07. Навигационная аппаратура потребителя (1151892), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В состав ПО вторичной обработки входят также блоки управления первичной обработкой, а также для ввода и вывода необходимой информациии для решения сервисных задач.77.3. Принципы и устройства первичной обработки навигационнойинформацииСеанс НВО начинается с поиска сигнала в пространстве неизвестныхпараметров: задержки  и доплеровского сдвига Fд. В первых образцах АП,использовавших одноканальные приемники, задача поиска и обнаружениясигналов от необходимого числа НКА (4 и более), решалась путем последовательной настройки приемника на соответствующиелитерные частотыГЛОНАСС, либо путем перебора опорных последовательностей дальномерных кодов GPS. Однако оперативность и точность таких измерений не удовлетворяет современным требованиям. Поэтому в настоящее время приемники АП строятся исключительно как многоканальные, причем число параллельных каналов, реализующих (на аппаратном или программномуровне) процедуру поиска, обнаружения и оценки параметров сигнала, колеблется от 6…12 в несложных GPS приемниках, до 24 и более в совмещенных (ГЛОНАСС+ GPS) образцах АП.

Обработка сигнала каждого НКА приэтом осуществляется независимо, поэтому далее ограничимся рассмотрением путей решения этой задачи по одному НКА.Задача поиска сигнала в АП СРНС полностью укладывается в рамкиописанной выше классической трактовки: оптимальная процедура состоит впоиске пары значений Fд; , которой соответствует максимум апостериорной вероятности (АВ).

Неизвестные измеряемые параметры Fд. и  считаются независимыми случайными величинами, имеющими непрерывнуюплотность распределения. Априорные распределения этих величин считаются равномерными в интервалах соответственно 0  Fд  Fдmax; 0  с.Фаза принятого сигнала НКА на этапе поиска и обнаружения рассматривается как мешающий параметр и считается равномерно распределенной винтервале 0…2, поэтому обработка ведется в квадратурах.8Однако реализация процедуры поиска максимума АВ по непрерывному пространству параметров Fд; требует больших вычислительныхмощностей.Поэтому на практике в АП обычно используется квазиоптимальнаяпроцедура, получаемая из оптимальной путем перехода от непрерывного кдискретному множеству этих параметров, т.

е. считается, что параметры  иFд могут принимать только дискретные значения  i ; i  1,..., N иFj ; j  1,..., N f .Поиск по дискретному пространству параметров i , Fj  при этомсостоит в проверке гипотезы о наличии сигнала с параметрами (i , Fj) и реализуется путем сравнения с порогом решающей статистики (при оптимальной обработке – отношения правдоподобия или его логарифма), вычисленной при данном сочетании параметров.

Такая пороговая процедура проводится (последовательно, параллельно или последовательно-параллельно)по всему множеству i , Fj .Превышение порога при некотором сочетании параметров (i , Fj)позволяет утверждать, что параметры обнаруженного сигнала ( , Fд), принадлежат некоторой области (ячейке) пространства, примыкающей к точке(i , Fj):  [ i  i 1   i2; i  i 1   i2]. ; Fд  [ F j F j 1  F j2; Fj F j 1  F j2].Иными словам, одновременно с обнаружением сигнала мы получаем интервальную оценку его параметров.

Однако на практике обычно полагают, что     i  0, F  Fд  F j  0 , т.е. значения (i , Fj) принимают за точечнуюоценку параметров обнаруженного сигнала: ˆ   i ; Fˆ  F j .Отсюда следует, что если строить первичную обработку в виде единого алгоритма обнаружения - оценивания, то разбиение непрерывногомножества  , Fд на ячейки (i , Fj) должно производиться исходя из требуемой точности оценки параметров.

