ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. Под ред. А.И.Перова (2010) (1151961), страница 120
Текст из файла (страница 120)
Подавление помехи осуществляется удалением указанных выше мощных спектральных компонент. После этого осуществляется обратное преобразование Фурье к оставшимся спектральным компонентам, в результате чего формируется сигнал с подавленной узкополосной помехой. Математически операции можно выразить следующим образом: и-1 у„= ~и~ у~ ехр( — 12~гЬг/Ж~ — преобразование Фурье над входной реали- ~=о зацией у,' 771 Глава 19 о, ~у„)>ь, у = — сравнение спектральных компонент с порогом и У„, ~1'„~<Ь удаление мощных компонент; Ф-1 у~ = ~ у ехр112~гЬ~/Ж] — обратное преобразование Фурье, п=О где 6 — порог, выбираемый исходя из уровня аддитивного шума; и~ — весо- вое окно, речь о котором пойдет ниже, в простейшем случае и~ =1; У вЂ” объ- ем дискретного преобразования Фурье (ДПФ).
В отличие от непрерывного преобразования Фурье, ДПФ оперирует с ко- нечной выборкой временных отсчетов входного сигнала. Математически это можно представить, как предварительное умножение входного сигнала на стробирующую функцию 1, ~~1ОТ], и(Г) = о, ~и~о,т], (19.44) где Т = Т~М вЂ” длительность интервала анализа ДПФ; ҄— шаг дискретиза- сать (19.45) Для функции и(~) (19.44) имеем Я (~) = Т ехр( — 1х~т] (19.46) (х ~Т) Если в качестве у(~) положить гармонический сигнал, т.е.
у(~) = Аехр~12~гДог~, спектральная плотность которого представляет собой дельта-функцию 5 (и) = Ад(2~г До ), то (19.45) принимает вид з1п(к(~ — ~~) Т) 5„(~) = Т ехр( — 1г(~ — Я,)т]. (у-А)т Таким образом, данная спектральная плотность процесса и~~) уже не будет представлять собой дельта-функцию, а ее форма повторит форму спектральной плотности весового окна (19.46).
(19.47) 772 ции по времени. Рассмотрим непрерывный сигнал и(~) = и(г)у(г) . Произведению двух сигналов во временной области соответствует свертка их спектров в частотной области. Следовательно, для спектральной плотности процесса и(г) можно запи- Частотно-временная режекния узкополосных помех При использовании дискретных во времени функций и ДПФ вместо непрерывных спектральных плотностей (19.44) — (19.47) рассчитываются дискретный спектральные компоненты для частот ~ „, „= п(Т, где п — целое число. В этом случае, для частот входного сигнала, кратных значениям Ъ~Т (т.е.
1' = т(Т при целых т ), «нули» функции (19.47) будут совпадать с частотами ДПФ ~~пф „. В результате, помеха с такой частотой будет отображаться на спектре только одним отсчетом (рис. 19.17). -1О -20 -зо -40 -50 мгц -60 о 5 1О 15 20 25 Рис. 19.17. Дискретный спектр смеси белого шума и гармонического сигнала с частотой, кратной 1~Т Если частота До окажется не кратной 1/Т, то при преобразовании (19.47) спектр отобразится целым "пьедесталом", имеющим спад б дБ на октаву и максимальный уровень боковых лепестков достигает — 13 дБ (рис. 19.18). -го -зо -35 -40 мгц -45 о 5 1О 15 20 25 Рис. 19.18. Дискретный спектр смеси белого шума и гармонического сигнала с частотой, не кратной 1~Т 773 Глава 19 Подавление таких помех в частной области затруднено — нужно вырезать множество отсчетов спектра.
