Власов И.Б. ГНСС (studmaket) (1151932), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Èíûìè ñëîâàì, îäíîâðåìåí22íî ñ îáíàðóæåíèåì ñèãíàëà ïîëó÷àåì èíòåðâàëüíóþ îöåíêó åãî ïàðàìåòðîâ. Îäíàêî íà ïðàêòèêå îáû÷íî ïîëàãàþò, ÷òî ∆τ = τ − τi ≈ 0,∆F = FÄ − F j ≈ 0, ò. å. çíà÷åíèÿ (τi; Fj) ïðèíèìàþò çà òî÷å÷íóþîöåíêó ïàðàìåòðîâ îáíàðóæåííîãî ñèãíàëà: τˆ = τi ; Fˆ = F j . Îòñþäàñëåäóåò, ÷òî åñëè ñòðîèòü ïåðâè÷íóþ îáðàáîòêó â âèäå åäèíîãî àëãîðèòìà îáíàðóæåíèÿ-îöåíèâàíèÿ, òî ðàçáèåíèå íåïðåðûâíîãî ìíîæåñòâà {τ; FÄ} íà ÿ÷åéêè (τi; Fj) äîëæíî ïðîèçâîäèòüñÿ èñõîäÿ èçòðåáóåìîé èòîãîâîé òî÷íîñòè îöåíêè ïàðàìåòðîâ: ðàçìåð ÿ÷åéêèíå äîëæåí ïðåâûøàòü ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîé ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé.
Ñ òî÷êè çðåíèÿ ìèíèìèçàöèè çàòðàò âðåìåíè è âû÷èñëèòåëüíîãî ðåñóðñà, òàêîé âàðèàíò äàëåê îò îïòèìàëüíîãî.Ïðîèëëþñòðèðóåì ñêàçàííîå ñëåäóþùèì ïðèìåðîì. Ïóñòü òðåáóåòñÿ îáåñïå÷èòü èçìåðåíèÿ êâàçèäàëüíîñòè ñ ïîãðåøíîñòüþ ïîðÿäêà 15 ì, à ñêîðîñòè ñ ïîãðåøíîñòüþ 0,1 ì/ñ. Äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìî èçìåðÿòü çàäåðæêó τ ñ ïîãðåøíîñòüþ ∆τ ≈ 50 íñ, à FÄ ñïîãðåøíîñòüþ ïîðÿäêà ∆F = 1 Ãö. ×èñëî äèñêðåòíûõ çíà÷åíèé çàT1 ìñ= 2 ⋅ 104 , à ÷èñëîäåðæêè τ ïðè ýòîì ñîñòàâëÿåò N τ = ÏÑÏ =50 íñ∆τ2F10 êÃö= 104. Òàêèìçíà÷åíèé äîïëåðîâñêîãî ñäâèãà N f = max =1 Ãö∆Fîáðàçîì, îáùåå ÷èñëî àíàëèçèðóåìûõ êîìáèíàöèé (ÿ÷ååê) èìååòïîðÿäîê Nτ Nf = 2⋅108.
Ïîèñê è îáíàðóæåíèå åäèíñòâåííîãî ñèãíàëà ïðè òàêîì ðàçìåðå îáëàñòè íåîïðåäåëåííîñòè òðåáóåò íåîïðàâäàííî áîëüøèõ çàòðàò âû÷èñëèòåëüíûõ ìîùíîñòåé è âðåìåíè.Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî ñîâìåùåíèå ïðîöåäóð ïîèñêà, îáíàðóæåíèÿ è òî÷íîé îöåíêè ïàðàìåòðîâ ñèãíàëà â åäèíîì àëãîðèòìå, ñòåõíè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ, íå ÿâëÿåòñÿ îïòèìàëüíûì. Ïîýòîìó âñîâðåìåííîé ÀÏ àëãîðèòì ïåðâè÷íîé îáðàáîòêè, â ñâîþ î÷åðåäü,äåëèòñÿ íà äâà ýòàïà.
