Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1152062), страница 92
Текст из файла (страница 92)
также Яр1жег Л. 3, СБР 8!йпз1 31гнс1нге апб Рег1огшапсе Сйага«1еиьцсь. — !х1ау!йа1!оп, 1978, у. 25, Х 2, р. 121 — !46. (Придя ресэ.) Экваториальная компонента движения этих навигационных спутников направлена в сторону вращения Земли. 459 Рис, 17.7. Конфигурация орбит спутниковой навигационной системы «Навстар». Угол наклонения орбит к плоскости зкватора 63', на каждой орбите равномерна размещены восемь спутников Рис.
17.8. Внешний вид навигационного спутника «Навстар», стабилизированного по трем осям. расположенные с двух сторон солнечные батареи площадью приблмзительно 6 м' имеют две степени свобопы относительно направления на полине и относительна направления движения по орбите Спутники стабилизированы по трем осям (рис. 17.8) и имеют атомные стандарты частоты. По линн~и вниз (спутник — Земля) передается информация об относительной ошибке бортового атомного стандарта частоты. Эта информация получается от управляющей земной станции.
На рисунке видны 12 спиральных антенн, формирующих диаграмму направленности с раствором главного лепестка приблизительно в 29', покрывающую с этой высоты всю видимую поверхность Земли. В отличие от спутников связи, навигационные спутники Навстар не имеют ретрансляторов сигналов. Вместо этого каждый абонент навигационной системы работает в пассивном режиме, получая и следя за навигационными сигналами от каждого из четырех или ббльшего числа спутников. Абонентская аппаратура рассчитана на прием и обработку от 6 до 11 спутниковых сигналов одновременно. Линия связи спутник — Земля несет также оперативную информацию о точном местоположении в пространстве спутника в данный момен времени по отсчету его опорного генератора. Каждый спутник передает псевдослучайные кодовые последовательности с четко синхронизированной частотой следования элементов 10,23 и 1,023 Мбит/с.
Эти сигналы модулируют высоко- стабильные несущие в (.-диапазоне частот, так что самолеты, подвижные объекты на суше н корабли могут принимать такие снг. налы от каждого из четырех спутников с целью определения своего местоположения и точного времени в точке нахождения. В общем случае абонент этой системы может не иметь точного опорного генератора времени.
Следовательно, он может измерять условное расстояние (т. е. фактическое расстояние с некоторой постоянной по величине поправкой) до каждого спутника. Четыре измерения условного расстояния дают возможность абонен. ту найти четыре неизвестных: координаты в пространстве х, ц. г и время й Две несущие в Т.-диапазоне имеют частоты 1575,42 н 1227,6 МГц, что позволяет производить независимые измерения, Такой подход позволяет скорректировать групповое время запаздывания сигналов в ионосфере за счет знания разницы в запаздывании на различных частотах, которая пропорциональна величине йГ1"' (см. $ 17.8).
17.5. ВИДЫ СИНХРОНИЗИРУЮЩИХ СИГНАЛОВ Все описанные в 9 17.3 методы обшей синхронизации в спут. ннковой системе связи основаны на передаче сигнала з(1 +та) и приема сигнала з(1+т+та),гдеформа сигналов з(1) заранее известна абоненту на приемной стороне. В приемном устройстве необходимо произвести измерение значения т+т4 при наличии теплового шума н динамических изменений параметров аппаратуры. Для синхронизации можно использовать любой нз сигналов з(1) с периодом следования Т, превосходящим интервал неопределенности при измерении расстояний в системе или времени ус тановления синхронизации систем.
Например, если задержка 460 сигнала в обе стороны в спутниковой системе заранее известна и близка по величине к 0,05 с, то период сигнала должен превосходить 0,05 с. Форма синхронизирующих сигналов может быть разнообразной. Широко используются следующие типы синхронизирующих сигналов. 1. Многочаетотнозй сигнал. Этот сигнал получается в результате модуляции синусоидальной несущей по фазе (или по амплитуде) последовательно или одновременно группой гармонических сигналов (тонов) тЯ о Хаз з!и 2я1;й Частоты этих сигналов обычно свЯзаны соотношением 1т=1о4'. ОсновнаЯ гаРмоника имеет период Т= 111о, где Т вЂ” интервал неопределенности. На рис. 17тй показаны три первые гармоники многочастотного сигнала. зш Риц !7.9. Перине три компоненты многочастотного сигнала, используемого дли оценки дальности между земной станцией н спутником.
Фазовый шум нри приеме каждой из зтик компонент должен быть настолько мвл, чтобы избежать неоднозначности выбора иериода комио- ненты с ббльшей частотой Сначала определяются моменты пересечения нулевой линии в положительном направлении основной компонентой с частотой )о. Фазовые искажения при этом измерении должны быть настолько малыми, чтобы можно было однозначно определить моменты перехода через нулевую линию гармоники с частотой 41о. До тех пор пока не возникает неопределенность, точность оценки времени определяется фазовым шумом на частоте наивысшей по частоте компоненты 1„=1р 4'. В некотоРых слУчаЯх компоненты многочастотного сигнала передаются не одновременно, а последовательно во времени. 2.
Структурно-лйеандровый сигнал. В качестве такого сигнала можно использовать несущую, модулированную импульсными последовательностями с различными частотами повторения импульсов, т. е. модулировать несущую суммой сигналов прямоУгольной фоРмы с частотами 14=1о 2', или 1о 4', как это показано на рис. 17,10. В этом случае вместо многоуровневого суммирования пяти сигналов прямоугольной формы использовано формирование сигнала по знаку большинства. В результате формируется структурно-меандровый сигнал. для выделения отсчета времени по такому сложному сигналу используется то обстоятельство, что 461 каждая из составляющих хорошо коррелирована с общим сигналом. 3. Псевдослучайная импульсная последовательность (шумоподобный сигнал — ШПС). В этом случае несущая модулируется по фазе методом двухфазной илй четырехфазной ФМ одной или несколькими двоичными псевдослучайными последовательностями.
Период этих последовательностей равен или превышает Т. Рис. !7.70. Пример формирования ст андрового сигнала рга вяп ~а,(!) руктурно-ме- как суммы меандровых последовательностей с кратными час- тотами Г274] 462 Сложные по структуре последовательности, такие, как комбинация составленных по правилам мажоритарной логики нескольких псевдослучайных последовательностей с более короткими периодами, могут использоваться с целью быстрого вхождения в синхронизм (см. гл.
18). 4, Ограниченный во времени отрезок ШПС. Можно использовать ШПС, описанный выше, но ограниченный во времени прн периодической передаче его с малым коэффициентом заполнения. Синхронизирующий сигнал в виде многочастотного сигнала расшифровывается последовательно или параллельно группой генераторов с фазовой автоподстройкой частоты. Выявление всех фаз ~йь Оз, ..., О„обеспечивает оценку относительной задержки сигналов и является наиболее эффективным методом для передачи сигналов в канале с белым гауссовским шумом.
Различные абоненты системы связи могут использовать такой сигнал для синхронизации, стробируя его и передавая в последовательные моменты времени 1230*, 1951. Если обеспечивается однозначность всех периодов компонент разных частот многочастотного сигнала, точность определения момента времени определяется фазовой ошибкой (отношением С/Ш) на высшей частотной составляющей сигнала. Кроме этого, информация о доплеровском сдвиге частоты выделяется при слежении непосредственно за несущей сигнала.
Одновременная пе. редача нескольких сигналов рассматриваемого вида, т. е. обеспечение многостанционного доступа в одном и том же частотном канале, в общем случае не слишком удобна, ибо генераторы с ФАПЧ будут синхронизироваться не одним входным сигналом, а одновременно несколькими независимыми сигналами. В этих условиях ФАПЧ захватывает наиболее сильный сигнал, а все дру. гие сигналы будут подавлены. В случае применения для синхронизации шумоподобных сиг.
палов слежение может производиться с помощью следящего дискриминатора. Важным достоинством этого вида сигналов является их относительная устойчивость к помехам, возникающим при многостанциониом доступе нескольких абонентов, а также к комбинационным искажениям, появляющимся при передаче других сигналов, или же к паразитным гармоническим колебаниям. Доплеровский сдвиг частоты радиочастотного псевдослучайного сигнала может быть отслежен после свертки ШПС одновременно с выделением времени задержки этого сигнала.
По этой при. чине при общем предпочтении к цифровым сигналам особое внимание в этой книге уделяется псевдослучайным синхронизирующим сигналам. В гл. 18 описываются методы и основные характеристики следящих схем для приема ШПС. Основа ШПС— псевдослучайные последовательности символов формируются обычно с помощью регистров сдвига, разряды которого охвачены цепями обратной связи. На рис. 17.11 приведена функциональная схема простого четырехразрядного регистра сдвига с обратными связями. Пусть в момент времени 1= 1 состояния разрядов регистра будут 0100.
зыоод Таомодио ооодоаоы Ряс. 17.П. Структурная схема четмрехразрядного регистра сдвига с обратной связью, формирующего 15-злемеятную псевдослучайную последовательность 463 Возможные четырехзлементные комбинации символов, соответствующие состояниям разрядов регистра, можно записать в виде Последовательные мо- менты времени .. 1 Символы на выходе: 1-го разряда...
0 !б 2-го разряда... 1 3-го разряда... 0 4-го разряда .0 В процессе работы формируются все возможные четырехзлементные комбинации символов, за исключением комбинации 0000. Если бы такая комбинация сформировалась, т. е. все разряды регистра находились бы в некоторый момент времени в со. стоянии О, то дальнейших изменений состояний разрядов не было бы. На рис. 17.12 показаны выходная последовательность симво- Одена оы1 1+ + ° г====~ ° 67 171 11', - + н н с=.= ~ ° — ° е70его 71~ *его 91 ' '777 ° дщ *1Я лов для этого регистра и корреляционная функция )с('!) такого сигнала при символах вида + 1 и — 1.е Корреляционная функция всех последовательностей максимальной длины линейного регистра сдвига с периодом 2" — 1 имеет два уровня: постоянный уровень боковых лепестков и уровень основного максимума.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