Решение данной проблемы известно давно и заключается в предварительной весовой обработке наблюдений. Смысл данной обработки сводится к умножению входного сигнала на некоторую весовую функцию, длительность которой равна длительности интервала анализа ДПФ. Входной сигнал умножается теперь на сигнал — "весовое окно", подбираемый таким образом, чтобы его спектр имел более быстрое спадание боковых лепестков, чем функция "яп(х)/х". Это позволяет уменьшить "пьедестал" в частотной области. В качестве примера можно рассмотреть весовое окно Ханна: /г — (Ж вЂ” 1)/2 1 и Ь(Й) = сов г Ю вЂ” 1 Спектральная плотность данного окна имеет вид: Я 1,(/) =0.55 (/)+0.25Р (/' — 1/Т)+5 (/+1/Т)), (19.48) где о (/') — спектральная плотность прямоугольного окна (19.4б).
Спектральная плотность (19.48) имеет спад 18 дБ на октаву и максимальный уровень боковых лепестков минус 31 дБ. Ценой данной обработки является снижение отношения сигнал/шум в результате снижения эффективной длительности анализируемого сигнала (огибающая произведения двух сигналов становится не постоянной (рис. 19.19)). 1 " д1Ц) и'11'), Д1 ~ 0 -10 /,: икр -20 ~ — ' 0 '20 40 60 Но гоо Рис.
19.19. Произведение входного процесса на весовое окно Ханна Для рассматриваемого окна Ханна снижение отношения сигнал/шум составляет 1,3 дБ. Известны различные типы весовых окон, предназначенных для весовой обработки сигналов перед ДПФ. Параметры некоторых из них приведены в табл. 19.1. 774 Частотно-временная режекчия узкополосных помех Таблица 19.1.
Весовые окна и их параметры Аналогичная ситуация происходит при обработке полосовых помех. На рис. 19.20 изображен дискретный спектр при наличии на входе помехи с полосой 1 МГц при использовании прямоугольного весового окна. -1О -20 -зо -40 -50 мга -оо о 5 10 15 20 25 Рис. 19.20. Спектр смеси шума и помехи для прямоугольного весового окна 775 Глава 19 Как и на рис.
19.19, виден широкий пьедестал. Аналогичный график при использовании весового окна Ханна изображен на рис. 19.21. На данном графике спектр полосового шума четко ограничен, что позволяет эффективно еого вырезать. -20 -10 -50 мгц -оо о 5 10 15 20 25 Рис. 19.21. Спектр смеси шума и помехи для окна Ханна 19.4. Сравнение эффективности алгоритма режекции узкополосных помех в частотной области и трансверсального фильтра Для оценки качества работы алгоритма режекции узкополосных помех в частотной области и трансверсального фильтра рассмотрим следующие показатели: ° дисперсия разности процесса на выходе режекторного фильтра и чистого сигнала: а, =и[(д,—,,Ид,—,,)']; ° степень искажения полезного сигнала, определяемая, как: (19.49) где 5" 1 — чистый сигнал, обработанный фильтром; ° отношение сигнал/помеха на длительности интервала дискретизации а„„.
Ниже приводятся результаты анализа воздействия гармонической помехи при а„=105 дБГц и разном значении параметра У, определяющего порядок 776 Частотно-временная режекния узкополосных помех режекторного фильтра (или объем ДПФ). При отсутствии дополнительной гармонической помехи отношение мощности сигнала к мощности помехи на интервале дискретизации составляет а„„ = -25.3 дБ, дисперсия суммарного по- мехового сигнала до обработки составляет й, = 2345, отношение сигнал/помехи на интервале дискретизации до обработки составляет минус 70 дБ. В системе на основе ДПФ использовано весовое окно Парзена.
