Разделы №9 и №10. Принципы построения НАП. Алгоритмы поиска и обнаружения (1151979)
Текст из файла
9. Принципы построения НАПОсновная цель, которую в том или ином виде решают практически всенавигационные приемники – получение оценок координат, вектора скоростипотребителя и отклонения метки времени и часты ОГ приемника, то естьрешения т.н. называемой задачи навигационно-временных определений(НВО).В настоящее время с точки зрения особенностей используемыхалгоритмов обработки (с целью решения задачи НВО) в режиме слеженияможно выделить два основных подхода к построению НАП:1. двухэтапная обработка;2. одноэтапная обработка.При этом независимо от того по какой схеме реализована аппаратурав режиме слежения в целом оценка вектора состояния потребителяосуществляется в два этапа (рисунок 9.1):− этап поиска и обнаружения (грубая оценка РНП сигналов НКА);− этап слежения.Рисунок 9.1Рисунок 9.2Практически все современные навигационные приемники построеныпо схеме с двухэтапной обработкой.
Опыт разработки, отладки и реализацииаппаратуры с такой схемой накоплен достаточно большой.Структура приемника с применением одноэтапных алгоритмовнесколькоболеесложнасточкизрениятехническойреализацииодновременно с этим опыт реализации такой обработки практическиотсутствует. В дальнейшем будет рассмотрены как собственно самиодноэтапные алгоритмы, так и алгоритмы близкие к одноэтапным (т.н.алгоритм многосигнальной ФАП).Структура двухэтапного приемникаОбщая схема обработки и структура приемника с двухэтапнойобработкой показана на рисунке 9.3.ξ (t ) = ∑ S j (t ) + n (t ){τˆ, fˆ}j =1... N{ Xˆ ,Yˆ , Zˆ , Vˆ ,Vˆ ,Vˆ , ∆ˆ , ∆ˆ }XYZtf{τ̂ fˆ}Рисунок 9.3Структура одноэтапного приемникаОбщая схема обработки и структура приемника с двухэтапнойобработкой показана на рисунке 9.4.
В этом случае этап получения оценоккоординат и вектора скорости не разделяется на первичную и вторичнуюобработку (отсутствует промежуточный этап получения оценок РНПсигналов НКА). Тем не менее с точки зрения аппаратной реализации вприемнике структурно можно выделить FPGA (ПЛИС) и CPU (процессор).{ Xˆ ,Yˆ , Zˆ , Vˆ ,Vˆ ,Vˆ , ∆ˆ , ∆ˆ }Xξ (t ) = ∑ S j (t ) + n (t ){ X ,Y , Z , VXYZtf,VY ,VZ , ∆ t , ∆ f }{ɶτ}ɶf φɶРисунок 9.410. Алгоритмы поиска и обнаруженияВ данном разделе будут рассмотрены некоторые особенностиреализации в НАП алгоритмов поиска и обнаружения. Дополнительныйматериал можно найти в [5, раздел 13.7.1]. В силу особенностей решаемыхнавигационным приемником задач на этапе поиска и обнаружения всегдарешается совместная задача обнаружения-оценивания для сигналов НКА.
Стеоретическойточкизренияоптимальныйбайесовскийалгоритмсовместного обнаружения-оценивания имеет вид (см. раздел 3):{θˆ, λˆ } = max { p (θ , λ ξ )} = max { pθ,λk0θ, λ{pr(θ ) p pr ( λ ) p ( ξ 0k θ , λ )} ={(= max p pr (θ ) ⋅ max p pr ( λ ) p ξ θ , λθλk0)}}.(10.1)Алгоритм вида (10.1) может быть реализован по схеме показанной нарисунке 10.1.Канал {θ = 1}(Вычисление p ξ 0k θ = 1, λλ = {λ 1 , λ 2 , …, λ n }(ξ(...λnp pr (θ ))p ξ θ = 1, λ 2λ2p pr ( λ ))p ξ 0k θ = 1, λ1λ1)k0λ(p ξ 0k θ = 1, λ n{(max p pr ( λ ) p ξ 0k θ = 1, λ)}{θ = 1 → H1, λˆ)}max {•}θθ = 0 → {H 0 }Канал {θ = 0}(p ξ 0k θ = 0)Рисунок 10.1Однако, как отмечалось ранее, в разделе 3 на практике, как правило, всилу трудностей связанных с заданием априорной информации ( p pr ( λ ) иp pr (θ ) ) используют небайесовские алгоритмы, например, алгоритм наоснове метода максимального правдоподобия.
