ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. Под ред. А.И.Перова (2010) (1151961), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Поиск с использованием БПФ ио час>поте Существует метод быстрого поиска, использующий последовательное сканирование по частоте и параллельное — по задержке. Для параллельного поиска по частоте используется БПФ, реализуемое, как правило, программно. Схема блока поиска, основанного на данном методе, приведена на рис. 13.11. Входной сигнал умножается на опорный сигнал, представляющий собой дальномерной код для заданной ячейки разрешения по задержке. Далее используется коррелятор с квадратурными каналами, предназначенный для накопления на интервале То = 1/Л~,„р — — тоТ, длительность которого определяет- 503 Глава 13 сЯ зоной поиска по частоте 1з1д,р .
ПаРаметРы опоРного сигнала, постУпаюЩего на коррелятор, соответствуют значениям задержки и частоты анализируемой ячейки разрешения. Накопленные на требуемом количестве У1. интервалов длительностью То (равном %1 — — ф„ /6/,, где а ~'„— шаг анализа по частоте) отсчеты поступают на блок ВПФ, на выходе которого формируются У отсчетов, соответствующих одному значению задержки (одной ячейке поиска по задержке) и У1 значениям частоты (ячейкам поиска по частоте).
У(ч, Текущее значение задержки Рис 13.11. Схема блока поиска с использованием БПФ по частоте Достоинством данного метода является относительная простота его реализации в аппаратуре — нужно ввести специальный режим работы коррелятора с накоплением на интервалах времени То и организовать передачу накопленного массива в процессор, а остальное можно реализовать программно. Преимущество использования данного метода по сравнению с методом последовательного поиска на корреляторах состоит в использовании эффективного алгоритма БПФ, имеющего вычислительную сложность М.1од2(М) вместо Х~ для прямого вычисления корреляционных сумм. Типичный объем БПФ в таком методе М = 64...256.
Однако при практической реализации с учетом разрядности вычисления данный метод может проиграть методу, указанному выше методу. Перечисленные выше методы и алгоритмы иллюстрируют лишь некоторые из возможных подходов к построению блока быстрого поиска. Данные алгоритмы можно комбинировать друг с другом. В качестве примера на рис. 13.12 приведена схема алгоритма, представляющего собой комбинацию согласованного фильтра и БПФ по частоте. 504 Аппаратура потребителей Текущая анализируемая частота Й Рис 13.12.
Схема блока поиска с использованием комбинированного алгоритма Данный алгоритм содержит несколько коротких согласованных фильтров, процессы с выхода которых подвергаются БПФ и на каждом такте работы на выходе БПФ формируются все корреляционные суммы по частоте для одного значения задержки. Таким образом, возможны различные варианты реализации алгоритма быстрого поиска. Следует отметить, что основная проблема проектирования таких алгоритмов заключается не в подборе наиболее подходящей структуры, а возможностями реализации того или иного алгоритма с учетом аппаратных ограничений.
Основные вопросы при этом: выбор разрядности представления чисел на каждом из шагов обработки, выбор темпа обработки для отдельных блоков и оптимизация требований к памяти. Как результат, при правильной реализации большинство из рассмотренных алгоритмов дают примерно одинаковый результат по скорости поиска. 13.7.2. Алгоритм работы и схема слежения за фазой сигнала В когерентном режиме работы НАП осуществляется слежение за фазой сигнала НС. Подробное описание принципов построения следящих систем, в том числе и за фазой сигнала (ССФ), приведено в п. 6.3.2, из которого следует, что ССФ включает фазовый дискриминатор, сглаживающий фильтр и генератор опорного сигнала.
В п. 6.3.4.1 показано, что в зависимости от условий работы ССФ оптимальными (с точки зрения обеспечения наилучшей точности слежения) являются различные типы ФД. В табл. 13.2 приведена итоговая сводка различных типов ФД и их основные характеристики. 505 Глава 13 "Габлица 13.2. Фазовые дискриминаторы и их характеристики Общие свойства Зависимость ДХ от фазовой ошибки Алгоритм работы Оптимальный ФД при произвольном отношении сигнал/шум.
Крутизна ДХ пропорциональна ам- плит де А. Большие вычислительные зат аты. -1Ь(/р) Ор Близок к оптимальному при большом отношении сигнал/шум. Крутизна ДХ пропорциональна амплиде А . Минимальные вычислительные за аты. яп(с>ф) — ядп(1р)Др Близок к оптимальному при малом отношении сигнал/шум. Крутизна ДХ пропорциональна А . Уме- 2 енные вычислительные зат аты. яп (2аф) — 1 Ц, Субоптимален, но имеет хорошие характеристики при большом и малом отношении сигнал/шум. Крутизна ДХ не зависит от амплитуды А. Большие вычислительные затраты и необходима проверка операции деления при ошибке +90' (деление на ноль .
