www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе 

Динамо-машины  Радионавигационные системы, спутниковая радионавигация 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [ 15 ] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

половинной МОЩНОСТИ - л: = 0,5, по первому нулю спектра - х = 0, ПО уровню а, % энергии [18], например а = 99 %, л: = 99 и т. д.):

Я, = Я +(по-1)А/-,+(по+1)з, (6.3)

где Пх1 - полоса частот сигнала каждого НИСЗ, отсчитываемая любым из указанных способов; Л/i - частотный разнос между двумя соседними сигналами от разных НИСЗ, определяемый допустимой степенью перекрытия спектров; за Afi может быть принята полоса при х = 0 для сигнала от одного НИСЗ; - защитный частотный интервал,-равный сумме частотной нестабильности генераторов различных НИСЗ и частотной неопределенности, вызванной эффектом Доплера.

Для ВЫСОКОТОЧНЫХ (iPHC, в которых используются ШПС, суммарная полоса Пх оказывается значительно больше значений, рекомендованных Регламентом радиосвязи [106].

Структурная селекция. При таком способе разделения излучений все сигналы передаются одновременно в одной полосе частот, а для разделения сигналов при приеме используются особенности их структуры, например различия кодов, поэтому данный способ называют также кодовым разделением. Для его реализации необходимо создать ансамбль сигналов, обладающих адресными признаками.

При кодовом разделении обычно используются квазиортогональные ШПС, следовательно, этому методу принципиально присущи взаимные помехи между адресами, обусловленные неидеальностью функций взаимной корреляции (ФВК) и называемые шумами неортогональности [91 ], .междуканальными или внутрисистемными помехами [109]. Для уменьшения шумов неортогональности необходимо выбирать ансамбль сигналов с хорошими взаимокорреляционными свойствами. Некоторые из способов построения таких ансамблей сигналов описываются в sect; 6.2.

Взаимокорреляционные свойства ансамбля сигналов характеризуются максимальным выбросом ФВК maxue и распределением боковых выбросов Uo, нормированных к корню квадратному из числа элементов кода -уМэ.

Если сигнал от каждого НИСЗ представляет собой непрерывное излучение с манипуляцией фазы по закону периодической последовательности и для передачи двоичной информации используется целое число периодов основной или негативной последовательности (сигнал С/А в системе laquo;Навстар raquo; [143]), то взаимокорреляционные свойства ансамбля сигналов от разных НИСЗ могут быть охарактеризованы [69, 91] периодической функцией взаимной корреляции (ПФВК) и меандроинвертиро-ванной взаимокорреляционной функцией (МИФВК).

При корреляционной обработке навигационного сигнала описанной выше структуры на определяющемся объекте взаимные помехи МОЖНО рассматривать в каждый момент времени как

результат сложения п ~1 независимых случайных векторов, амплитуды которых подчинены распределению амплитуд выбросов ФВК (ПФВК и МИФВК), а фазы равновероятны в интервале [0; 2л] [81]. Последнее условие выполняется в силу случайности расстояний ОТ НИСЗ до определяющегося объекта. При п gt;10 (или при больших базах сигнала) такая сумма формирует гауссовскую случайную величину с нулевым средним и дисперсией (мощностью)

Рмвых =( Ли - 1)

-Pip. 0,5Лэ,

(6.4)

где р, - коэффициент передачи мощности со входа приемника; Pi - мощность ОДНОГО мешающего сигнала на входе приемника; /)(кб)Лэ~--дисперсия распределения нормированных выбросов ПФВК (АФВК или МИФВК). Коэффициент 0,5 учитывает случайность фазы опорного сигнала по отношению к фазам мешающих сигналов [69].

Для М-последовательностей дисперсии выбросов функций ПФВК и МИФВК одинаковы [91] и равны D{U6)/N=\. В этом случае мощность помех

PMBb,x = 0,5(n -l)(iPi/V,. (6.5)

Отношение сигнал-шум по междуканальным помехам на выходе коррелятора в соответствии с (6.5) равно Рс/Рм = Лэ/0,5(Пп-1), значение его, приведенное к входу коррелятора, Рс/Рм =(0,5пп) ~, что при Пп = 3...23 составляет 0,67...0,087.

Таким образом, кодовое разделение излучений НИСЗ пассивной СРНС возможно, но ему присущи междуканальные помехи, которые должны учитываться при расчете показателей радиолинии НИСЗ - П. К достоинствам кодового разделения излучений на основе ШПС можно отнести малую чувствительность к узкополосным помехам и помехам из-за многолучевого распространения.

Кодовое разделение излучений НИСЗ на основе ШПС предполагало закрепление за каждым НИСЗ своего определенного кода. Однако возможны и другие варианты структурного разделения излучений при использовании ШПС: квазичастотное (ансамбль разделяемых сигналов образуется частичными сдвигами по частоте) или квазивременное (ансамбль разделяемых сигналов образуется частичными сдвигами по времени).

В обоих случаях код разделяемых сигналов одинаков, а возможность разделения основывается на свойствах двумерной периодической функции корреляции - ДПФВК- При разносе частот разделяемых ШПС, большем (Л/эТэ) где Тэ длина элементарного символа кода, а также при сдвиге во времени разделяемых ШПС, большем Тэ, сигналы можно считать квазиортогональными



[91]. Следовательно, для квазичастотного разделения излучений различных ИСЗ значение частотного разноса Л/ч должно быть A/iK4 gt;/3+l/VsTs (что существенно меньше л/,), а суммарная полоса частот для всех ИСЗ системы в соответствии с (6.3)

Я,Я +2з + (по-1)А/1кч.

Такой способ разделения применен в системе laquo;Глонасс raquo; (см. sect; 4.4).

Временной сдвиг излучений различных спутников относительно друг друга при квазивременном способе уплотнения Мкъ - Тз-\-Тъ и практически определяется защитным интервалом, рассчитываемым по (6.1).

Таким образом, применение ШПС в принципе позволяет организовать квазивременное разделение непрерывных сигналов от каждого спутника и тем самым практически исключить (при многоканальном приеме) дискретность местопределений, присущую временному разделению излучений.

В описанных структурных способах разделения излучений при использовании ШПС, единого для всех НИСЗ системы, предполагалось принудительное введение частотных или временных частичных сдвигов в излучения различных НИСЗ в передающих устройствах. Однако возможен и способ квазивременного (квазичастотного) разделения без введения специального сдвига в излучения различных НИСЗ, основанный на случайном расположении спутников - излучателей радионавигационных сигналов относительно П. В этом случае разделение характеризуется определенной вероятностью и называется laquo;вероятностным raquo;.

6.2. ВЕРОЯТНОСТНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ СИГНАЛОВ СПУТНИКОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ШПС В ССРНС

При вероятностном разделении иа всех НИСЗ устанавливается едииый дальномерный код и одинаковая несущая частота. Смещенные случайным образом внутри некоторого интервала по частоте и времени сигналы от различных НИСЗ системы могут быть разделены в приемном устройстве П в результате операции сжатия ШПС и последующей частотной селекции сжатых сигналов узкополосиым фильтром, если не найдется ни одной /-Й пары среди принимаемых сигналов, для которой одновременно выполняются следующие два условия:

разности времен прихода сигналов НИСЗ иа П отличаются менее чем иа длительность элементарного символа дальномерного кода т,;

разности доплеровских смещений частоты Д/д, отличаются менее чем иа полосу фильтра Д/,

Дг.) lt; т

(6.6)

Вероятность Pi выполнения условия (6.6) для любой из М возможных пар приходящих сигналов характеризует однократное иеразделеиие сигналов

Р, = Р{Л,ил2...и4

(6.7)

При и-кратном неразделении сигналов Р условие (6.6) должно выполняться для каких-либо п пар приходящих сигналов. Величины

Р = L РчР =\-Р

(6.8)

характеризуют соответственно неразделение и разделение сигналов при вероятностном способе разделения излучений НИСЗ.

Если учесть, что At; и Д/, представляют собой независимые случайные величины, равномерно распределенные в интервалах их изменения соответствен-

но lmin- Т

-famax. fдтах 1 - где Гп, , Гп, - времена распространения

радиосигналов от НИСЗ до П при углах места y = 90 deg; и Y = 7min учетом возможных рассогласований так называемых эпох генераторов ШПС различных НИСЗ, а /дтах - максимальное доплеровское смещение частоты, то можио составить вероятностное описание (табл. 6.1) всех возможных событий В, при

приеме совокупности laquo;видимых raquo; сигналов НИСЗ, причем S Р[Вг)-\.

г= 1

В последнем столбце табл. 6.1 указывается кратность события В обозначаемая V причем

у -/г + /+т = М, /,/г,/,те(0, 1, 2, Af). (6.9)

Величины а а b - вероятности выполнения соответственно первого и второго неравенств в (6.6) -определяются следующим образом:

а = Р {Л lt;,. lt; т,) =2т,Г

b=-P{\fi\ lt;Щ = ff,

д та

(6.10)

где Т = Т - Tmin

При независимых Д lt;, и Afj, /е{1, 2, М], вероятность того, что Вг в реализации из М пар приходящих сигналов произойдет раз, есть

P[l,kA,m] = C lt;i,- Р{В,} Р[В,] Р{Вз} p-fB,},

(6.11)

где С д,* - число перестановок из М элементов, среди которых / элементов первого вида, k элементов второго вида, / третьего и m четвертого,

j\k\l\m\

(6.12)

Таблица 6.1

Вероятностное описание событий Вг

Событие

Характеристика

Р{Вг]

lt;т.

lt;д/

lt;т.

а(1-6)

gt;Тэ

(1~а)(1-6)

lt;д/

(1-а)6

4 Зак. 1929



Распределение (6.11) по форме совпадает с полиномиальным распределением, однако вероятности событий В, рассчитываются иным способом, в соответствии с табл. 6.1.

Вероятность разделения сигналов с учетом соотношений (6.8) и (6.11) пред-ставима в виде

Ро= 1 - 2 И Z-T(abf[a{\ - bf\{\ - а){\ - Ь)]1Ь(\ - а)Г.

п=\ Ik) il) (m)

(6.13)

Штри.хи над суммами в (6.13) означают, что суммирование производится с учетом соотношения между индексами (6.9) и j = n.

Прн больших М Может оказаться полезным следующее представление формулы (6.13):

Р= 1 - МаЬ + О.Ш {М - \) (abf - 0,Ш {М - \) (М - 2) {аЬ + аЧ) + ...

(6.14)

Из (6.14) следует, что при a-Cl и Ь-С1 вероятность неразделения сигналов практически линейна с коэффициентом пропорциональности, равным среднему числу пар видимых с П спутников.

На рис. 6.1 представлены результаты численного моделирования, проведенного для проверки аналитической модели*. Моделировалась система спутников СРНС laquo;Навстар raquo;, координаты П выбирались случайным образом на поверхности Земиого шара. Для моделируемой системы М = 22. Приведенные данные свидетельствуют о достаточно высокой точности приближенных формул.

Для дальномерного кода периода Г raquo; 7 рис. 6.1 позволяет оценить длительность элементарного символа х при которой обеспечивается разделение сигналов с заданной вероятностью Ро- При Гк lt;7 допустимую длительность т, элементарного символа дальномерного кода следует уменьшить в Г/Гк раз. Так, для системы laquo;Навстар raquo; вероятностное разделение обеспечит вероятности разделения сигналов не менее 0,999 для высокоточных сигналов (т-,~0,1 мкс) и 0,995 для сигналов пониженной точности (тэ=1 мкс, Гк = 0.1 мс) при Л/ lt;1 кГц.

0,333

0,995 0,990 0,380

0,950 0,900

..... gt;

0.993 0,998 0,995 0,330 0,980 0,350 0.Э00

0

50

00

0,2 0,5 1 2 5 10 20 SO 100 а) laquo;а, lt; gt;

0,1 0,1 0,Z 0,k0,5 1,0

2.0 3.0 it.O 5,0 Л/, кГц

Рис. 6.1. Вероятности разделения сигналов в зависимости от длительности элементарного дальномерного кода (а) и от ширины полосы фильтра {б)

* Математическое моделирование проведено Н. В. Эзериньш.

6.3. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШИРИНЫ ПОЛОСЫ ПРИНИМАЕМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СЕТЕВЫХ СРНС

В сетевых СРНС следует различать ШПИ, занимаемую излучением всех спутников системы, и ширину полосы принимаемого излучения (ШППИ) в точке расположения П, поскольку в зону радиовидимости (ЗРВ) последнего попадают не все ИСЗ системы, причем их число п lt;по является переменным, зависящим от динамики системы спутников и от угла О раскрыва антенны П.

Определим ШППИ от спутников системы /Tln отсчитываемую одним из перечисленных в sect; 6.1 способов для различных вариантов разделения laquo;р raquo; (временного Bp, вероятностного В, кодового К, частотного Ч), следующим образом:

(6.15)

= m\f)+ Л[д, + Л/д. + Я .

В (6.15) число те{п-1, п, laquo;о-1} характеризует частотную близость двух наиболее удаленных по спектру сигналов из п попадающих в ЗРВ, а Л/дг, т - их доплеровские смещения частоты. Величины т и Л/д зависят от способа разделения излучений в системе и от взаимного расположения ИСЗ - П. Однако поскольку для СРНС типа laquo;Навстар raquo; Л/д-С/7дг1, то при расчете ШППИ целесообразно ориентироваться на максимальные значения Л/д, получая при этом оценку сверху.

При временном, вероятностном, кодовом разделениях излучений ИСЗ Д/ = Ои ШППИ П

хп не зависит от ti и определяется только ШПИ одиночного сигнала Пх\ и доплеровским смещением частоты

/7 lt;Г lt;) = /7 lt; laquo; lt;Я +2Л/д

(6.16)

При частичном частотном разделении ШППИ Пхп существенно зависит от частотного разноса Л/i и от т, причем последняя величина, определяемая комбинацией ИСЗ в ЗРВ П, является случайной. Справедливо соотношение

Я!.; = тЛ/, + Я

Bp.в,К)

(6.17)

Слагаемое mA/i в (6.17) характеризует расширение ШППИ при квазичастотном разделении.

Пусть несущие частоты навигационных сигналов и соответствующие ИСЗ перенумерованы так, что I соответствует минимальной несущей частоте сигналов, а laquo;о - максимальной. Тогда комбинациям спутников с номерами 1 и laquo;о и любыми п - 2 другими ИСЗ соответствует

max ПТ =( laquo;0 - 1) Л/, + Я(6.18)



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [ 15 ] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67