Структура такого алгоритмабудет иметь вид, показанный на рисунке 10.2.Канал {θ = 1}(Вычисление p ξ 0k θ = 1, λλ = {λ1 , λ 2 , …, λ n }λ1ξ()()p ξ k0 θ = 1, λ1p ξ k0 θ = 1, λ 2λ2)λ...λn(p ξ θ = 1, λ nk0{(max p ξ 0k θ = 1, λ)})θ()}{θ = 1 → H1 , λˆθ = 0 → {H 0 }Канал {θ = 0}p ξ 0k θ = 0{(max p ξ θ , λ = λˆk0)Рисунок 10.2}При этом наиболее часто используемый критерийкритерий–Неймана-Пирсона.С практической точки зрения основные усилия разработчиков НАП вчасти алгоритмов поиска и обнаружения направлены на часть алгоритма()связанная с расчетом функции правдоподобия p ξ 0k θ = 1, λ , то есть сперебором по множеству значений оцениваемого вектора параметров λ .
Внавигационных приемниках вектор λ , как правило, содержит задержку кодаи частоту несущей – λ = [τпространству {τ if j}i =1:N , j =1:Mf ] – и поиск осуществляется по двумерномуT.Фактически всю совокупность различных алгоритмов (вариантоваппаратной реализации) поиска можно условно разделить на два большихкласса: алгоритмы во временной области и алгоритмы в частотной области.Возможны также варианты, в которых в том или ином виде осуществляетсякомбинация указанных подходов.
Фактически речь идет о способе()вычисления функции правдоподобия p ξ 0k θ = 1, λ .С другой стороны множество алгоритмов поиска можно разделить поспособу перебора в пространстве {τ if j}i =1:N , j =1:M:1. алгоритмы с последовательным перебором и по задержке и почастоте;2. алгоритмыспараллельнымпереборомпозадержкеипоследовательным по частоте;3. алгоритмы с последовательным перебором по задержке ипараллельным по частоте.Обозначенные выше классы алгоритмов (во временной и частотнойобластях) определяются способом реализации параллельного перебора потому или иному параметру.Первый вариант алгоритма с последовательным перебором и позадержке и по частоте реализуется по схеме на рисунке 10.3 (алгоритм вовременной области).Σξ{Ii, j; Qi , j }τifjРисунок 10.3Такой вариант схемы требует минимальных аппаратных ресурсов, нотребуются значительные вычислительные ресурсы (при ограничении навремя выполнения процедуры поиска) и в настоящее время практически неиспользуется в навигационной аппаратуре.Очевидным образом схему на рисунке 10.3 можно развить дляполучения целой совокупности алгоритмов во временной области спараллельным перебором по задержке и последовательным по частоте, споследовательным перебором по задержке и параллельным по частоте, атакже с параллельным перебором и по задержке и по частоте.
Для этогодостаточно реализовать необходимое число параллельных каналов посоответствующему параметру (за счет аппаратных ресурсов). При этомсобственно сам блок параллельных корреляторов можно строить по разному(один из вариантов описан в [5, раздел 13.7.1]).Алгоритм в частотной области с параллельным перебором позадержкеипоследовательнымпочастотеможнореализоватьсиспользованиемБПФ.Собственносамалгоритм(длятекущейанализируемой ячейки по частоте) содержит следующие операции:1. выполняется снятие несущей для текущего значения частоты(путем поэлементного умножения выборок (комплексных)входногосигналанакомплексносопряженныевыборкиопорной несущей);2. выполняется БПФ полученной входной выборки (на условнойнулевой частоте);3.
выполняется БПФ опорного кода;4. выполняетсякомплексноесопряжениеотспектральныхотсчетов опорного кода;5. выполняется поэлементное умножение спектральных отсчетоввходной выборки и спектральных отсчетов опорного кода;6. выполняется ОБПФ полученного массива;7. шаги 1 – 6 выполняются для следующей ячейки по частоте;8. выполняется поиск максимума в двумерном массиве «задержкачастота».Приэтомочевидно,чтомассивкомплексносопряженныхспектральных отсчетов опорного кода можно рассчитать заранее (один раз) исохранить в память, т.е. операции 3 и 4 не для каждой процедуры поиска итем более не для каждой ячейки по частоте в рамках процедуры поискаодного сигнала НКА.Структура такого алгоритма показана на рисунке 10.4.{Ii, j; Qi , j }ξfjРисунок 10.4Теперь рассмотрим особенности реализации алгоритмов поиска снесколько другого ракурса.
