16
уменьшением числа накоплений при вычислении сигнала ошибки в режиме слежения, может быть компенсировано сужением шумовой полосы фильтра петли ССЗ без ухудшения ее динамических характеристик. Таким образом, ценой за двукратное сокращение вычислительных затрат является снижение на 0,46 дБ отношения сигнал/шум на входе ФАПЧ.
Приведено обоснование выбора параметров ССЗ и ФАПЧ.
Отмечено, что характеристики систем слежения определяются двумя факторами – увеличением случайной погрешности оценок задержки и фазы несущей частоты из-за уменьшения интервала корреляции и снижением помехоустойчивости из-за ухудшения автокорреляционных свойств квадратурных накоплений на выходе МКК. Первый фактор является платой за увеличение числа «виртуальных» каналов МКК. Путем выбора значения 0,
можно достичь разумного компромисса между допустимой погрешностью оценок и числом
«виртуальных» каналов. Для сигналов с кодовым разделением снижение помехоустойчивости проявляется в искажении оценок задержки и фазы несущей частоты из-за присутствия во входной смеси сигналов нескольких НКА. Для суммы сигналов двух НКА в наихудшем случае,
когда доплеровские частоты НКА совпадают, результат свертки определяется выражением:
= |
|
|
+ |
|
− , |
|
|
|
|
|
0 |
где , – амплитуды сигналов -го и -го НКА; = ±1 ; ( ) и ( ) – авто- и взаимнокорреляционная функции ПСП; 0 – положение максимума ( ). В окрестности 0
справедлива аппроксимация: ( ) ≈ (1 − − 0 ), где = ( 0). С уменьшением интервала корреляции величина увеличивается, что приводит к искажению результатов свертки и, как следствие, к изменению случайной и появлению систематической погрешности оценок задержки и фазы несущей частоты. Первый эффект связан с изменением крутизны дискриминационной характеристики (ДХ), а второй – с ее смещением. Для ССЗ и ФАПЧ получены аналитические зависимости параметров ДХ от длительности интервала корреляции и соотношения уровней полезного сигнала и помехи. Показано, что ФАПЧ остается устойчивой во всем диапазоне отношений сигнал/шум, характерных для космического потребителя, даже в наихудших условиях. Даны рекомендации по выбору длительности интервала корреляции и использованию измерений задержки в наихудшем случае.
Заключение
1.Разработан программный комплекс для моделирования условий приема сигналов
GPS/ГЛОНАСС в БАСН, с помощью которого выявлены особенности приема сигналов космическим потребителем и определены основные параметры алгоритмов первичной обработки.
17
2.На основе анализа существующих подходов к проектированию приемников спутниковых навигационных систем предложена архитектура БАСН с динамически изменяемым числом каналов МКК на базе вычислительной платформы, удовлетворяющей требованиям к аппаратуре космического базирования. Приведены примеры реализации основных функциональных блоков БАСН.
3.Предложен метод адаптивной обработки сигнала в МКК, позволяющий существенно снизить требования к производительности ЦП по сравнению с известными схемами программной реализации коррелятора. Показана эффективность предложенного метода.
4.Предложен метод комбинированного поиска сигналов СРНС в навигационном приемнике космического базирования, включающий в себя несколько типов поиска. При этом наиболее эффективная схема поиска выбирается автоматически на основании априорной информации о доплеровском смещении частоты. Приведена методика расчета параметров поиска.
5.Предложен метод с временны́м разделением систем слежения за задержкой огибающей и фазой несущей частоты, позволяющий уменьшить вычислительные затраты по сравнению с традиционным подходом. Обоснован выбор параметров петель слежения.
6.Исследовано влияние внутрисистемных помех на характеристики систем слежения за задержкой огибающей и параметрами несущей частоты, а также алгоритма выделения информационных символов при использовании неполного ансамбля входных отсчетов для вычисления квадратурных составляющих свертки. Получены аналитические зависимости погрешностей оценок задержки огибающей и фазы несущей частоты от параметров помехи в наихудшем случае, когда доплеровские смещения частоты сигнала и помехи совпадают.
Таким образом, в диссертации представлено обоснованное решение важной научно-
технической задачи проектирования архитектуры приемника сигналов GPS/ГЛОНАСС для навигации космических аппаратов и разработки методов первичной обработки сигналов, снижающих уровень требований к производительности вычислительной платформы.
Цитируемая литература:
1.Радионавигационный план Российской Федерации [Электронный ресурс] / Сетевое издание Российский навигационный сервер ОАО НТЦ «Интернавигация». – Режим доступа: http://www.internavigation.ru/documents/RNP2011.doc.
2.Montenbruck, O. GNSS Receivers for Space Applications [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.iapg.bv.tum.de/mediadb/14973/14974/04_ACES_WS_08_SGNSS.pdf.
3.Осипенко, П. Н. Микропроцессоры для космических применений / П. Н. Осипенко // Электронные компоненты. – 2010. – №1. – с. 66-69.
4.Cайт компании EADS Astrium [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
18
http://www.astrium.eads.net/en/equipment/mosaicgnss-receiver.html.
5.TerraSAR-X Precise Trajectory Estimation and Quality Assessment / Y. Yoon [et al] // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2009. – № 6. – pp. 1859-1868.
Основные результаты диссертации опубликованы в следующих печатных трудах.
