4. Навигационные радиосигналы (1151915), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

4.6 Энергетические спектры радионавигационных сигналов при различных видах модуляцииНа рис. 4.6 приведены спектры сигналов ФМ-2 и BOC(1,1), формируемые отопорной частоты fоп=1,023 МГц. Из рисунка следует, что за счет меандровой модуляции спектр навигационного сигнала расширяется, а основной пик (пики) АКФстановятся уже, соответственно, достигается более высокая потенциальная точность измерения задержки. При больших индексах модуляции максимумы спектрасмещаются 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 иновые сигналы.Сравним потенциальную точность оценки задержки при использовании сигналов с ФМ-2 и меандровой - BOC(m,n)- модуляцией, для чего рассчитаем величинусреднеквадратической ширины спектра f ск (4.2).

Поскольку в реальном приемномустройстве входной сигнал фильтруется в радиочастотном тракте, имеющем конечную эквивалентную полосу пропускания f ПЭ , при фиксированном значении f0бесконечные пределы интегрирования в выражении (4.2) можно заменить наf 0  f ПЭ / 2 .Тогда:f 0 f ПЭ /2f 2ск2f 2 ( f ) dff0 f ПЭ /2f 0 f ПЭ /2,(4.14)2( f ) dff0 f ПЭ /2или, с учетом замены переменной f ПЧ  f  f 0 , что соответствует преобразованию сигнала на нулевую промежуточную, (видео) частоту.f ПЭ /2f 2ск2 ( f ) 2 dff ПЧПЧПЧf ПЭ /2f ПЭ /2,(4.15) ( f ) 2 dfПЧПЧf ПЭ /2 ( f )  спектральная плотность мощности сигнала, преобразованного на нугде ПЧлевую промежуточную частоту.Для оценки потенциальной точности оценки задержки с помощью сигналовФМ-2 и BOC(1,1) подставим в формулу (4.15) выражения для их спектров. Для сигнала ФМ-2, приняв f оп  f c  1,023МГц и введя обозначение k  f ПЭ 2  f оп ,после несложных преобразований получаем:f2ФМk2f оп22,Si (2k )(4.16)xгдеsin(t )dtt0Si ( x )  определенныйинтеграл(интегральныйсинус),x3x5x7Si ( x )  x  ...

.3  3! 5  5! 7  7!Выполнив аналогичные вычисления для сигнала BOC(1,1), получаем:f2BOC3kf оп22(4.17)k2  2  (1)  11 Si (k )  Si (2k )  k2Соответственно, потенциальный выигрыш в точности оценки задержки прииспользовании сигнала BOC(1,1):3k2f BOC2fФМkf оп22k2  2  (1)  11 Si (k )  Si (2k ) k2f оп2k 22.(4.18)Si (2k )В частности, при k=4, т.е. когда используются главный и два боковых лепестка спектра, из формулы (4.18) получаем2f BOC2fФМk 43  Si (2k ) 6,32 .1Si (k )  Si (2k )2k 4Если же k приять равным 2, т.е. использовать только основой лепестокBOC(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 символаимеет вид [38]:1  ,    ,с,ФМ (  )    c 0 ,    с .где  с – длительность символа.Для сигналов с BOC-модуляцией АКФ может быть представлена в виде [ ]:( 1) 1 (1   ) ,   сcФМ (  )  ,  с 0, Nм   cгде   (4.19) ,* - операция взятия целой части числа.Из формулы (4.19) следует, что выражения для АКФ символа ПСП с модуляциейBOC(1,1) и BOC(1,2) имеют соответственно вид:31,   м ,c(1,1) (  )   1, м     с ,с0,   с . 1  3  ,    ,мc (2,1) (  )   1, м     с ,  с0,   с .Нормированные АКФ сигналов ФМ-2 и BOC(1,1), а также ФМ-2 и BOC(2,1)изображены на рис.

4.8.аbРис. 4.8 Нормированные корреляционные функции сигналов ФМ-2, BOC(1,1) (а) иФМ-2, BOC(2,1) (b)Как видно из рисунка, главный пик АКФ BOC (  ) , по сравнению с ФМ (  ) ,становится более острым, а сама функция приобретает более сложный – многомодальный и знакопеременный – характер. При этом АКФ ФМ-2 - сигнала играетроль «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 BOC (  ) и сводить кминимуму вероятность захвата ложных (боковых) пиков.4.4.3 Комбинированные меандровые сигналыСледующим 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 двегруппы [39]. Мультипликативные меандровые ПСП (multiplexed BOC, MBOC); Альтернативные меандровые ПСП (аlternative BOC, AltBOC).Рассмотрим основные особенности меандровых сигналов, относящихся куказанным группам.1. Мультипликативные BOC сигналыВ настоящее время, в зависимости от принципа формирования, различают дватипа 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CBOC (t ) .