Íà ïåðâîì ýòàïå ðåøàåòñÿ çàäà÷à ïîèñêà èîáíàðóæåíèÿ ñèãíàëà íà äèñêðåòíîì ìíîæåñòâå ïàðàìåòðîâ, ÷èñëîýëåìåíòîâ êîòîðîãî îïðåäåëÿåòñÿ èñõîäÿ èç òîãî, ÷òîáû òî÷íîñòüïîëó÷àåìûõ íà ýòîì ýòàïå îöåíîê îáåñïå÷èâàëà âîçìîæíîñòü «çàõâàòà» èçìåðÿåìûõ ïàðàìåòðîâ ñëåäÿùèìè ôèëüòðàìè, ñ ïîìîùüþêîòîðûõ íà âòîðîì ýòàïå è ïðîèçâîäèòñÿ èõ òî÷íàÿ îöåíêà (ôèëüòðàöèÿ). Èíûìè ñëîâàìè, íà ýòàïå ïîèñêà è îáíàðóæåíèÿ òî÷íîñòü88îöåíîê çàäàåòñÿ ñóùåñòâåííî íèæå, ÷åì òðåáóåìàÿ èòîãîâàÿ òî÷íîñòü. Ðàññìîòðèì áîëåå ïîäðîáíî ñõåìîòåõíè÷åñêèå ðåøåíèÿ, èñïîëüçóåìûå â ÀÏ, ïîñòðîåííîé ïî òàêîìó ïðèíöèïó.7.2.3. Óñòðîéñòâà ïîèñêà è îáíàðóæåíèÿ ñèãíàëàÂàæíåéøåé îïåðàöèåé, âûïîëíÿåìîé ïðè ïîèñêå è îáíàðóæåíèè ñèãíàëà, ÿâëÿåòñÿ åãî îïòèìàëüíàÿ (ñîãëàñîâàííàÿ) ôèëüòðàöèÿ.
 ÀÏ ýòà îïåðàöèÿ òðàäèöèîííî âûïîëíÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ êîððåëÿöèîííîé îáðàáîòêè, ïîýòîìó áàçîâûì ýëåìåíòîì óñòðîéñòâàïîèñêà è îáíàðóæåíèÿ ñèãíàëà ÿâëÿåòñÿ ìíîãîêàíàëüíûé êîððåëÿòîð.  çàâèñèìîñòè îò òîãî, êàêèå ñèãíàëû ïîñòóïàþò íà âõîäûêîððåëÿòîðà, ìîæåò áûòü ðåàëèçîâàíà êàê êîãåðåíòíàÿ, òàê è íåêîãåðåíòíàÿ îáðàáîòêà.Óïðîùåííàÿ ñõåìà íåêîãåðåíòíîãî óñòðîéñòâà ïîèñêà ñèãíàëàÍÊÀ ïðèâåäåíà íà ðèñ. 7.4. Ñèãíàë ñ âûõîäà óñòðîéñòâà ïðåîáðàçîâàíèÿ ÷àñòîòû (ÓÏ×) ïîñòóïàåò íà êâàäðàòóðíûé êîððåëÿòîð, ñîñòîÿùèé èç äâóõ êàíàëîâ Q è I, êàæäûé èç êîòîðûõ âêëþ÷àåò â ñåáÿóìíîæèòåëü è íàêàïëèâàþùèé ñóììàòîð ñî ñáðîñîì.