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России:
1.Михайлов, Н.В. Опыт использования метода «SoftFlex» в аппаратуре потребителей спутниковой навигации / Н.В. Михайлов, В.В. Чистяков // Гироскопия и навигация. – 2012. –
№ 4. – с. 105-114.
2.Михайлов, Н.В. Методы поиска сигналов спутниковых навигационных систем в приемниках космического базирования. Часть 1. Комбинированный поиск / Н.В. Михайлов, В.В. Чистяков // Гироскопия и навигация . – 2013. – № 4 (83). – с. 60-71.
3.Михайлов, Н.В. Методы поиска сигналов спутниковых навигационных систем в приемниках космического базирования. Часть 2. Расчет параметров комбинированного поиска / Н.В. Михайлов, В.В. Чистяков // Гироскопия и навигация. – 2014. – № 1 (84). – с. 70-80.
4.Михайлов, Н.В. Метод слежения за задержкой сигнала в бортовой аппаратуре спутниковой навигации с программным коррелятором / Н.В. Михайлов, В.В. Чистяков // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. – 2013. – № 5. – с. 60-66.
5.Mikhailov, N.V. The SoftFlex Approach in the User Equipment for Satellite Navigation: Examples of Application / N.V. Mikhailov, V.V. Chistyakov // Gyroscopy and navigation. – 2013. – № 1. – pp. 50-56.
6.Mikhailov, N.V. Signal Search Methods for Space-Based GNSS Receivers. Part 1. Combined Search / N.V. Mikhailov, V.V. Chistyakov // Gyroscopy and navigation. – 2014. – № 2. – pp. 8389.
7.Mikhailov, N.V. Signal Search Methods for Space-Based GNSS Receivers. Part 2. Computation of the Combined Search Parameters / N.V. Mikhailov, V.V. Chistyakov // Gyroscopy and navigation,
в печати.
Другие статьи и материалы конференций:
8.Botchkovski, A., Chistyakov, V., Golubev, M., Mikhailov, N., Pospelov, S., Vasilyev, M., Krauss, P.A., Fichter, W., Mittnacht, M., Gottzein, E. SoftFlex: An Advanced Approach to Design of GNSS Receiver with Software Correlator // In Proceedings of ION GPS-99. – Nashville, Tennessee, 1999. – c. 353-362.
9.Krauss, P.A., Fichter, W., Mittnacht, M., Bruder M., Chistyakov, V. Development of the MosaicGNSS, a spaceborne GPS/GNSS Receiver to be used in LEO, GEO and GTO // In
19
Proceedings of the Conference on Data Systems in Aerospace (DASIA 2000). – Montreal, Canada, 22-26 May 2000.
10.Krauss, P.A., Berberich, S., Mittnacht, M., Bruder M., Botchkovsky, A., Chistyakov, V., Golubev M. Correlation in Software in Comparison to Correlation in Hardware // International Workshop on Aerospace Applications of the Global Positioning System. – Breckenridge, Colorado, January 2000.
11.Михайлов, Н.В. Опыт использования метода «SoftFlex» в аппаратуре потребителей спутниковой навигации / Н.В. Михайлов, В.В. Чистяков // Материалы ХIX Санкт-
Петербургской межд. конф. по интегрированным навигационным системам. – СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». – 2012. – с. 324-330.
Монографии:
12.Михайлов, Н.В. Приемники спутниковой навигации космического базирования :
архитектура и первичная обработка сигналов / Н.В. Михайлов, В.В. Чистяков. – Воронеж : изд-во «Научная книга», 2014. – 124 с.
Патент:
13.Бочковский, А.Л., Васильев, М.В., Голубев, М.А., Михайлов, Н.В., Поспелов, С.С., Чистяков, В.В. Пат. 2140090 Российская Федерация, MПК 6G01S1РФ G01S1/30, G01S5/12 Цифровой приемник спутниковой радионавигационной системы / заявитель и патентообладатель ООО «Софт Нав». – № 99104407/09 ; заявл. 12.03.99 ; опубл. 20.10.99. – 14 с. : 5 ил.
Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ:
14.Комплекс встроенного программного обеспечения для навигационного приемника GPS на основе программного коррелятора: свидетельство об офиц. регистрации программы для ЭВМ 990066 Российская Федерация / ООО «Софт Нав» – № 980694 ; опубл. 15.02.99.
Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве
Личный вклад автора состоит в том, что в работах [1, 5, 8, 11, 13] проанализированы и обобщены исходные данные по архитектуре приемников с программным коррелятором и сформулирована идея метода адаптивной обработки сигналов; в работах [2, 3, 6, 7] предложена идея комбинированного метода поиска сигналов и получены аналитические соотношения для расчета параметров поиска; в работе [4] предложен метод слежения за параметрами сигнала и обоснован выбор параметров петель слежения; в работе [9] изложено содержание работы виде научной публикации; в работе [10] выполнены экспериментальные исследования загрузки ЦП; в работе [14] реализовано программное обеспечение многоканального коррелятора. Работа [12]
20
представляет собой систематизированное изложение предыдущих работ автора, кроме того, в
работе [12] автором лично получены оценки энергетических потерь при реализации программного коррелятора и выполнен анализ характеристик квадратурных отсчетов на выходе коррелятора, получены аналитические соотношения для оценок задержки и фазы несущей частоты и вероятности ошибки приема символов при адаптивной обработке сигнала, а также разработан программный комплекс для исследования особенностей приема сигналов спутниковых навигационных систем в космосе.