ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. Под ред. А.И.Перова (2010) (1151961), страница 79
Текст из файла (страница 79)
п. 6.5). Кроме того, при таком подходе снижается стоимость и время разработки НАП. 13.2. Антенна навигационного приемника Антенна навигационного приемника должна, с одной стороны, обеспечивать прием сигналов всех видимых НС, а, с другой стороны, по возможности режектировать переотраженные от местных предметов спутниковые сигналы (помехи многолучевого распространения) и другие помехи. Поскольку данные требования противоречивы, к стандартным антеннам предъявляется компромиссное требование — надежный прием сигналов НС, находящихся выше 5' над горизонтом (угол маски), в предположении, что помеховые сигналы приходят с углов места, меньших угла маски.
При этом коэффициент усиления антенны в рабочем секторе углов (0...360' по азимуту и 5...90' по углу места) не должен меняться существенно. Если антенна используется для двухчастотного приемника, работающего в диапазонах Г.1 и Г.2, то она должна быть широкополосной. Типичные характеристики антенны (для рабочего диапазона частот 1570...1625 МГц): обеспечение работы в тракте с волновым сопротивлением, Ом .. 50 коэффициент стоячей волны (КСВ) .
не более 2 коэффициент эллиптичности антенны в зените, дБ ............не менее — 3,5 минимальное значение коэффициента усиления б относительно изотропного излучателя с круговой поляризацией в меридиональных сечениях (как функция угла возвышения р), дБ: 5' >,0>0 ..... 10' >р" >5'... — 5>б>-7,5 б>-4,5 б> — 2,5 15 >,0>10 486 ,0 >15' б> — 2. Обычно используют микрополосковую антенну [12.1], достоинствами которой являются малые масса и габаритные размеры, простота изготовления и дешевизна. Такая антенна состоит из двух параллельных проводящих слоев, разделенных диэлектриком: нижний проводящий слой является заземленной плоскостью, верхний собственно излучателем антенны.
По форме излучатель может быть прямоугольником, эллипсом, пятиугольником и т.д. Антенна рассчитывается для работы на низшей резонансной моде, которая излучается в Аппаратура потребителей основном в верхнюю полусферу (в направлении вертикальной оси). Микрополосковая антенна имеет диаграмму направленности (ДН), обеспечивающую всенаправленный прием сигналов правосторонней круговой поляризации в верхней полусфере. Часто антенна интегрируется в одном модуле с предварительным усилителем/полосовым фильтром (ПУ/ПФ) (рис. 13.2), который предназначен для обеспечения заданного значения коэффициента шума (шумовой температуры) АП, ограничения частотного спектра шумов, режекции внеполосных помех и обычно включает устройство защиты входа 1УЗ), малошумящий усилитель и полосовой фильтр (рис, 13.3).
УЗ Рис. 13.2. Структура антенного модуля Рис. 13.3. Схема предварительного усилителя Устройство защиты входа должно предотвращать нарушение функций последующих радиоэлектронных элементов при поступлении на его вход сигнала с пиковой плотностью мощности 69 кВт/м' в течение 10 мс или непрерывного сигнала с плотностью мощности 348 Втlм' 12.8~. Малошумящий усилитель должен иметь коэффициент шума К <4 дБ, работать в тракте с волновым сопротивлением Р~'= 50 Ом, иметь по входу и выходу КСВ < 2 и обеспечивать в рабочем диапазоне частот коэффициент усиления К =26...30 дБ.
При выполнении данных требований шумы последую- У щих каскадов радиоприемника практически не влияют на итоговое значение коэффициента шума АП. Полосовой фильтр осуществляет фильтрацию сигналов в полосе частот ф' = 60 МГц (относительно несущей частоты) и подавление шумов и иных помех, действующих вне данной полосы пропускания. Параметры амплитудно- частотной характеристики ПФ выбирают в зависимости от требуемого уровня подавления внеполосных помех. Потери мощности в устройстве защиты входа составляют 1 дБ, в ПФ около 2 дБ, так что общие потери в ПУ/ПФ не превосходят 3 дБ.
13.3. Радиоприемник Основными функциями радиоприемника АП СРНС ГЛОНАСС являются: 487 Глава 13 усиление радиосигналов, фильтрация шумов и внеполосных помех, перенос сигналов на более низкую (промежуточную) частоту. Обобщенная схема современного радиоприемника приведена на рис. 13.4. Антенна ~ Радиоприемник ПУ/ПФ У1 Рис. 13.4. Схема радиоприемника В данной схеме осуществляется двукратное понижение частоты входного сигнала. Первый смеситель переносит сигнал на первую промежуточную частоту ~'„~, =100...200 МГц, а второй — на вторую промежуточную частоту Гор~ =10...40 М1 ц. Назначение ПФ| — выделение полезных навигационных сигналов и режекция вне полосных помех.