Âðåìÿ íàêîïëåíèÿ â ñóììàòîðå Tí ÷àùå âñåãî âûáèðàåòñÿ êðàòíûì ïåðèîäó ÒÏÑÏ.Ðèñ. 7.4. Óïðîùåííàÿ ñõåìà óñòðîéñòâà ïîèñêà ñèãíàëà89Ïðîöåäóðà ïîèñêà ñèãíàëà ÍÊÀ íà÷èíàåòñÿ ñ òîãî, ÷òî íà îñíîâàíèè ïðîãíîçà ïîëîæåíèÿ è ïàðàìåòðîâ äâèæåíèÿ ÍÊÀ ïî äàííûìàëüìàíàõà âûáèðàåòñÿ íåêîòîðàÿ ïàðà àïðèîðíûõ çíà÷åíèé (τi, Fj).Ñîîòâåòñòâåííî, íà ñèíòåçàòîðå ÷àñòîò óñòàíàâëèâàåòñÿ ÷àñòîòàîïîðíîãî ãàðìîíè÷åñêîãî êîëåáàíèÿ fñí j, óäîâëåòâîðÿþùàÿ ñîîòíîøåíèþ fñí j = fïð Fj, ãäå fïð ïðîìåæóòî÷íàÿ ÷àñòîòà, Fj àïðèîðíîå çíà÷åíèå äîïëåðîâñêîãî ñäâèãà.Íà âûõîäå ãåíåðàòîðà êîäà ÏÑÏ ôîðìèðóåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü Dk (t τi), ñîîòâåòñòâóþùàÿ äàëüíîìåðíîìó êîäó k-ãî ÍÊÀ,çàäåðæàííîìó íà âåëè÷èíó τi.
Ïîñëåäîâàòåëüíîñòü Dk (t τi) óìíîæàåòñÿ íà ñèãíàë ñ âõîäà ñèíòåçàòîðà. Ïîëó÷åííîå îïîðíîå êîëåáàíèå y (t ) = Dk (t − τi ) cos (2π fñí j t ) ïîñòóïàåò íà ïåðåìíîæèòåëü êàíàëà I, à ÷åðåç ôàçîâðàùàòåëü íà ïåðåìíîæèòåëü êàíàëà Q. ïåðåìíîæèòåëÿõ I è Q ïðîèõîäèò ïðåîáðàçîâàíèå ïðèíÿòîãîñèãíàëà íà íóëåâóþ ïðîìåæóòî÷íóþ ÷àñòîòó è îáðàçóþòñÿ âèäåîñèãíàëû, ïðîïîðöèîíàëüíûå ïðîèçâåäåíèþ òðåõ ñîìíîæèòåëåé: ìîäóëèðóþùåé ôóíêöèè ïðèíÿòîãî ñèãíàëà; ìîäóëèðóþùåé ôóíêöèè ñèíôàçíîé (â êàíàëå Q) èëè êâàäðàòóðíîé (â êàíàëå I ) ñîñòàâëÿþùåé îïîðíîãî ñèãíàëà; ãàðìîíè÷åñêèõ êîëåáàíèé (áèåíèé) ñ ÷àñòîòîé ∆F = FÄ Fj.Ýòè âèäåîñèãíàëû íàêàïëèâàþòñÿ â ñóììàòîðàõ è çàòåì ïîñòóïàþò íà óñòðîéñòâî âû÷èñëåíèÿ êâàäðàòà ìîäóëÿ U 2 = Q 2 + I 2.
Ñóììà çíà÷åíèé U12, U22, U32, ïîëó÷åííûõ íà n ïåðèîäàõ ÏÑÏ, íåêîãåðåíòíî íàêîïëåííàÿ â ñóììàòîðå, ïîñòóïàåò íà ïîðîãîâîå óñòðîéñòâî, â êîòîðîì ïðèíèìàåòñÿ ðåøåíèå ëèáî îá îáíàðóæåíèè ñèãíàëàñ äàííûìè çíà÷åíèÿìè (τi, Fj), ëèáî îá åãî îòñóòñòâèè*.Ïðè îáíàðóæåíèè ñèãíàëà ïðèíèìàåòñÿ ðåøåíèå î ïåðåõîäå âðåæèì ôèëüòðàöèè ÐÍÏ è äåêîäèðîâàíèÿ íàâèãàöèîííîé èíôîðìàöèè. Ïðè ýòîì ïîëó÷åííûå îöåíêè ÐÍÏ (τˆ ; Fˆ ) èñïîëüçóþòñÿ âêà÷åñòâå íà÷àëüíûõ óñëîâèé äëÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ñëåäÿùèõ ôèëüòðîâ. Åñëè ñèãíàë íå îáíàðóæåí, ïðèíèìàåòñÿ ðåøåíèå î ïðîäîëæåíèè ïðîöåäóðû ïîèñêà äëÿ î÷åðåäíîãî ñî÷åòàíèÿ ïàðàìåòðîâ(τi+1, Fj+1), óñòàíàâëèâàåìûõ ñîîòâåòñòâåííî áëîêîì óïðàâëåíèÿ çàäåðæêîé è áëîêîì óïðàâëåíèÿ ñäâèãîì ÷àñòîòû.Îöåíèì êîëè÷åñòâî êîìáèíàöèé (ÿ÷ååê) (τi, Fj), êîòîðîå öåëåñîîáðàçíî àíàëèçèðîâàòü â òàêîì óñòðîéñòâå äëÿ òîãî, ÷òîáû îáåñïå*Còðîãî îïòèìàëüíàÿ ðåøàþùàÿ ñòàòèñòèêà äëÿ ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷è èìååò âèä z(U ) = ln I0(U).
