Ипатов В. Широкополосные системы и кодовое разделение сигналов (2007) (1151883), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Имея высокую концентрацию свободных ионов и электронов из-за ионизирующего эффекта солнечного ультрафиолета и рентгеновского излучения, ионосфера является дисперсной средой, в которой дальномерный сигнал распространяется с иной скоростью, чем в свободном пространстве, приобретая некоторую дополнительную задержку. К сожалению, зту задержку невозможно рассчитать заранее по причине быстрых случайных флюктуаций параметров среды.
С другой стороны, обший характер зависимости ионосферной задержки от частоты хорошо аппроксимируется обратным квадратичным законом с неизвестным коэффициентом пропорциональности. Последний можно найти как единственную неизвестную уравнения, полученного вычитанием измеренных задержек идентичных сигналов на двух должным образом разнесенных частотах. После этого можно рассчитать ионосферную поправку и удалить ее из измеренной псевдодальности. На базе С/А-сигнала организована шкала позиционирования умеренной точности. Сам С/А-код есть последовательность Голда (см. подпара- граф 7.5.2) длины Ф = 1023 с длительностью чипа чуть менее 1 мкс, выбранной так, чтобы период сигнала в реальном времени составлял ровно 1 мс.
Очевидно, число (1025) существующих последовательностей Голда длины М = 1023 многократно превосходит необходимое для всех спутников СРЯ, так что используются лишь некоторые из них. Периодически повторяемые последовательности Голда постоянно передаются спутниками на частоте 1 1. Несмотря на жесткую синхронизацию всех спутников, расстояния между ними и потребителем меняются из-за их вращения, так что сигналы различных спутников приходят на приемную антенну с взаимными временными сдвигами, которые могут варьироваться в значительном диапазоне. Поскольку каждый спутник идентифицируется специфической последовательностью Голда, и сигналы всех спутников имеют низкий уровень асинхронных взаимных корреляций, приемник потребителя в состоянии отделить сигнал любого индивидуального спутника от остальных.
Другими словами, дальномерная шкала С/А космического сегмента СРБ является асинхронным вариантом СПМА на базе ансамбля Голда. Передача спутниковых координат (эфемерид), как и других необходимых данных (ухода часов спутника относительно системной шкалы СРБ, поправок на распространение, статуса спутника и др.), реализована в формате ПРС (см. ~ 7.1): поток битов данных со скоростью 50 бит/с бинарно манипулирует последовательность Голда, после чего манипулированный код Голда модулирует несущую 11. ~~~438 Глава 11. Примеры дебствуюших беспроводных широкополосных систем Таким образом, любой бит данных охватывает 20 периодов последовательности Голда, что теоретически нейтрализует деградацию корреляционных свойств ансамбля из-за манипуляции данными (см.
3 7.3). Минимальный пакет данных (кадр), необходимый для позиционирования, включает 1500 битов (30 с), структурированных в пять подкадров, содержащих по 300 битов каждый. Первые три подкадра повторяются без изменения (за исключением перезагрузки свежих данных) в каждом кадре, тогда как содержимое остальных меняется в течение суперкадра, охватывающего 25 кадров. Для повьппения надежности передачи поток данных кодируется (32,26) расширенным кодом Хэмминга. Важную группу данных, передаваемых в четвертом и пятом подкадрах, представляет альманах: приближенные прогнозы координат остальных спутников системы. Благодаря его присутствию потребитель, приняв сигнал одного спутника, располагает грубой оценкой положения остальных и может воспользоваться этими сведениями для ускорения поиска сигналов других спутников (см.
3 8.3). С/А-код обеспечивает стандартную точность позиционирования и бювозмездно доступен любому пользователю, владеющему приемником СРБ. Р-код адресован потребителям, нуждающимся в более точном местоопределении, и поэтому имеет длительность чипа в десять раз меньшую, чем С/А-код (менее 100 нс), или десятикратно более широкую полосу (см. подпараграф 2.12.2, чтобы освежить в памяти связь точности с полосой). Для осуществления описанного ранее двухчастотного метода компенсации ионосферной ошибки Р-код (ПРС-модулированный битовым потоком данных подобно С/А-коду) передается на обеих частотах 11 и 12, причем на несущей 11 С/А- и Р-сигналы уплотнены в квадратуре с 3-дБ превьппением первого. В свою очередь интенсивность сигнала Ь2 на 3 дБ ниже, чем Ы.
Структура Р-кода приведена в открытой документации СРБ. Он формируется посимвольным сложением по модулю 2 двух сверхдлинных бинарных последовательностей, отличающихся по длине на 37 чипов. Период получаемой последовательности составляет порядка 266 дней. Неперекрывающиеся 7-суточные (6,187104. 10ш чипов) сегменты этой последовательности приписаны как Р-коды различным спутникам. Министерство обороны США уполномочило дизайнеров СРЯ предусмотреть жесткую регламентацию доступа к Р-коду, считая, что его несанкционированное использование может создать угрозу национальной безопасности. Криптозащита Р-кода реализована его суммированием по модулю 2 с маской или ключом в виде %-кода, структура которого не разглашается. Результирующий У-код обладает весьма высокой степенью иммунитета к попыткам взлома (см.