Поэтому он имеет полосу пропускания фп = 14 МГц, соответствующую полосе частот, занимаемых радиосигналами НС ГЛОНАСС. В качестве таких фильтров широко используются фильтры на поверхностных акустических волнах. Недостатком данного типа фильтров является достаточно большое ослабление полезного сигнала (на 20...22 дБ), что необходимо учитывать при выборе коэффициента усиления усилителя У1 и при расчете общего коэффициента усиления приемного тракта.
Низкочастотный фильтр, стоящий после второго смесителя предназначен для подавления сигнальных составляющих суммарной частоты, образующихся на выходе смесителя. При больших значениях ~„'„2 вместо низкочастотного фильтра можно использовать соответствующий полосовой фильтр. Отметим, что радиоприемник на рис. 13.4 является одноканальным и переносит все радионавигационные сигналы на вторую промежуточную частоту.
Задача частотного разделения радиосигналов различных НС в современных приемниках решается в блоке корреляторов путем использования различных несущих частот перестраиваемых опорных генераторов. Рассмотрим требования к общему усилению сигналов в радиоприемнике. В п. 11.2.2 отмечалось, что на входе радиоприемника мощность навигационного радиосигнала составляет — 161 дБВт, а спектральная плотность внутреннего шума равна — 201,5 дБВт/Гц (при значении коэффициента шума приемника К = 2,5 дБ). Полоса пропускания радиоприемника определяется полосой пропускания ПФ1 и составляет зГпф = 14 МГц. Следовательно, мощность шума в ! полосе пропускания приемника Р = -201,5+71,5 = — 131 дБВт, а отношение 488 Аппаратура потребителей сигнал/шум д =101од(Р,/Р ) = — 161+201,5 — 71,5 = — 31 дБ.
Таким образом, по лезный сигнал находится на 31 дБ ниже уровня внутренних шумов приемника. Из этого факта следует, что общий коэффициент усиления приемника следует выбирать, ориентируясь на уровень внутреннего шума приемника, а не на уровень полезного сигнала. Полагая, что мощность внутреннего шума приемника Р рассеивается на согласованной нагрузке Яо = 50 Ом, можно записать Р =и[и (г) ~/ло— - ~г~ ~Р~, откуда а„ =,~Р К (13.1) Сигнал с выхода радиоприемника подается на АЦП (рис.
13.4). Рабочее значение эффективного напряжения на входе типового АЦП составляет У цп —- 0,1...0,5 В. Так как на входе АЦП действует шумовой процесс, будем полагать Удцп —— ст„, .цп. Тогда общий коэффициент усиления радиоприемника по мощности К„может быть найден из условия ищКу~ вх.ш.АЦП ~ .. К„,=,'„. / „' =,'„п/(Р Я,).
(13.2) Полагая, Р =130,5дБВт, Я = 500м, о,„, „цп = 0,25 В, получаем К =101оя(Ку, ) =102 дБ. Данное значение общего коэффициента усиления включа- ет коэффициенты усиления ПУ, Уь У. (рис. 13.4) и не включает потери мощно- сти в УЗ, ПФ, ПФ1 и фильтра нижних частот (ФНЧ) и, возможно, в СМь СМ2. 13.4. Аналого-цифровой преобразователь 489 Сигнал с выхода радиоприемника подвергается аналого-цифровому преобразованию, т.е. дискретизации по времени и квантованию по уровню.
При выборе частоты дискретизации по времени обычно исходят из того, что необходимо правильно воспроизводить суммарный спектр всех сигналов ГЛОНАСС, который занимает полосу частот около 14 МГц (по первым нулям спектров крайних сигналов). Поэтому минимальное значение частоты дискретизации (в соответствии с второй теоремой В.А. Котельникова для полосовых сигналов) ~, =14 МГц.
На практике часто используют более высокое значение частоты дискретизации (например, 40 МГц). Для квантования сигналов по уровню в стандартной НАП наиболее часто применятся бинарное (1-битное) и 2-битное квантование. При бинарном кван- Глава 13 товании используется лишь знак (+, 51дп) входного аналогового сигнала и(1„). При 2-битном квантовании используют три пороговых уровня (уровни сравнения), схематически представленные на рис.
13.5. Если в момент времени 1~ значение входного сигнала и(1„) превышает значение порога Е, то на выходе АЦП формируется кодовая последовательность 00; если 0< и(г~) < А, то формируется код 01; если — А < и(11,) <О, то формируется код 10; если и(11, ) < — А, то формируется код 11. Выходные Пороги коды — р 01 0— — 10 — р 11 Рнс. 13.5. Логика работы 2-битного АЦП Квантование сигналов по уровню приводит к некоторому ухудшению характеристик НАП, которое принято характеризовать энергетическими потерями в значении отношения сигнал/шум, под которыми понимают необходимое повышение сигнал/шум (выраженное в децибелах), обеспечивающее такие же характеристики НАП при работе с квантованным сигналом, что и при отсутствии квантования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