Îäíàêî îòíîøåíèå Ðñ /Ðø íà âûõîäå èíòåãðàòîðà ñîñòàâëÿåò∼ 0 äÁ (ñì. íèæå). Ïðè ýòîì ñïðàâåäëèâî ïðèáëèæåíèå ln I0(U) ≈ U 2, ïîýòîìó âåëè÷èíà U 2 ìîæåò íåïîñðåäñòâåííî èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïðèíÿòèÿ ðåøåíèÿ.90÷èòü ìèíèìàëüíîå âðåìÿ îáíàðóæåíèÿ ñèãíàëà ïðè äîïóñòèìûõ ïîòåðÿõ â îòíîøåíèè ñèãíàë/øóì, îáóñëîâëåííûõ íåèäåàëüíîñòüþ îáðàáîòêè.Êàê áûëî ïîêàçàíî âûøå, îòíîøåíèå ñèãàë/øóì íà âûõîäå ïðèåìíèêà èìååò ïîðÿäîê 30 äÁ.  òî æå âðåìÿ èçâåñòíî, ÷òî äëÿîáíàðóæåíèÿ ñèãíàëà ñ âåðîÿòíîñòüþ D = 0,5 ïðè âåðîÿòíîñòè ëîæíîé òðåâîãè α = 10 4 ìèíèìàëüíîå (ïîðîãîâîå) îòíîøåíèå Ðñ /Ðøñîñòàâëÿåò 7 8 äÁ.
Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî â ïðîöåññå ïåðâè÷íîé îáðàáîòêè ñèãíàëà â ÀÏ íåîáõîäèìî íàêîïëåíèå ñèãíàëà, ïîâûøàþùåå îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì ïðèìåðíî íà 40 äÁ. Èäåàëüíàÿ ôèëüòðàöèÿ (êîãåðåíòíîå íàêîïëåíèå) ñèãíàëà íà èíòåðâàëå, ðàâíîìäëèòåëüíîñòè äàëüíîìåðíîé ÏÑÏ (1 ìñ), ïîâûøàåò ýòî îòíîøåíèåâ N = 1023 ðàç, ò. å. ïðèìåðíî äî 0 äÁ. Äàëüíåéøåå íàêîïëåíèå äîòðåáóåìîãî îòíîøåíèÿ Ðñ /Ðø îáû÷íî ïðîèçâîäèòñÿ íåêîãåðåíòíî,÷òî ïîçâîëÿåò ïðè ïðèåìëåìûõ ïîòåðÿõ ñóùåñòâåííî óïðîñòèòüàïïàðàòóðó. Ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî ñ ó÷åòîì íåèäåàëüíîñòè ïðîöåäóð ôèëüòðàöèè äëÿ äîñòèæåíèÿ âûøåóêàçàííîãî ïîðîãîâîãî îòíîøåíèÿ ñèãíàë/øóì, îáû÷íî äîñòàòî÷íî íåêîãåðåíòíî íàêîïèòüîò òðåõ äî ïÿòè ÏÑÏ, ò.
