Глава 6. Радиосигналы и навигационные сообщения

Требования, предъявляемые к радиосигналу

Навигационные параметры СНС определяются через соответствующие параметры радиосигнала (радионавигационные параметры). Основными навигационными параметрами являются дальность и радиальная скорость, определяемые, соответственно, через задержку сигнала τ и доплеровское смещение частоты Fd. От  точности измерения параметров радиосигнала зависит, удовлетворяет  ли СНС главному требованию - высокой точности измерения  навигационных параметров. Для более точного измерения задержки сигнала τ необходимо расширять спектр сигнала, а это означает сокращение его длительности.  В то же время, для  повышения точности измерения доплеровского сдвига частоты Fd  необходимо увеличивать длительность сигнала. Противоречие разрешимо при условии совместной оценки  погрешностей при определении параметров τ и Fd. Минимальное значение общей погрешности, выражаемое через произведение среднеквадратичных ошибок στ и σf,  определяется выражением

σ τ ∙ σ f =1/ ( q²   ∙ α∙ β), где:              (2.10)

q - отношение сигнал/ шум;

α- эффективная длительность сигнала;

β – эффективная ширина спектра сигнала.

 

Произведение α∙β = В называется базой сигнала. Увеличивая базу сигнала, можно добиться повышения точности совместных оценок задержки сигнала и доплеровского смещения частоты. Следовательно, большая база сигнала является обязательным условием функционирования СНС.  

Следующее важное условие - наличие многостанционного доступа. При определении навигационных параметров потребитель, как правило, принимает сигналы от различных НКА, в том числе и одновременно. Поэтому потребитель должен располагать принципиальной возможностью одновременного доступа к сигналам от различных НКА.В разных СНС проблема многостанционного доступа решается по-разному: путем временного, частотного или кодового разделения сигналов от различных НКА. Например, в GPS NAVSTAR используется  кодовое разделение сигналов, а в ГЛОНАСС – частотное,

При кодовом разделении в системе NAVSTAR в общей сложности излучаются три псевдослучайных дальномерных кода:

Р-код, являющийся основным дальномерным кодом. Псевдослучайный дальномерный  Р-код, индивидуальный для каждою НКА, далее мы будем обозначать, как Pi( t)), где i- индивидуальный номер НКА. Р i( t) представляет собой последовательность длиной 7 дней, со скоростью передачи 10.23 Мб/с. Эта последовательность формируется сложением по модулю 2 двух подпоследовательностей, обозначаемых, как X1 и Х2i; их длина соответственно 15,345,000 и 15,345,037 элементов. Последовательность Х2i, формируется из последовательности Х2 избирательной задержкой на длительность от 1 до 37 элементов, что позволяет сформировать 37 индивидуальных последовательностей Р-кода длиной 7 дней. Из них 32 варианта используются НКА, остальные 5 зарезервированы для иных целей? например, для наземных передатчиков.

Y-код, применяемый вместо Р-кода при включении режима предотвращения преднамеренных помех и несанкционированного доступа к информации A/S ( Antispoofing)/ Y-код представляет собой закрытый Р-код, и доступен для расшифровки только лицензированными пользователями, имеющими соответствующий ключ. Поэтому Y-код принято обозначать как Р(Y) код. Использование Y-кода определяется специальными документами ICD-GPS-203, ICD-GPS-224 и ICD-GPS-225.

Открытый код С/А (Coarse/Acquizion, «грубый захват»), который используется для первичного вхождения в режим слежения и последующего захвата точного Р или Р(Y) кода.

Предусмотрена возможность преднамеренного снижения точности определения координат по коду С/А до уровня 100 м. В настоящее время преднамеренное снижение точности не используется, но может быть введено по решению правительства США.