Таблица 19.2. Характеристики рассматриваемых алгоритмов Трансверальный фильтр БПФ й, транса ,дБ ~СЫтранс» всыддф ' ,дБ транса ДввФ 0.81 -35.7 18.7 -32.7 16.1 0.72 -29.8 14.8 0.53 14.0 0.28 -27.3 -38.5 0.98 -26.3 -37.0 13.6 0.14 12.2 0.94 16 -25.6 -34.7 13.8 13.3 0.86 32 0.07 -25.6 13.5 0.04 0.66 -30.4 64 13.2 -25.5 0.02 -28.7 14.0 0.46 128 13.2 -25.4 -28.2 0.02 14.2 0.37 256 13.0 -27.3 13.0 13.3 0.35 512 0.02 -25.5 0.33 -27.1 0.04 13.1 1024 12.9 -25.4 -26.9 12.8 0.34 2048 12.6 0.09 777 Из анализа приведенной таблицы можно сделать вывод о том, что при больших значениях Ж оба алгоритма демонстрируют сходные характеристики.
При малых Ж трансверсальный фильтр предпочтительней. Следует заметить, что при практической реализации данных алгоритмов по ряду показателей все же более удачным оказался алгоритм на основе БПФ. Реализация трансверсального фильтра с коэффициентами большой разрядности требует очень много ресурсов, сопоставимых с двумя преобразованиями Фурье. Кроме того, алгоритм с трансверсальным фильтром требует вычисления и адаптации коэффициентов усиления, для чего требуется достаточно мощный сигнальный процессор, в то время, как для второго алгоритма коэффициенты рассчитывать не надо. И третье — расчет коэффициентов требует достаточно много времени (на экспериментальном образце с процессором АРЯР21262 БЬагс и фильтром 2048 отводов требовалось несколько десятков миллисекунд (19.41).
За это время параметры реальной помехи могут измениться и коэффи- Хлава 19 циенты "устареют". Алгоритм на основе БПФ не имеет задержки на адаптацию, поэтому пригоден для обработки помех, близких к гармоническим на интервале анализа БПФ (порядка сотен мкс). Это позволяет обрабатывать ряд узкополосных помех с изменяющимися параметрами. Литература 19.1. Перов А.И. Синтез оптимального алгоритма обработки сигналов в приемнике спутниковой навигации при воздействии гармонической помехи// Радиотехника. Радиосистемы, 2005, № 7, с.
36-42. 19.2.. УЬо<ЫзЫсу М. 1п-Вапг1 1пгегГегепсе Яцрргезз1оп Гог бРЯ/61.ОХАЯЛИ/ ОРИ 1ОМ-98. 19.3. Бакитько Р.В., Польщиков В.П., Шилов А.И., Хаикелевич ЯД., БолденковЕ.Н. Использование весовых функций для предварительной обработки шумоподобных сигналов при наличии сильных интерференционных помехl/ Радиотехника. 2006, № 6, с. 13-17.
19.4. Перов А.И., Болденков Е.Н. Исследование адаптивных трансверсальных фильтров для приемников спутниковой навигации при воздействии узкополосных помехl/ Радиотехника. 2006, № 7, с. 98-105. 778 Список сокращений Список сокращений 779 АКП вЂ” аппаратура контроля поля АКС вЂ” аппаратура командной сис- темы АКП вЂ” антенный компенсатор по- мех АКЦ вЂ” автономный контроль це- лостности АМ вЂ” апостериорный мониторинг АП вЂ” аппаратура потребителей АП — апостериорная плотность вероятности АПС вЂ” аппаратура передачи сиг- нала АР— антенная решетка АРУ вЂ” автоматическая регулировка усиления АСУ вЂ” автоматизированное управление Ат — аттенюатор АФАР— активная фазированная антенная решетка АЦП вЂ” аналого-цифровой