å. äëèòåëüíîñòü íåêîãåðåíòíîãî íàêîïëåíèÿ Òí ≈ 3 5 ìñ.Áîëåå ñëîæíàÿ â ðåàëèçàöèè ïðîöåäóðà êîãåðåíòíîãî íàêîïëåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ â ñëó÷àÿõ, êîãäà íåîáõîäèìî ïîëíîñòüþ èñïîëüçîâàòü ýíåðãèþ ïîëåçíîãî ñèãíàëà. Ìàêñèìàëüíàÿ äëèòåëüíîñòü èíòåðâàëà, íà êîòîðîì ôàçà íåñóùåé îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé, ò. å. âîçìîæíî êîãåðåíòíîå íàêîïëåíèå, äëÿ GPS ðàâíà äëèòåëüíîñòèñèìâîëà ÍÈ (20 ìñ), à äëÿ ÃËÎÍÀÑÑ äëèòåëüíîñòè ñèìâîëà áèäâîè÷íîãî êîäà (10 ìñ). Îäíàêî ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî íà ýòàïå îáíàðóæåíèÿ ñèìâîëüíàÿ ñèíõðîíèçàöèÿ îòñóòñòâóåò, ò.
å. ñìåíà çíàêà ñèìâîëà (ôàçû íåñóùåé) ðàâíîâåðîÿòíà â ëþáîé ìîìåíò, èíòåðâàë êîãåðåíòíîãî íàêîïëåíèÿ âûáèðàåòñÿ ðàâíûì ïîëîâèíå äëèòåëüíîñòèñèìâîëà (äëÿ GPS 10 ìñ, äëÿ ÃËÎÍÀÑÑ 5 ìñ).Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî ïîèñê ñèãíàëà ïî âðåìåíè îñóùåñòâëÿåòñÿïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî äèñêðåòíîãî ñäâèãà îïîðíîé ÏÑÏ íà âåëè÷èíó τc, ðàâíóþ äëèòåëüíîñòè ñèìâîëà ÏÑÏ Ñ/À-êîäà GPS.
Ìàêñèìàëüíîå ðàññîãëàñîâàíèå ïðèíÿòîé è îïîðíîé ÏÑÏ ïðè ýòîì íåïðåâûøàåò 0,5τc, ñîîòâåòñòâåííî ïîòåðè íà íåèäåàëüíîñòü ôèëüòðàöèè íå ïðåâûøàþò 3 äÁ, ÷òî ñ÷èòàåòñÿ äîïóñòèìûì. Òàêèì îáðàçîì, ÷èñëî äèñêðåòíûõ çíà÷åíèé çàäåðæêè Nτ, ïðè êîòîðîì íåîáõîäèìî ïðîâîäèòü ïîèñê ñèãíàëà, ðàâíî äëèòåëüíîñòè äàëüíîìåðíîãî êîäà N.91Îöåíèì ÷èñëî ÷àñòîòíûõ ïîëîñ (äîïëåðîâñêèõ êàíàëîâ), íà êîòîðîå íåîáõîäèìî ðàçáèòü âåñü äèàïàçîí äîïëåðîâñêèõ ÷àñòîò ∆FÄäëÿ òîãî, ÷òîáû ðåàëèçîâàòü áëèçêóþ ê êîãåðåíòíîé îáðàáîòêó ñèãíàëà íà èíòåðâàëå âðåìåíè, ðàâíîì äëèòåëüíîñòè ÏÑÏ (1 ìñ).Áóäåì èñõîäèòü èç òîãî, ÷òî äëÿ j-ãî äîïëåðîâñêîãî êàíàëà, öåíòðàëüíàÿ ÷àñòîòà êîòîðîãî Fj íàèáîëåå áëèçêà ê èñòèííîìó çíà÷åíèþ FÄ, ñäâèã ôàçû ñèãíàëà çà âðåìÿ íàêîïëåíèÿ ÒÏÑÏ íå äîëæåíïðåâûøàòü 60° (ïðè òàêîì ôàçîâîì ñäâèãå ïîòåðè ïî ñðàâíåíèþ ñèäåàëüíîé êîãåðåíòíîé îáðàáîòêîé íå ïðåâûøàþò 1,5 äÁ). Ñëåäîâàòåëüíî, ïåðèîä êîëåáàíèé (áèåíèé), îáóñëîâëåííûõ íåñîâïàäåíèåì ÷àñòîò FÄ è Fj, äîëæåí áûòü íå ìåíüøå ÒÄ = 6ÒÏÑÏ = 6 ìñ, à÷àñòîòíàÿ ðàññòðîéêà ∆F = | FÄ Fj | íå äîëæíà ïðåâûøàòü 165 Ãö.Ñîîòâåòñòâåííî, äîïóñòèìàÿ øèðèíà ïîëîñû äîïëåðîâñêîãî êàíàëà, ðàâíàÿ óäâîåííîé ðàññòðîéêå, ñîñòàâëÿåò 330 Ãö, è äëÿ ïåðåêðûòèÿ äèàïàçîíà äîïëåðîâñêèõ ÷àñòîò ∆FÄ = ±5 êÃö íåîáõîäèìî30 êàíàëîâ.
