4. Навигационные радиосигналы (1151914), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

(4.13)

где – одиночный символ меандровой ПСП дальномерного кода.

Еще одной характеристикой BOC-сигналов является начальная фаза меандра относительно ПСП. По этому признаку различают синусную и косинусную меандровую модуляцию. В первом случае меандр описывается выражением , и обозначается как sinBOC, во втором – и обозначается как cosBOC (см.рис. 4.6).

Рис. 4.6 Временные диаграммы для ПСП, синусной и косинусной меандровых последовательностей и результирующих BOC (2,1) сигналов

Спектральные характеристики радиосигналов с меандровой ПСП могут быть получены путем преобразования Фурье от одиночной последовательности . Опуская промежуточные выкладки, воспользуемся результатами [37]:

Рис. 4.6 Энергетические спектры радионавигационных сигналов при различных видах модуляции

На рис. 4.6 приведены спектры сигналов ФМ-2 и BOC(1,1), формируемые от опорной частоты f_оп=1,023 МГц. Из рисунка следует, что за счет меандровой модуляции спектр навигационного сигнала расширяется, а основной пик (пики) АКФ становятся уже, соответственно, достигается более высокая потенциальная точность измерения задержки. При больших индексах модуляции максимумы спектра смещаются к краям полосы частот, т.е. сигнал приближается к «оптимальному» (см. выше). Одновременно, уменьшается уровень взаимных помех при функционировании в общей полосе частот навигационных систем, использующих традиционные и новые сигналы.

Сравним потенциальную точность оценки задержки при использовании сигналов с ФМ-2 и меандровой - BOC(m,n)- модуляцией, для чего рассчитаем величину среднеквадратической ширины спектра (4.2). Поскольку в реальном приемном устройстве входной сигнал фильтруется в радиочастотном тракте, имеющем конечную эквивалентную полосу пропускания , при фиксированном значении бесконечные пределы интегрирования в выражении (4.2) можно заменить на .

Тогда:

, (4.14)

или, с учетом замены переменной , что соответствует преобразованию сигнала на нулевую промежуточную, (видео) частоту.

, (4.15)

где  спектральная плотность мощности сигнала, преобразованного на нулевую промежуточную частоту.

Для оценки потенциальной точности оценки задержки с помощью сигналов ФМ-2 и BOC(1,1) подставим в формулу (4.15) выражения для их спектров. Для сигнала ФМ-2, приняв и введя обозначение , после несложных преобразований получаем:

, (4.16)

где  определенный интеграл (интегральный синус), .

Выполнив аналогичные вычисления для сигнала BOC(1,1), получаем:

(4.17)

Соответственно, потенциальный выигрыш в точности оценки задержки при использовании сигнала BOC(1,1):

. (4.18)

В частности, при k=4, т.е. когда используются главный и два боковых лепестка спектра, из формулы (4.18) получаем

.

Если же k приять равным 2, т.е. использовать только основой лепесток BOC(1,1), то выигрыш будет немного больше – порядка 6,6.

Аналогичным образом, можно оценить точность измерения радиальной скорости.

Наряду со спектральными характеристиками наглядной иллюстрацией различий между ФМ-2 и ВОС – сигналами могут служить их корреляционные функции . Сравним корреляционные функции сигналов ФМ-2, BOC(1,1) и BOC(1,2)

Для ФМ-2 корреляционная функция одиночного прямоугольного символа имеет вид [38]:

,

где – длительность символа.

Для сигналов с BOC-модуляцией АКФ может быть представлена в виде [ ]:

(4.19)

где - операция взятия целой части числа.

Из формулы (4.19) следует, что выражения для АКФ символа ПСП с модуляцией BOC(1,1) и BOC(1,2) имеют соответственно вид:

Нормированные АКФ сигналов ФМ-2 и BOC(1,1), а также ФМ-2 и BOC(2,1) изображены на рис. 4.8.

а b

Рис. 4.8 Нормированные корреляционные функции сигналов ФМ-2, BOC(1,1) (а) и ФМ-2, BOC(2,1) (b)

Как видно из рисунка, главный пик АКФ , по сравнению с , становится более острым, а сама функция приобретает более сложный – многомодальный и знакопеременный – характер. При этом АКФ ФМ-2 - сигнала играет роль «огибающей» для АКФ BOC –сигналов.