преоб- разователь АЭ вЂ” антенный элемент БАМИ вЂ” бортовая аппаратура межспутниковых измерений БВЧ вЂ” блок высокой частоты БГШ вЂ” белый гауссовский шум БД вЂ” база данных БИНРС вЂ” бортовой источник на- вигационных радиосигналов БИНС вЂ” бесплатформенная инер- циальная навигационная система БТС вЂ” бортовая телеметрическая система БУ вЂ” блок управления БУК вЂ” бортовой управляющий комплекс БС вЂ” базовая станция БСУ вЂ” бортовое синхронизирую- щее устройство БФКП вЂ” блок формирования кодо- вых последовательностей БФОС вЂ” блок формирования и об- работки сигналов БФСП вЂ” блок формирования сиг- нала передатчика БЦВК вЂ” бортовой цифровой вы- числительный комплекс БЦОС вЂ” блок цифровой обработ- ки сигналов БШ — бортовая шкала времени БЭВЧ вЂ” бортовой эталон времени и частоты ВВИА — военно-воздушная инже- нерная академия ВВК вЂ” вектор весовых коэффици- ентов ВВС вЂ” военно-воздушные силы ВКС вЂ” военно-космические силы ВПП вЂ” взлетно-посадочная полоса ВС вЂ” воздушное судно ВТ вЂ” высокая точность ВУП вЂ” входное устройство прием- ника ВЧ вЂ” высокочастотный ГДК вЂ” генератор дальномерного кода ГЛОНАСС вЂ” глобальная нави- гационная спутниковая система ГОС вЂ” генератор опорного сигнала ГЭВЧ вЂ” Государственный эталон времени и частоты ДЗΠ— дискриминатор задержки огибающей ДН вЂ” диаграмма направленности Снисок сокращений 780 ДП вЂ” дифференциальные по- правки ДПС вЂ” дифференциальная подсис- тема ДР— дифференциальный режим ДС вЂ” дифференциальное сообщение ДХ вЂ” дискриминационная харак- теристика ИКАΠ— Международная органи- зация гражданской авиации ИМΠ— Международная морская организация ИНС вЂ” инерциальная навигацион- ная система ИСК вЂ” инерциальная система ко- ординат ИСНС вЂ” инерциально-спутни- ковая навигационная система ИСЗ вЂ” искусственный спутник Земли ИТП вЂ” измеренные текущие пара- метры КВЦ координационно-вычисли- тельный центр КИС вЂ” командно-измерительная система ККС вЂ” контрольно-корректи- рующая станция КМ вЂ” квадратурный модулятор КНИЦ вЂ” Координационный науч- но-информационный центр КОС вЂ” квантово-оптическая стан- ция КПП вЂ” коэффициент подавления помехи КПФ вЂ” канальный полосовой фильтр КС вЂ” контрольная станция КФ вЂ” корреляционная функция КФМ вЂ” квадратурный фазовый модулятор КХ вЂ” код Хемминга ЛА — летательный аппарат ЛВВИА — Ленинградская военно- воздушная инженерная академия ЛДПС вЂ” локальная дифференци- альная подсистема ЛСК вЂ” локальная система коорди- нат МАМС вЂ” Международная ассо- циация маячных служб М — метка времени МГНСС вЂ” модернизированная глобальная навигационная спутни- ковая система МДП вЂ” метод дополнительной пе- ременной МДПС вЂ” морская дифференциаль- ная подсистема МК вЂ” масштабный коэффициент МКΠ— мультиплексный канал обмена МΠ— Министерство обороны МС вЂ” морское судно МСМ вЂ” метод сравнения местопо- ложения МСД вЂ” метод сравнения дально- стей МФС вЂ” минимальный фазовый сдвиг МШУ вЂ” малошумящий усилитель МЭК вЂ” Международная электро- техническая комиссия МЭС вЂ” Международный союз электросвязи НАП вЂ” навигационная аппаратура потребителей Список сокращений 781 НВΠ— навигационно-временные определения НИ вЂ” навигационная информация НКУ вЂ” наземный комплекс управ- ления НΠ— направленный ответвитель НП вЂ” навигационный параметр НС вЂ” навигационный спутник НСК вЂ” навигационный суперкадр Оà — опорный генератор ОЗУ вЂ” оперативное запоминающее устройство ОИ вЂ” оперативная информация ОИС вЂ” опорная измерительная станция ОМ вЂ” оперативный мониторинг ОПФ вЂ” оптимальный пространст- венный фильтр ОС вЂ” опорная станция ОСШ вЂ” отношение сигнал/шум ОФМ вЂ” относительная фазовая манипуляция ПВАΠ— пространственно-вре- менная адаптивная обработка ПВЗ вЂ” параметры вращения Земли ПВОС вЂ” пространственно- временная обработка сигналов ПД вЂ” псевдодаль ность ПДСЧ вЂ” псевдодоплеровское сме- щение частоты ПЗ вЂ” псевдозадержка ПЗСК вЂ” подвижной система коор- динат, связанная с Землей ПКА — подсистема космических аппаратов ПКУ вЂ” подсистема контроля и управления ПМ вЂ” пункт мониторинга ПОС вЂ” пространственная обработ- ка сигналов ПППД вЂ” признак принадлежности посылки данных ПСП вЂ” псевдослучайная последо- вательность ПУ предварительный усилитель ПУМ вЂ” предварительный усили- тель мощности ПФ вЂ” полосовой фильтр ПЧ вЂ” промежуточная частота РАН вЂ” Российская академия наук РДП вЂ” Российская дифференци- альная подсистема РДПС вЂ” региональная дифферен- циальная подсистема РМ вЂ” радиомаяк РН вЂ” разрешение неоднозначности РНП вЂ” радионавигационный пара- метр РСБН вЂ” радионавигационная сис- тема ближней навигации РСДН вЂ” радионавигационная сис- тема дальней навигации РСМ вЂ” разностно-скоростной ме- тод РФ вЂ” Российская Федерация РЦМ вЂ” региональный центр мони- торинга РЧБ — радиочастотный блок СБИС вЂ” сверхбольшая интеграль- ная схема С ВП вЂ” скалярно-векторные по- правки СЗ вЂ” станция закладки СИ вЂ” служебная информация СИК вЂ” станция интегрального контроля СК вЂ” система координат СКЗ вЂ” среднеквадратическое зна- чение Сиисок сокращений 782 СКΠ— среднеквадратическая ошибка СКФ вЂ” система контроля фаз СМ вЂ” смеситель СОС вЂ” система ориентации и ста- билизации СПМ вЂ” спектральная плотность мощности СПΠ— сигнально-помеховая об- становка СРНС вЂ” спутниковая радионави- гационная система СС вЂ” следящая система ССЗ вЂ” следящая система за за- держкой сигнала ССИ вЂ” станция сбора информации ССК вЂ” связанная (с объектом) сис- тема координат ССФ вЂ” следящая система за фазой сигнала СТ вЂ” стандартная точность СТИ вЂ” станция траекторных изме- рений и управления СУ вЂ” схема управления СФ вЂ” сглаживающий фильтр СФΠ— сферическая ошибка СЧ вЂ” синтезатор частот США — Соединенные штаты Аме- рики СШ — системная шкала времени СЭВЧ вЂ” системный эталон време- ни и частоты У вЂ” усилитель УАт — управляемый аттенюатор УЗ вЂ” устройство защиты УК — ультракороткие волны УС вЂ” усилитель УТà — управляемый тактовый ге- нератор УЦГС вЂ” управляемый цифровой генератор гармонического сигнала ФАПЧ вЂ” фазовая автоподстройка частоты ФД вЂ” фазовый дискриминатор ФИ вЂ” фазовые измерения ФМ вЂ” фазовый модулятор ФМС вЂ” формирователь модули- рующих сигналов ФНК вЂ” формирователь навигаци- онного кадра ФНС вЂ” формирователь навигаци- онного сигнала ФНЧ вЂ” фильтр низкой частоты Ц — цифровой вычислитель ЦГМ вЂ” центр глобального мони- торинга ЦИ цифровая информация ЦС вЂ” центральный синхронизатор ЦУС вЂ” центр управления системой ЦФЛ вЂ” цифровой формирователь лучей ЧАП вЂ” частотная автоподстройка ЧВИ вЂ” частотно-временная ин- формация ЧВП вЂ” частотно-временные по- правки ЧД вЂ” частотный дискриминатор Ш — шкала времени ШВП вЂ” шкала времени потреби- теля ШДПС вЂ” широкозонная диффе- ренциальная подсистема ШИС вЂ” широкополосный измери- тельный сигнал ШПС шумоподобный сигнал ЭВМ вЂ” электронная вычислитель- ная машина ЭВΠ— эфемеридно-временное обеспечение Список сокращений время 783 ЭВЧ вЂ” эталон времени и частоты ЭИ вЂ” эфемеридная информация АТ вЂ” А1ош1с Типе (атомное время) РЯР— Р1рга1 Ядпа1 Ргосеваог (цифровой сигнальный процессор) ЕСЕà — ЕаггЬ-сепгегед Еагй-Пхенц (геоцентрическая система коорди- нат, связанная с Землей) ЕТ вЂ” эфемеридное время бРОР— деотегпс де1пг1оп оГ ргес1- яоп (геометрический фактор ухуд- шения точности местоопределения) ОЕЯ вЂ” Огонь ЕаггЬ Яапоп (назем- ные станции) б1С вЂ” ОРИ 1пгедпгу СЬаппе1 (ка- нал целостности ОРИ) ОИЯИ вЂ” О1оЬа1 Хач1даг1оп Яа1е111ге Яуяет (глобальная навигационная система) ОРИ вЂ” О1оЬа1 Роя6ошпа Яузгегп (Глобальная система позициониро- вания) 3Р— юлианская дата (день) НРОР— Ьопюпга1 де1пг1оп оГ рге- сьюп (горизонтальный фактор ухудшения точности местоопреде- ления) 1.Ж вЂ” 1еая я~пагев геядпа1а (не- вязки по методу наименьших квад- ратов) МЯБ — тах1шшп ю1п6оп аерагаг1оп (метод максимального отличия ре- шения) ОТŠ— оп-гЬе-г1 у (в движении) РРОР— рояг1оп де1пгюп оГ ргес1- яоп (фактор ухудшения точности определения пространственного положения) КА1М вЂ” Кезе1чег 1пгедг1гу Мош- гоппд (автономный контроль цело- стности) КТК вЂ” Кеа1 Типе К|пегпаг1с (кине- матика реального времени) КТСМ вЂ” Кайо ТесЬшса1 Сошш1а- яоп Гог Мапг1ше Кегч1сев (Радио- техническая комиссия для морских служб) ЯА — ве1есг1че ача11аЬ111гу (селек- тивный доступ) ТА1 — 1пгегпайопа1 Агош1с Т1те (международное атомное время) ТРОР— г1те де1пйоп оГ ргес1яоп (фактор ухудшения точности опре- деления времени) 'ч"РОР— чеггйа1 де1пг1оп оГ ргес1- яоп (вертикальный фактор ухуд- шения точности местоопределения) 1)ЕКŠ— 13аег Ес1п1ча1епг Капуе Еггог (эквивалентная дальномерная погрешность) 13Т вЂ” Ушчегза1 Типе (Всемирное время) 1)ТС вЂ” Соогйпа1ед Уп1чегьа1 Типе (Всемирное координарованное вре- мя) УТС(Я)) — шкала Госэталона Всемирного координарованного времи %ААК вЂ” %Ые Агеа Ащгпепга11оп Буз1ет (широ козон ная система функционального дополнения) %МИ вЂ” %ААЯ Маяег Яа6оп (%ААЯ ведущие станции) %К5 — %ААБ Ке(егепсе Яа1юп (%ААЯ опорные станции) 2'.Т вЂ” пояс ное ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