А именно, размер ячейки не должен9превышать максимально допустимой погрешности измерений. Однако, сточки зрения минимизации затрат времени и вычислительного ресурса такой вариант далек от оптимального.Проиллюстрируем сказанное следующим примером.Пусть требуется обеспечить измерения квазидальности с погрешностью порядка 15м, а скорости с погрешностью 0,1 м/с. Для этого необходимо измерять задержку  с погрешностью   50 нс., а Fд с погрешностьюпорядка F =1Гц. Число дискретных значений задержкиставляет N  =Nf= при этом со-TПСП 1мс=2  104 , а число значений доплеровского сдвига50нс2 Fmax 10кГц 104 .

Таким образом, общее число анализируемых комF1Гцбинаций ( ячеек) имеет порядок N  N f  2  108. Поиск и обнаружениеединственного сигнала при таком размере области неопределенности требует неоправданно больших затрат вычислительных мощностей и времени.Отсюда следует, что совмещение процедур поиска, обнаружения и точнойоценки параметров сигнала в едином алгоритме, с технической точки зрения, не является оптимальным.Поэтому в современной АП алгоритм первичной обработки строитсякак двухэтапный.

На первом этапе решается задача поиска и обнаружениясигнала на дискретном множестве параметров, число элементов которогоопределяется исходя из того, чтобы точность получаемых на этом этапеоценок обеспечивала возможность «захвата» измеряемых параметров следящими фильтрами, с помощью которых на втором этапе и производитсяих точная оценка (фильтрация). Иными словами, на этапе поиска и обнаружения точность оценок задается существенно ниже, чем требуемая итоговая точность. Рассмотрим более подробно схемотехнические решения, используемые в АП, построенной по такому принципу.7.3.1 Поиск и обнаружение сигнала10Упрощенная схема устройства поиска сигнала k-го НКА GPS приведена на рис.

7.3.ВходнойсигналNУПЧI1U 2  I 2  Q22NQ1Генераторкода ПСПСинтезаторчастотБлокуправлениясдвигом частотыБлокуправлениязадержкой кодаСумматорТнБлокуправленияпоискомПороговоеустройствоОпорныйгенераторРис. 7.3Сигнал с выхода УПЧ поступает на квадратурный коррелятор, состоящий из двух каналов – (Q) и (I), каждый из которых включает в себяумножитель и интегратор со сбросом. Обычно постоянная времениинтегратора Ти=ТПСП (см. ниже).Процедура поиска сигнала НКА начинается с того, что на синтезаторе частот устанавливается частота опорного гармонического колебания fснj,удовлетворяющая соотношениюfснj = fпр-F j, где fпр — промежуточная ча-стота.На выходе генератора кода ПСП (ГПСП) формируется последовательностьDk(t– i ), соответствующая дальномерному коду k-го НКА, за-держанному на величину  i , устанавливаемую блоком управления на основании прогноза положения НКА по данным альманаха.

ПоследовательностьDk(t– i ) умножается на сигнал с входа синтезатора. Полученное опорное колебание y(t )  Dk (t   i ) cos(2f снj t ) поступает на перемножитель канала (I), ачерез фазовращатель – на перемножитель канала (Q) .11В перемножителях (I), (Q)проиходит преобразованиие принятогосигнала на нулевую промежуточную частоту и образуется видесигналы,пропорциональне произведению трех сомножителей: модулирующей функций принятого сигнала; модулирующей функции синфазной (в канале Q ) или квадратурной(в канале I ) составляющей опорного сигнала; гармонических колебаний (биений) с частотой F  Fд  F j .Эти видеосигналы накапливаются в интеграторах и затем поступаютна устройство вычисления квадрата модуля U 2  Q 2  I 2 . Сумма значенийU12U 2 U n , полученных на n периодах ПСП, некогерентно накопленная22в сумматоре (см. ниже), поступает на пороговое устройство, в котором принимается решение об обнаружении или необнаружении сигнала.Обратим внимание, что строго оптимальная решающая статистика длярассматриваемой задачи имеет вид z (U )  ln I 0 (U ) .