Таким образом, «платой» за выигрыш в точности измерения задержки распространения сигнала, приобретаемый при переходе от ФМ к BOC-сигналам, является усложнением дискриминаторов схемы слежения за задержкой, которые должны обеспечивать однозначное слежение за основным пиком и сводить к минимуму вероятность захвата ложных (боковых) пиков.

4.4.3 Комбинированные меандровые сигналы

Следующим шагом в развитии новых типов сигналов для ГНСС стала разработка дальномерных кодов на основе более сложных, по сравнению с рассмотренными, комбинированных (мультиплексированных) меандровых ПСП. Общепринятая классификация таких сигналов пока не выработана; обычно их делят на две группы [39].

• Мультипликативные меандровые ПСП (multiplexed BOC, MBOC);

• Альтернативные меандровые ПСП (аlternative BOC, AltBOC).

Рассмотрим основные особенности меандровых сигналов, относящихся к указанным группам.

1. Мультипликативные BOC сигналы

В настоящее время, в зависимости от принципа формирования, различают два типа MBOC сигналов:

- мультиплексированные во времени (time-multiplexed BOC, TMBOC);

- составные (composite BOC, CBOC).

Мультиплексированные во времени (TMBOC) сигналы получают за счет использования на одном периоде ПСП нескольких различных типов меандровых символов, последовательно сменяющих друг друга во времени.

Составные меандровые сигналы (CBOC-сигналы) формируются на основе составных меандровых символов . Такие символы представляют собой взвешенную сумму нескольких (обычно двух) меандровых символов различных видов:

, (4.19)

где , – меандровые символы соответствующих последовательностей; – весовые коэффициенты, удовлетворяющие нормировочному соотношению .

Примером CBOC может служить открытый навигационный сигнал диапазона L1 ГНСС Galileo. Данный сигнал получается взвешенным суммированием BOC(6,1) и BOC(1,1) и обозначается MBOC (6,1,1/11). Коэффициенты равны соответственно и , т.е.

.

Сигнал содержит две ортогональные компоненты, одна из которых несет навигационную информацию, а другая является пилот – сигналом (подробнее см. раздел №№). Энергетические спектры этих компонент одинаковы:

,

соответственно, спектр полного сигнала

.

Подводя итог, необходимо отметить, что основное достоинство мультипликативных меандровых сигналов состоит в том, что доля мощности составляющих, лежащих на краях их энергетического спектра, оказывается больше, чем у обычных BOC сигналов. Указанное обстоятельство приводит к улучшению характеристик приемного устройства, в частности, при работе в условиях сильного влияния многолучевости (подробнее см. раздел №№). Однако какие-либо однозначные рекомендации о предпочтительности использования MBOC или TMBOC в тех или ситуациях, в настоящее время отсутствуют.

2. Альтернативные BOC сигналы

Особенностью формирования альтернативных (AltBOC) меандровых сигналов заключается в использовании комплексного или комплексно-сопряженного меандрового колебания,

где , – косинусное и синусное меандровые колебания, описанные выше.

Таким образом, комплексная ПСП дальномерного сигнала определяется выражениями или .

При формировании AltBOC сигналов могут применяться как различные дальномерные ПСП , так и использоваться сумма комплексной и комплексно-сопряженной ПСП. Например, именно так задается модулирующая функция для AltBOC сигнала системы Galileo:

(4.20)

Как было показано выше, в случае обычных BOC сигналов, операция перемножения модулирующих функций навигационного сообщения , дальномерного кода и меандровой ПСП при четном приводит к «расщеплению» спектра на две части, расположенные симметрично выше и ниже несущей частоты. При формировании AltBOC сигналов с использованием комплексной ПСП спектр не расщепляется, но происходит его смещение в область более высоких частот и образуется только верхний лепесток. Если при формировании AltBOC сигнала используется комплексно-сопряженная ПСП, то смещение спектра происходит в область более низких частот и образуется только нижний лепесток.

Характеристики

Список файлов лекций