Сигналы СРНС

В аппаратуре потребителей СРНС обрабатываются два сигнала спутников: навигационный, служащий для измерительных целей, исигнал, несущий служебную информацию. Оба сигнала излучаются спутниками одновременно на одной несущей частоте и поэтому должны содержать признаки, по которым можно идентифицировать излучающий их НИСЗ [6].

2.1. Навигационный сигнал

Этот сигнал служит для определения дальности и скорости потребителя. Высокую точность как по дальности, так и по скорости при обработке одного и того же сигнала можно получить только в том случае, если этот сигнал имеет широкий спектр и большую эффективную длительность, т.е. относится к классу сложных сигналов. В СРНС наиболее употребительны сложные непрерывные сигналы, манипулированные по фазе псевдослучайным дальномерным кодом (псевдошумовые сигналы ПШС), при которых полностью используется малая (порядка сотен ватт) мощность передатчика НИСЗ, значение которой трудно увеличить из-за ограниченных энергетических ресурсов спутника.

Дальномерный код (код Голда) формируется из двух М- последовательностей Р ₁ (х) и Р ₂ (х) с образующими полиномами, например, вида

Р ₁ (х) = 1 +x³+х¹⁰, Р₂ (х) = 1 +х ² +х ³ + x ⁵ +x ⁸ +x ⁹ +x ¹⁰.

Обе М -последовательности имеют одинаковые тактовую частоту и период. Для получения дальномерного кода эти последовательности складываются по модулю два:

, (3.5)

где n_i – число символов, задающие фазовый сдвиг кода i -го спутника.

Сформированный код (рис. 3.1) используется для бифазной (0 и 180°) манипуляции несущей частоты навигационного сигнала и состоит из элементов длительностью t _к. Период повторения кода Т _пк определяет интервал однозначности по дальности, составляющий, например, 300 км при Т _пк=1 мс. Многозначность разрешается либо с помощью кода с большим T _пк, либо с помощью грубой информации от системы счисления координат. От длительности элемента кода t _к зависит точность дальнометрии, которая тем выше, чем меньше t _к. Значения t _к лежат в пределах 0,1...1,0 мкс.

Рис. 3.1. Основные параметры дальномерного кода СРНС

Если зона однозначности и точность, реализуемые при данном коде, не удовлетворяют требованиям, то используют более сложные (точные) коды с большим Т _пк и меньшим t _к. Однако при этом возрастает время поиска кода и усложняется аппаратура из-за большого числа его элементов п. Точный код передают путем бифазной модуляции (90 и 270°) той же или второй (f ₂) несущей частоты.

Для разделения сигналов от разных НИСЗ используют либо временную(как, например, в системе «Navsat»), либо структурную селекцию. При временной селекции каждый из НИСЗ работает в отведенный для него интервал времени.

В основе выделения ПШС требуемого НИСЗ в системах типа «Navstar» лежит образование корреляционной функции (КФ) с формируемым в аппаратуре потребителя кодом, соответствующим выбранному спутнику. Поэтому коды, присвоенные каждому из спутников, должны быть ортогональными, т.е. давать КФ, близкую к нулю, и обладать малым уровнем боковых «лепестков» КФ для уменьшения взаимных помех. Ортогональность кодов достигается выбором n _i в выражении (3.5), т.е. сдвигом кода по фазе. Из всей совокупности кодов Голда (1025) выбирают 37 и присваивают их соответствующим спутникам системы. Уровень боковых «лепестков» КФ для M -последовательностей пропорционален , где .

Формирование несущих и тактовых частот кодов. Все требуемые частоты получают на НИСЗ от одного стандарта частоты. В системе «Navstar», например, несущие частоты f ₁ = 1575,42 и f ₂ = 1227,6 МГц получаются путем умножения на 154 и 120 частоты эталонного генератора F ₀ = 10,23 МГц.

В системе «Navstar», для защиты от несанкционированного доступа, используются два режима работы: общедоступный – С/А и защищенный – Р (protected). В силу хаотичности М -последовательности на протяжении ее периода l = р^т – 1 последнюю можно считать хаотической и на протяжении укороченной части ее периода l _ук < l.

Так, в защищенном коде Р спутниковой навигационной системы «Navstar» на двух 24-элементных регистрах сдвига (т = 24) могут быть в принципе независимо сформированы две двоичные (р = 2) неукороченные М -последовательности с периодом l = 2²⁴ – 1 = 16 777 215. Сложение по модулю 2 двух таких произвольно сдвинутых последовательностей привело бы к образованию сдвинутой М -последова­тельности того же самого периода l. Фактически же на упомянутых регистрах формируются две укороченные М -последовательности с различными периодами l '_ук = 15 345 000 и l" _ук = 15 345 037. Сложение этих последовательностей по модулю 2 со сдвигом временных элементов на v, зависящим от номера спутника, по формуле (3.2), дает новую цифровую хаотическую последовательность с периодом, оцениваемым произведением l' _ук l" _ук. При частоте следования элементов кода 10,23 МГц этому цифровому периоду соответствует временной период около 38 недель, так что на протяжении недели (время смены кода) излучение символов для лиц и систем, не имеющих дополнительной информации, можно считать хаотическим.

При формировании легко обнаруживаемого кода С/А системы «Navstar» используются два десятиэлементных регистра (т = 10) и установлена пониженная частота следования кодовых импульсов 1,023 МГц. В результате отбирается для использования только 37 кодов, присваиваемых различным спутникам. Синхронизация потребителя по коду С/А предшествует его синхронизации по коду Р, для которой должен быть известен кодовый ответ на вопрос «How» («каким образом»).

Частота F ₀ = 10,23 МГц является тактовой для точного кода (P), а частота F ₀ / 10 – тактовой для грубого кода (C/A). Параметры стандартов частот, приведены в табл. 3.1, из которой очевидно преимущество ЦСЧ и ВСЧ по долговременной (за сутки) нестабильности частоты df.

3. Сигнал служебной информации

В СРНС каждый из НИСЗ передает сигнал служебной информации содержащий свои эфемериды и альманах, содержащий эфемериды всех НИСЗ системы. Сигнал служебной информации передается кодом, тактовая частота которого значительно меньше, чем у дальномерных кодов. При этом длительность элемента кода служебной информации в несколько десятков раз больше длительности t _к дальномерного кода. Код служебной информации D(t) накладывается на дальномерный код путем сложения по модулю два, и результирующий модулирующий сигнал имеет вид P_i(t) Å D_i(t).

Дата добавления: 2014-01-07