Однако отношение Рс/Ршна выходе интегратора составляет  0дБ (см. ниже). При этом справедливоприближение ln I 0 (U )  U 2 , поэтому величина U2 может непосредственноиспользоваться для принятия решения.В случае обнаружения сигнала принимается решение о переходе врежим фильтрации РНП и декодирования навигационной информации. Приэтом полученные оценки РНП (ˆ; Fˆ ) используются в качестве начальныхусловий для соответствующих следящих фильтров. Если сигнал не обнаружен, принимается решение о продолжении процедуры поиска для очередного сочетания параметров (i+1;Fj+1), устанавливаемых соответственноблоком управления задержкой и блоком управления сдвигом частоты.Оценим количество комбинаций (ячеек) (i , Fj), которое целесообразно анализировать в таком устройстве для того, чтобы обеспечить минимальное время обнаружения сигнала при допустимых потерях в отношениисигнал /шум, обусловленных неидеальностью обработки.12Ширина спектра сигнала стандартной точности GPS составляет 2МГц (см.

раздел 5). Нетрудно рассчитать, что в этой полосе частот отношение сигал/шум при описанных выше параметрах сигнала НКА (см раздел 5)имеет порядок –30 дБ. В то же время известно, что для обнаружения сигнала с вероятностью D=0,5 при вероятности ложной тревоги  =10-4 минимальное (пороговое) отношение Рс/Рш составляет 7…8 дБ. Отсюда следует,что в процесс первичной обработки сигнала в АП необходимо накоплениесигнала, повышающее отношение сигнал/шум примерно на 40дБ.

Идеальная фильтрация (когерентное накопление) сигнала на интервале, равномдлительности дальномерной ПСП (1мс) повышает это отношение в N=1023раз, т.е. примерно до 0дБ. Дальнейшее накопление до требуемого отношения Рс/Рш обычно производится некогерентно, что позволяет при приемлемых потерях существенно упростить аппаратуру. Можно показать, что сучетом неидеальности процедур фильтрации, для достижения вышеуказанного порогового отношения сигнал/шум обычно достаточно некогерентнонакопить от трех до пяти ПСП, т.е.

длительность некогерентного накопления Тн  3…5 мс.Более сложная в реализации процедура когерентного накопления используется в тех случаях, когда необходимо полностью использовать энергию полезного сигнала. Максимальная длительность интервала, на которомфаза несущей остается постоянной, т.е. возможно когерентное накопление,равна длительности символа бидвоичного кода навигационной информации,т.е. составляет 10мс. Однако с учетом того, что на этапе обнаружения символьная синхронизация отсутствует, т.е. смена знака символа (фазы несущей) равновероятна в любой момент, интервал когерентного накоплениявыбирается равным половине длительности символа бидвоичного кода, т.е.

5мс.Будем считать, что поиск сигнала по времени осуществляется путемпоследовательного дискретного сдвига опорной ПСП на величину  с , равную длительности символа ПСП С/А кода GPS. Максимальное рассогласо13вание принятой и опорной ПСП при этом не превышает 0,5  с , соответственно потери на неидеальность фильтрации не превышают 3дБ, что считается допустимым. Таким образом, число дискретных значений задержки N  , при котором необходимо проводить поиск сигнала, равно длительности дальномерного кода N.Оценим число частотных полос (доплеровских каналов), на котороенеобходимо разбить диапазон доплеровских частот Fд для того, чтобы реализовать близкую к когерентной обработку сигнала на интервале времени,равном длительности ПСП (1мс).Будем исходить из того, что для j-го доплеровского канала, центральная частота которого F j наиболее близка к истинному значению Fд ,сдвиг фазы сигнала за время накопления ТПСП не должен превышать 600 (притаком фазовом сдвиге потери по сравнению с идеальной когерентной обработкой не превышают 1,5дБ).

Характеристики

Список файлов лекций