1фЮФ) Главный угол арктангенса. Оптимален в смысле оценок максимума функции правдоподобия [5.1, 5.21 при произвольном отношении сигнал/шум. Крутизна ДХ не зависит от амплитуды А. Наибольшие вычислительные зат аты. — Агап Яр/1р ) Рис. 13.13. Дискриминационные характеристики ФД 506 Дискриминационные характеристики ФД приведены на рис. 13.13 (по оси ординат характеристики нормированы к размерности «градус»). Аппаратура потребитепей (1е — 1~ ) 1р + © Д~ ) Я, — близок к оптимальному при когерентном приеме при малом отношении сигнал/шум; хорошие характеристики (кривая 4 на рис. 13.15) при модуле ошибки слежения менее 0,5г,; минимальные вычислительные затраты.
Рис. 13.15. Дискриминационные характеристики дискриминаторов задержки сигнала Типичная схема ССЗ с одним из типов дискриминаторов задержки приведена на рис. 13.16. Коррелятор Рис. 13.16. Схема ССЗ В схеме рис. 13.16 управление положением опорного сигнала осуществляется приращением оценки задержки сигнала на соседних тактах работы ССЗ. 509 Глава 13 В качестве сглаживающего фильтра (СФ) в ССЗ часто используют фильтр второго порядка (6. 109). Следящая система за задержкой сигнала описывается дискретными уравнениями, аналогичными (13.21), (13.22): х~/, = х,1+К~ ид,1, (13.24) (13.25) х,~ — — Ф,х,~ ! При построении комплексных систем слежения за задержкой и доплеровской частотой сигнала в СФ может вводится оценка доплеровской частоты в„ формируемая в ССФ (или в схеме слежения за частотой сигнала (ССЧ)) (см.
п. 6.3.6.5, 6.3.6.6). 13.7.4. Алгоритм работы и схема слежения за частотой сигнала Система слежения за частотой сигнала (ССЧ), которую часто называют схемой частотной автоподстройки (ЧАП), используется, во-первых, на промежуточном этапе при переходе из режима поиска сигнала по частоте к режиму непрерывного слежения по фазе, а во-вторых, в некогерентном режиме работы НАП.
ССЧ включает частотный дискриминатор, сглаживающий фильтр и перестраиваемый генератор. Частотный дискриминатор можно сформировать из синфазной и квадратурной составляющих 1р,Цр, сформированных для двух моментов времени 1/, г„. Алгоритмы работы ЧД данного типа и их краткая характеристика: 1р (1) Др (й — 1) — 1р (К вЂ” 1) Др (к) — близок к оптимальному при малом отношении сигнал/шум; крутизна ДХ (см. рис.
6.3) зависит от А; миниг, мальные вычислительные затраты; Р/,И)И вЂ” )-,( — )а,( )1.1~.Е1,Оа,( — ).,( — )а,( )3 близок к оптимальному при большом отношении сигнал/шум; крутизна ДХ зависит от А; умеренные вычислительные затраты; г. 1,(/)О,(/ -1)-1р(/ -1)о,(~) агс1К полный угол арктангенса; оптима- 1,(~)а,( — ).1,(~ )а,(~) лен в смысле максимума функции правдоподобия [5.1,5.2) при про- извольном отношении сигнал/шум; крутизна ДХ не зависит от ам- плитуды А; наибольшие вычислительные затраты.
510 В Приложении к гл. 6 показано, что ширина апертуры дискриминационной характеристики для большинства типов ЧД обратно пропорциональна времени Аппаратура потребителей накопления Т в корреляторе. Так, для первого из приведенных выше типов ЧД ф'=1/(2Т) и для получения ширины апертуры частотного дискриминатора ф'„д =500Гц необходимо выбирать время накопления при формировании квадратурных составляющих Т =1 мс. В п. 6.3.4.2 получены и другие типы ЧД. Однако анализ их статистических характеристик показывает (см. Приложение к гл.
6), что они имеют худшие характеристики дисперсии шума, приведенного к оцениваемому параметру, чем приведенные выше типы ЧД, что в итоге приводит к худшим характеристикам точности оценки частоты. Схема ССЧ с одним из типов ЧД приведена на рис. 13.17. Рис. 13.17. Схема ССЧ Дискретные уравнения, описывающие ССЧ в пространстве состояний, имеют вид х „=х„~+К и„ х~ — — Фх (13.26) (13.27) В ССЧ в качестве сглаживающего фильтра обычно используют фильтр второго порядка ~6.115). В установившемся режиме ССЧ обеспечивает ошибку измерения доплеровского смещения частоты менее 50 Гц, что позволяет системе ССФ захватить сигнал и перейти на устойчивое слежение за фазой сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