Такие символы представляют собойвзвешенную сумму нескольких (обычно двух) меандровых символов различных видов:CBOC (t )  a11 (t )  a2  2 (t ) ,где1 (t ) ,(4.19) 2 (t ) – меандровые символы соответствующих последовательностей;a1 , a2 – весовые коэффициенты, удовлетворяющие нормировочному соотношениюa12  a22  1 .Примером CBOC может служить открытый навигационный сигнал диапазонаL1 ГНСС Galileo.

Данный сигнал получается взвешенным суммированием BOC(6,1)и BOC(1,1) и обозначается MBOC (6,1,1/11). Коэффициенты a1 , a2 равны соответственно 10 11 и 1 11 , т.е.CBOC (t ) 1011 (t ) 2 (t ) .1111Сигнал содержит две ортогональные компоненты, одна из которых несетнавигационную информацию, а другая является пилот – сигналом (подробнее см.раздел №№). Энергетические спектры этих компонент одинаковы: И ( f )  П ( f ) 101 BOC (1,1) ( f )   BOC ( 6,1) ( f ) ,1111соответственно, спектр полного сигнала11 CBOC ( f )   И ( f )   П ( f ) .22Подводя 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 обычныхBOC сигналов. Указанное обстоятельство приводит к улучшению характеристикприемного 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 сигналыОсобенностью формирования альтернативных (AltBOC) меандровых сигналов заключается в использовании комплексного Rк (t )  Rcos (t )  jRsin (t ) или комплексно-сопряженного Rк* (t )  Rcos (t )  jRsin (t ) меандрового колебания,где Rcos (t ) , Rsin (t ) – косинусное и синусное меандровые колебания, описанныевыше.Таким образом, комплексная ПСП дальномерного сигнала определяется выражениями Dк (t )  Gдк (t )Gнс (t ) Rк (t ) или Dк*t )  Gдк (t )Gнс (t ) Rк* (t ) .При формировании AltBOC сигналов могут применяться как различные дальномерные ПСП Gдк (t ) , так и использоваться сумма комплексной и комплексносопряженной ПСП.

Например, именно так задается модулирующая функция дляAltBOC сигнала системы Galileo:DAltBOC (t )  Dк (t )  Dк* (t )  Gдк1 (t )Gнс1 (t ) Rк (t )  Gдк 2 (t )Gнс 2 (t ) Rк* (t ) (4.20)Как было показано выше, в случае обычных BOC сигналов, операция перемножения модулирующих функций навигационного сообщения Gнс (t ) , дальномерного кода Gдк (t ) и меандровой ПСП R(t ) при четном N м приводит к «расщеплению» спектра на две части, расположенные симметрично выше и ниже несущей частоты. При формировании AltBOC сигналов с использованием комплекснойПСП спектр не расщепляется, но происходит его смещение в область более высоких частот и образуется только верхний лепесток. Если при формировании AltBOCсигнала используется комплексно-сопряженная ПСП, то смещение спектра происходит в область более низких частот и образуется только нижний лепесток.Важно, что навигационные сообщения, передаваемые в верхнем и нижнемлепестках спектра, также могут быть различными.

При этом потребитель может какпринимать раздельно каждую из компонент данного сигнала, так и обрабатыватьвесь сигнал «в целом». Подобная возможность является важным достоинством этого класса радиосигналов.В заключение необходимо отметить, что меандровые сигналы (BOC сигналы), по сравнению с традиционными, обладают рядом достоинств (точность, помехоустойчивость и т.д.), которые весь важны в реальных условиях функционирования ГНСС.4.5 Структура и характеристики сигналов ГНСС4.5.1 Физические характеристики навигационных сигналов ГЛОНАССНа этапе проектирования ГНСС ГЛОНАСС для передачи навигационных сигналовНКАбыливыбраныследующиедвадиапазоначастот:L11602,5625…1615,5625 МГц, и L2 1246,4375…1256,5000 МГц.

Однако, посколькууказанные диапазоны смыкаются и даже частично перекрываются с диапазонами рабочих частот систем спутниковой радиосвязи (1559,0...1610,0 МГц и 1215,0...1260,0МГц), воздушной радионавигации (1535,0…1559,0 МГц), а также с полосой частот,выделенной для нужд радиоастрономии (1610,6-1613,8 МГц), границы диапазоновсигналов ГЛОНАСС в конце 1990-х годов были «сдвинуты».

Характеристики

Список файлов лекций