Îáùåå ÷èñëî êîìáèíàöèé (τi, Fj ) ïðè ýòîì ñîñòàâèò30 ⋅1023 = 3 ⋅104, ò. å. ïî ñðàâíåíèþ ñî ñëó÷àåì, ðàññìîòðåííîì âïåðâîì ïðèìåðå, ÷èñëî àíàëèçèðóåìûõ êîìáèíàöèé ñîêðàùàåòñÿïðèìåðíî â 104 ðàç.Îäíàêî ýòî ÷èñëî îñòàåòñÿ äîñòàòî÷íî áîëüøèì, ïîýòîìó äëÿóñêîðåíèÿ ïðîöåäóðà ïîèñêà îðãàíèçóåòñÿ êàê ïàðàëëåëüíî-ïîñëåäîâàòåëüíàÿ, ïðè ýòîì ÷èñëî ïàðàëëåëüíî àíàëèçèðóåìûõ êîìáèíàöèé çíà÷åíèé (τi, Fj ) çàâèñèò îò òðåáîâàíèé ê îïåðàòèâíîñòè èçìåðåíèé è ñòîèìîñòè (ñëîæíîñòè) ÀÏ.Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî äî ïîñëåäíåãî âðåìåíè ñîãëàñîâàííàÿ ôèëüòðàöèÿ â ÀÏ â îñíîâíîì ðåàëèçîâûâàëàñü âî âðåìåííîéîáëàñòè ïóòåì êîððåëÿöèîííîé îáðàáîòêè, ò. å. ñâåðòêè íà êîððåëÿòîðå ïðèíèìàåìîãî ñèãíàëà ñ ýòàëîííîé ÏÑÏ äàëüíîìåðíîãîêîäà.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ â êà÷åñòâå ïåðñïåêòèâíîãî âñå ÷àùå ðàññìàòðèâàåòñÿ âàðèàíò ñîãëàñîâàííîé ôèëüòðàöèè â ÷àñòîòíîéîáëàñòè ñ èñïîëüçîâàíèåì àëãîðèòìîâ áûñòðîé ñâåðòêè íà áàçåáûñòðîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ Ôóðüå (ÁÏÔ). Äîñòîèíñòâî ïîñëåäíåãîâàðèàíòà â òîì, ÷òî â îòëè÷èå îò êîððåëÿòîðà ðåàëèçóåìûé ñ ïîìîùüþ ÁÏÔ ñîãëàñîâàííûé ôèëüòð, êàê èçâåñòíî, èíâàðèàíòåí êçàäåðæêå ñèãíàëà, ò. å. ïîèñê ñèãíàëà ïî çàäåðæêå ñòàíîâèòñÿ íåíóæíûì.Åñòåñòâåííî, ÷òî äëÿ óñêîðåíèÿ ïîèñêà è îáíàðóæåíèÿ ñèãíàëàäîëæíà èñïîëüçîâàòüñÿ âñÿ èìåþùàÿñÿ â ðàñïîðÿæåíèè íàáëþäàòåëÿ àïðèîðíàÿ èíôîðìàöèÿ, íàïðèìåð, çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ, ïîëó÷åííûå â õîäå ïðåäûäóùèõ ñåàíñîâ.927.2.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
