильтрации радионавигационных параметров сигнала, а на этапе вторичной обработки вычисляются оценки вектора потребителя с использованием полученных на первом этапе оценок радионавигационных параметров и соответствующих навигационных функций..." Из теории оптимального приема известно (17, 19], что разность между истинным значением выделяемого параметра и его оценкой должна быть достаточно мала. Это означает, что существует необходимость захвата принимаемого сигнала и вхождение в режим слежения за фильтруемым параметром. В радионавигационных системах, как и в ряде других радиотехнических систем, практикуется реализация двух режимов: поиск сигнала и измерение (фильтрация) параметров. В режиме поиска осуществляется предварительная, грубая оценка параметров сигнала на уровне, достаточном для дальнейшего захвата и слежения.
В режиме фильтрации осуществляется точное измерение параметров сигнала. Задача поиска сигнала от ]-го спутника определяется [16 — 18], как задача оценки его параметров г и 1~, которые принимаются постоянными на интервале наблюдения и выбираются из конечной области значений. Как правило, возможные значения считаются равновероятными.
При оценке параметров сигнала СНС амплитуду А и фазу <р можно считать случайными неинформационными параметрами. В качестве критерия оптимальной оценки параметров чаще всего рассматривают максимум условной плотности распределения вероятности И/ наблюдаемой на интервале значений (О, Т] входной реализации Уот = 1у(1), М (О,Т$ при заданных значениях параметров: Х=гпах И/~УО ~Х), Общие принципы функционирования спутниковых НС т где Х = ~т Р(~ — информационные параметры сигнала. Можно показать [1], что условная плотность вероятности Иу'(то ~ Ч является монотонной функцией достаточной статистики Х (Т, Х), которая определяется соотношениями: Х'(Т ~) = Р(Т ~)+ О'(Т Х).
т 1(Т) ) = ) у(1)й(1- с) ссс((ис '- 2с1с )1)су; о ()(Т )) = ) у( 1))(1 — г) с)п ((ис + 2с(с ) 1) с2 о (2.46) Соответственно, выражение (2.45) можно записать в виде Х = гпах ' Х (Т, Х) . л (2.47) 93 Поиск решения для (2.47) подразумевает перебор всех возможных значений А из области определения. На практике оценки параметров т и 4) дискретизируют, присваивая им некоторые дискретные значения и условно полагая, что искомые значения параметров т и ~) также принимают дискретные значения. Пары значений т и Г), среди которых производится поиск, называют ячейками.
Шаг дискретизации при этом оптимизируется таким образом, чтобы разрыв между дискретным значением оптимальной оценки параметра и его действительным значением позволял войти в режим фильтрации. В качестве оптимальной оценки принимают те значения т и 4,), которым соответствует максимальное значение Х~(Т,Х) . При одновременном анализе всех возможных сочетаний задержки и доплеровского сдвига потребуется И,И~ параллельных каналов, где И вЂ” число дискретных значений соответствующего параметра. Очевидно, что практическая реализация полного параллельного поиска весьма затруднительна, поэтому применяют параллельно- последовательные или последовательные алгоритмы поиска, упрощающие аппаратную часть.
Кроме этого, вместо запоминания всех измеренных значений Х (Т,Х) для последующего выбора наибольшего из них, применяется алгоритм обнаружения сигнала в определенной ячейке (комбинации т и ~)) по пороговому принципу. Глава 2 Найденное при обработке сигнала значение Х~(Т,Х) сравнивается с пороговым и принимается решение о наличии сигнала.
При отсутствии сигнала анализируется следующая ячейка, а при наличии происходит переключение в режим сопровождения по т и 1О. Рассмотрим приведенную в [2] упрощенную схему устройства поиска (рис. 2.14). С выхода усилителя промежуточной частоты входной сигнал поступает на умножители, формирующие синфазную ! и квадратурную О составляющие. С у.го спутника на вход приемного устройства поступает сигнал с частотой Г„= 1О + ~~; В синтезаторе частот по команде блока управления устанавливается частота ~„, такая, что Ä— Гц. — — (,О, где („р— промежуточная частота УПЧ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