НКА способны излучать «некорректные» версии С/А и Р(Y) кодов для защиты пользователей от приема недостоверных навигационных сигналов, которые могут быть сформированы в результате выхода из строя бортовой системы синтезирования относительных частот. Эти два «некорректных» кода получили название нестандартного С/А (NSC) и нестандартного Y (NSY). Коды NSC и NSY не предназначены для использования потребителями GPS NAVSTAR и не входят в стандартный интерфейс. Кодовые последовательности образуют однозначные неразделимые пары, состоящие из соответствующих С/А и Р последовательностей.

В системе ГЛОНАСС, использующей частотное разделение каналов, для НКА, находящихся на взаимно антиподных орбитальных позициях, применяются одинаковые рабочие частоты. Поэтому при 24 действующих НКА минимальное число рабочих частот в диапазонах L1 и L2 равно 12, поскольку наземный или околоземный потребитель не может принимать сигналы одновременно от двух антиподных НКА.

Номинальное значение рабочей частоты сигнала каждого канала, передаваемого в диапазонах L1и L2, определяется, соответственно, выражением:

f k 1 = f 1 + k∙ Δf 1                       (2.8)

f k 2 = f 2 + k∙Δ f 2,                 (2.9)

 

где: к =  номер частотного канала, f1 = 1602 МГц – несущая частота диапазона L1;

Δf1 =562,5 кГц; f2 =1246 МГц – несущая частота диапазона L2; Δf2 = 437,5 кГц.

Таким образом, рабочие частоты соседних каналов диапазона L1 отличаются друг от друга на частоту 525,5 кГц, а диапазона L2 – на частоту 437,5 кГц.

Несущие частоты диапазонов L1 и L2 когерентно формируются из одного источника опорной частоты бортового эталона НКА. Отношение  частот L2/L1 = 7/9 и всегда строго постоянно, величина отклонения не превышает 2,2∙10¹¹ На частотах диапазона L1 излучаются сигналы стандартной и высокой точности ( соответственно, эквиваленты кодам С/A и Р), а на частотах L2 – только высокой точности.

 

Шумоподобные сигналы

Из выражения στ∙Σf = 1/(q ∙α∙β) [17]  следует, что для достижения высокой точности измерения параметров навигационного сигнала в СНС целесообразно использовать сигналы с большой базой В >> 1. Такие сигналы принято называть шумоподобными или широкополосными (ШПС).

В СНС шумоподобные сигналы получают путем дополнительной модуляции радиосигнала. Принято различать следующие разновидности ШПС:

-      частотно-модулированные;

-      многочастотные;

-      фазоманипулированные;

-      дискретные частотные, или частотно-манипулированные;

-      дискретные составные частотные.

В современных СНС применяются фазоманипулированные сигналы. Для получения фазоманипулированного ШПС исходный импульс длительностью τs разбивается на N элементов с длительностью τN = τs/N. При этом база сигнала вычисляется как В = τs/τN. Эквивалентная ширина спектра полученного ШПС в В раз больше, чем у исходного сигнала. Фазоманипулированный сигнал стандартной точности в ГЛОНАСС имеет параметры τs = 20 мс, τN = 2 мкс, В =2 10⁴ Сигнал стандартной точности GPS имеет параметры: τs= 20 мс,  τN= 1 мкс, В =2∙10⁴.

Системы с ШПС имеют высокую помехоустойчивость, так как помехоустойчивость определяется значением базы сигнала. В практическом приложении это означает, что шумоподобные сигналы имеют спектр, ширина которого намного превышает ширину спектра большинства встречающихся помех естественного и искусственного происхождения. Благодаря тому, что шумоподобные сигналы имеют низкую спектральную плотность, в В раз меньшую, чем у узкополосного сигнала (энергия ШПС распределена по широкой полосе частот), им присуща повышенная скрытность и защищенность от постановки преднамеренной помехи. Во многих случаях ШПС с заранее не известными параметрами незаметен стороннему наблюдателю на фоне естественных шумов эфира.

⇐ Предыдущая31323334353637383940Следующая ⇒

Поделиться: