Материал: yyRWKpU9zi

11

опорного сигнала, свертка этих отсчетов с отсчетами входного сигнала, а также интегрирование результата свертки для получения первичных квадратурных накоплений I и Q. В измерителе РНП эти накопления используются для оценки текущей фазы кода и фазы несущей частоты, а

также отношения C/No для каждого из каналов. На основании этих оценок производятся измерения псевдодальности и псевдоскорости. Кроме того, в измерителе РНП осуществляется демодуляция информационных символов. В измерителе вектора состояния на основании измерений псевдодальности и псевдоскорости, полученных в разных каналах, вычисляются пространственные координаты, составляющие вектора скорости и поправка к шкале времени потребителя. На основании альманаха системы, передаваемого в навигационном сообщении, и

вектора состояния потребителя вычисляется набор НКА, находящихся в зоне радиовидимости БАСН. Решение об изменении числа каналов МКК и формировании списка назначенных НКА осуществляется в блоке назначения на каналы на основании данных о наборе «видимых» НКА,

статусе канала (поиск/захват/слежение) и времени интегрирования для каждого из каналов.

Измеритель загрузки ЦП вычисляет оценку среднего значения интервала времени,

затрачиваемого сигнальным процессором на выполнение всех задач, за фиксированный интервал времени, например, за одну секунду. По измеренному отношению сигнал/шум в блоке управления коррелятором вычисляется время интегрирования для каждого из каналов коррелятора, которое используется в МКК для вычисления свертки.

В третьем разделе «Многоканальный программный коррелятор с переменным временем интегрирования» предложен метод адаптивной обработки сигнала, позволяющий существенно уменьшить затраты ресурсов ЦП при вычислении свертки. Идея метода состоит в экономии ресурсов ЦП благодаря использованию неполного ансамбля входных отсчетов при обработке сигнала в корреляторе. При этом освободившиеся ресурсы ЦП могут быть использованы для обработки сигнала следующего НКА. Благодаря программной реализации МКК использование входных отсчетов в каждом канале коррелятора может осуществляться порциями с разными длительностью и периодичностью. Это позволяет перераспределить потери между каналами МКК в зависимости от уровня принимаемых сигналов, т.е. потери в каналах с низким уровнем сигнала могут быть уменьшены за счет тех каналов, в которых имеется некоторый запас помехоустойчивости. Допустимое количество пропущенных отсчетов в канале коррелятора определяется уровнем мощности принимаемого сигнала. Пусть – отношение сигнал/шум для

–го НКА, а 0 – минимальное значение отношения сигнал/шум, начиная с которого допускается использование неполного ансамбля входных отсчетов. Тогда коэффициент использования сигнала –го НКА, который определяется как отношение количества входных отсчетов, использованных при вычислении свертки на некотором интервале времени , к

превышению отношения сигнал/шум в этом канале относительно выбранного значения порога.

Следовательно, чем меньше уровень мощности сигнала в канале МКК, тем меньше величина потерь в этом канале. Для тех каналов, в которых отношение сигнал/шум меньше чем 0, при вычислении свертки используются все входные отсчеты. Число «виртуальных» каналов МКК в каждый момент времени определяется как наибольшее целое , для которого выполняется

канал корреляции, в котором для вычисления свертки используется полный ансамбль входных отсчетов. В приемнике с программным МКК число «виртуальных» каналов является переменным и зависит от условий приема сигналов.

Эффективность предложенного метода иллюстрируется рисунком 4, на котором представлена зависимость среднего числа «виртуальных» каналов МКК от значения порога 0 и

числа «базовых» каналов корреляции , полученная на основании результатов моделирования условий приема сигналов СРНС для низкоорбитального потребителя (МКС).

Как видно на графике, максимальная эффективность метода достигается при минимальном значении 0 . С увеличением порога эффективность метода снижается и при

0 ≥ 47 дБГц число «виртуальных» каналов совпадает с числом «базовых» каналов. Выбор значения 0 определяется допустимой погрешностью определения вектора состояния потребителя.

13

Схема канала программного коррелятора, использующего адаптивную обработку сигнала,

изображена на рисунке 5. Приведены детали реализации генераторов кода и несущей частоты.

Получены оценки размера памяти, необходимой для хранения отсчетов псевдослучайной последовательности (ПСП) и энергетических потерь, связанных с табличной реализацией генератора кода:

частота кода, – значение бокового максимума модуля нормированной автокорреляционной функции (АКФ) ПСП;

где 1 – номинальное значение несущей частоты, – доплеровское смещение частоты, –

длительность интервала корреляции, выраженная в периодах опорной ПСП.

Показано, что в условиях максимальной динамики потребителя суммарные потери,

обусловленные квантованием фазы ПСП ( 1 ) и использованием нулевого доплеровского смещения частоты при формировании таблицы опорной ПСП ( 2), не превышают 0,3 дБ.

Рисунок 5 – Схема канала программного МКК с переменным временем интегрирования С целью снижения требований к производительности ЦП при компенсации доплеровского

смещения частоты использована пакетная обработка отсчетов демодулированного сигнала.

Получена зависимость энергетических потерь при пакетной обработке от доплеровского смещения частоты и длительности пакета:

где – период дискретизации, – доплеровское смещение частоты, 2 – длительность пакета в отсчетах. Показано, что при максимальном доплеровском смещении частоты потери, связанные

14

с пакетной обработкой ( 3 ), не превосходят 1,2 дБ. Таким образом, суммарные потери описанной реализации МКК в наихудшем случае составят 1,5 дБ.

Проведен анализ характеристик квадратурных отсчетов на выходе МКК. Показано, что кроме ожидаемых энергетических потерь, вызванных уменьшением длительности интервала корреляции, при адаптивной обработке происходит ухудшение автокорреляционных свойств квадратурных накоплений. Получена зависимость отношения локального максимума АКФ дальномерного кода к глобальному от длительности интервала корреляции. Предложен метод,

позволяющий в режиме когерентного слежения за фазой несущей частоты восстановить свойства квадратурных накоплений. Идея метода состоит в усреднении результатов свертки на интервале нескольких последовательных периодов ПСП в соответствии с определенным правилом:

где ∆, ∆, ∆ – погрешности оценок параметров сигнала системами слежения за задержкой

(ССЗ) и фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), которые можно считать неизменными на интервале усреднения, и – фаза ПСП и ее оценка на начало –го интервала корреляции,

= – длительность интервала корреляции. При = −1 − получаем:

т.е. среднее значение суммы корреляций на интервале совпадает с корреляцией входной и опорной ПСП на интервале . Следовательно, соотношение глобального и локального максимумов среднего значения суммы АКФ для укороченной ПСП такое же, как у АКФ для ПСП в раз длиннее.

В четвертом разделе «Реализация основных алгоритмов первичной обработки сигналов спутниковых навигационных систем» исследованы особенности проектирования алгоритмов поиска, слежения за параметрами сигнала и демодуляции информационных символов в БАСН с программным МКК.

Проанализированы основные схемы поиска сигналов СРНС, используемые в приемниках спутниковой навигации. Показано, что использование в БАСН только последовательной схемы поиска сигналов в условиях полной априорной неопределенности приводит к недопустимому увеличению времени поиска из-за большого диапазона изменения доплеровской частоты. С

другой стороны, при использовании параллельной схемы поиска возникают трудности в организации работы канала МКК одновременно в режимах быстрого преобразования Фурье

(БПФ) и временной свертки. Так как параллельный поиск осуществляется в нереальном времени, то из-за высокой взаимной динамики потребителя и НКА за время работы БПФ