Очень часто алгоритм (или процедуру) поиска иобнаружения сигналов НКА называют входом в синхронизм. Такое названиесвязано с тем, что процедура поиска и обнаружения необходима для того,чтобы обеспечить работу НАП в режиме слежения, т.е. получить оценкизадержки кода и частоты несущей с необходимой точностью и тем самымобеспечить вход в синхронизм схем слежения за задержкой кода и частотойнесущей. Учитывая особенности работы схем слежения за задержкой кода ифазой несущей, для их уверенного запуска требования к точности оценкипараметров сигналов следующие:− погрешность оценки задержки кода 1/4…1/2 длительностиэлемента кода;− погрешность оценки частоты несущей не более 20…30 Гц (какправило, стараются обеспечить погрешность не более 10…15 Гц).Обратим теперь внимание на погрешность оценки частоты несущей.Величина 20 Гц соответствует длительности накопления 50 мс.
То есть дляобеспечения входа в синхронизм схемы ФАП необходимо накопление(совокупное) сигнала на интервалах 50…100 мс. Собственно достичьнеобходимой точности оценки частоты можно двумя путями:1. грубыйпоискпочастотенаинтервалах5…10 мсспоследующим включением на интервале 0.5…1 с схемы ЧАП(слежение за частотой несущей в некогерентном режиме);2. применение алгоритмов входа в синхронизм (алгоритмов поискаи обнаружения) на интервале необходимой длительности(50…100 мс).Выбор того или иного пути достижения необходимой точностиоценки РНП сигналов с одной стороны зависит фактически от вкусов ипристрастий разработчика, а с другой может определяться структуройпринимаемого сигнала.В настоящее время все сигналы, используемые в ГНСС, относятся ксигналам с модуляцией типа ФКМ.
При этом сам код, накладываемый нанемодулированную несущую, может иметь различную структуру. Всовременных ГНСС можно встретить следующие варианты:1. модулирующая последовательность содержит дальномерныйкод (ПСП) и последовательность символов ЦИ (сигналыГЛОНАСС L1 и L2 с частотным разделением; сигнал с C/Aкодом GPS L1; сигналы первого поколения (существующие)BEIDOU (COMPAS) L1 и L2);2. модулирующаяпоследовательностьсодержиттолькодальномерный код (ПСП);3. модулирующая последовательность содержит дальномерныйкод (ПСП) и дополнительный известный и периодическийоверлейный код, синхронизированный с символами ЦИ (Pilotкомпоненты сигнала ГЛОНАСС L3 и перспективных сигналовГЛОНАСС L1 и L2 с кодовым разделением; Pilot-компонентысигналов GPS L1C и L2C; Pilot-компоненты сигналов GALILEOE5a, E5b и E1);4.
модулирующая последовательность содержит дальномерныйкод (ПСП), дополнительный известный и периодическийоверлейный код, синхронизированный с символами ЦИ, ипоследовательность символов ЦИ (Data-компоненты сигналаГЛОНАСС L3 и перспективных сигналов ГЛОНАСС L1 и L2 скодовым разделением; Data-компоненты сигналов GPS L1C иL2C; Data-компоненты сигналов GALILEO E5a, E5b и E1).При этом если сигнал разделен на измерительную (Pilot) иинформационную (Data) компоненты, то вход в синхронизм целесообразноосуществлять именно по Pilot-компоненте, так как в ней отсутствуетнеизвестная последовательность символов ЦИ.Рассмотри первый вариант структуры сигнала (ПСП+ЦИ). Очевидно,что осуществить поиск сразу по выборке 50…100 мс для такого сигнала неполучиться в силу присутствия неизвестной последовательности символовЦИ.
В этом случае процедура входа в синхронизм разбивается на два этапа:− определение фазы кода ПСП и грубая оценка частоты несущей наинтервале5…10 мс(наинтерваленеболееполовиныдлительности символа ЦИ);− уточнение оценки частоты несущей до необходимой точности.Первая задача может быть в принципе реализована с помощь любогорассмотренного выше варианта алгоритма поиска и обнаружения.Вторая задача может быть решена либо с помощью ЧАП, либо спомощью специального алгоритма точного входа в синхронизм. Второйвариант реализуется следующим образом.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