пример 3.2). П.Ш. Г б р д .«. ОРЯ 439) 11.2.3. Обработка сигналов Основные операции в одночастотном (1 1) приемнике СРЯ типичны для любой широкополосной системы с ПРС. По завершении грубого поиска С/А-сигнала (см. ~ 8.2 и 8.3), поддержанного по возможности априорной информацией о положении спутника, петля АПЗ кода (см. ~ 8.4) замыкается и начинает выдавать последовательность оценок псевдодальности до спутника.
Как правило, современные СРЯ приемники содержат достаточно каналов для параллельной обработки С/А сигналов всех видимых спутников. После того, как найден и захвачен сигнал последнего используемого спутника, приемник готов к выдаче координат потребителя, которая может быть установившимся процессом, продолжающимся неограниченно долго в соответствии с волей потребителя.
Авторизованный пользователь выполняет далее те же операции для Р-кодов на обеих несущих, затрачивая лишь сравнительно малое время на поиск этих сигналов, поскольку в кадре данных сигнала 1 1 предусмотрено специальное слово, устанавливающее локальный генератор Р-кода в нужное начальное состояние. Во многих современных СРЯ приемниках эти базовые операции дополняются или замещаются другими, призванными повысить точность позиционирования, ускорить начальную временную привязку, удовлетворить особые запросы пользователя и пр. К примеру, можно улучшить точность за счет измерения псевдодальностей интегрированием несущей частоты принятого сигнала. Мгновенная доплеровская частота пропорциональна радиальной скорости спутника относительно пользователя.
Следовательно, интеграл от доплеровской частоты за некоторый промежуток времени пропорционален приращению расстояния между спутником и потребителем за тот же период. Стартовав из точки с точно известными координатами, приемник может далее позиционироваться, вычисляя интегралы от мгновенных частот сигналов видимых спутников, т. е. текущие аккумулированные дальности до последних. Более того, известны методы разрешения многозначности, делающие возможным местоопределение интегрированием частот даже без инициализации в стартовой точке [117, 118). Весьма популярен и вариант так называемого дифференциального или относительного позиционирования, идея которого состоит в следующем.
Пусть один из СРЯ приемников установлен в опорном пункте с точно известными координатами. Тогда, сравнив предвычисленные расстояния до спутников с измеренными, этот опорный приемник может определить систематические ошибки (смещения), обязанные системным погрешностям. Пусть теперь другой приемник располагается в точке с неизвестными ко- ~~~ 440 Глава 11. Примеры дейстпвуютиих беспроводных широкополосных систпем ординатами, удаленной от опорного пункта. Если длина базовой линии, т.е.
расстояние между опорным и удаленным приемниками,не слишком велика (например, в пределах десятков километров), систематические ошибки в опорном и удаленном пунктах имеют высокую корреляцию, так что удаленный приемник может вычесть смещение, оцененное опорным приемником, из измеренной псевдодальности, улучшив тем самым точность своего позиционирования.
Разумеется, подобнвл модификация системы должна включать линию связи для доставки данных опорного приемника удаленным пользователям. В настоящее время по всему миру организовано множество опорных пунктов с передачей дифференциальных поправок через ЧМ радиостанции, вещательные спутники, радиомаяки, сотовые сети, Интернет и пр. 1117, 118~. 11.2.4. Точность местоопределений При разработке СРЯ была запланирована точность позиционирования по С/А-коду, характеризуемая 95 %-ной вероятностью удержания ошибок в пределах 100 м в горизонтальном и 156 м в вертикальном направлениях. Аналогичные показатели для Р-кода прогнозировались как 16 м и 23 м соответственно. Однако с течением времени выяснилось что продвинутые приемники, предложенные многими производителями, обладают гораздо лучшими точностными показателями даже без привлечения Р-кода.
Это стало причиной беспокойства властных структур США, ответственных за национальную безопасность, вылившегося в 1990 году в декретирование режима селективного доступа. При этом в передаваемую спутниками эфемеридно-временную информацию вводились преднамеренные погрешности, значительно снижающие точность привязки. Последовавшая за этим декада была отмечена повсеместным проникновением в практику навигации дифференциальных методов, эффективно нейтрализующих подобные меры, так что режим селективного доступа утратил какой-либо смысл и был отменен в 2000 году. В настоящее время рынок оборудования СРЯ отличается широчайшим спектром предложений, рекламирующих точностные показатели в диапазоне от десятков метров до нескольких миллиметров и меньше. 11.2.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
