Иммитатор устройства поиска и обнаружения сигналов в спутниковых радионавигационных системах

Иммитатор устройства поиска сигналов глобальной спутниковой навигационной системы предназначен для ознакомления с методами поиска и изучения циклического метода поиска.

Общее описание

Принципиально устройство поиска представляет собой некогерентный приемник обнаружения, перестраиваемый по частоте и по ожидаемой задержке сигналов. Некогерентная схема применяется в связи с тем, что начальная фаза сигнала при поиске неизвестна. При практической реализации устройство поиска обычно выполняется совместно со следящими измерителями навигационных параметров как единая комплексная система. Поэтому схема устройства поиска выбирается в зависимости от способа построения следящих измерителей.

Структурная схема устройства поиска

По задержке поиск осуществляется в пределах периода следования С/А-кода; по частоте — относительно ее значений, вычисленных по априорным данным. Радиосигнал из антенны А поступает в высокочастотный (ВЧ) тракт (см. рисунок), где преобразуется в первую промежуточную частоту (ПЧ). В УПЧ применена система с АРУ, что нормирует уровень смеси сигнала и шума. Далее следует перемножитель 1, который является демодулятором ПСП. На один его вход подается сигнал ПЧ, на второй - ПСП с местного генератора. Временное положение местной ПСП может меняться с дискретом равным половине длительности элемента ПСП в пределах периода последовательности. Специальная схема балансного бифазного демодулятора ПСП позволяет не только осуществить демодуляцию ПСП, но и снять модуляцию символами служебной информации. На выходе демодулятора получается непрерывная несущая того принимаемого сигнала, код которого коррелирован с образцовым местным кодом. Несущая демодулированного сигнала подается на смеситель 2, где осуществляется переход на вторую ПЧ.

Далее следует устройство квадратурного приема сигнала, состоящее из перемножителей 3 и 4, фильтров Ф1 и Ф2, квадратичных детекторов КД1 и КД2, сумматора и фильтра ФЗ. Фильтры Ф1 и Ф2 имеют одинаковые параметры, они определяют время интегрирования сигнала в корреляторах. Квадратичные детекторы КД1 и КД2 и сумматор осуществляют операции возведения сигналов с выходов корреляторов в квадрат и последующего их суммирования. Фильтр ФЗ предназначен для сглаживания выходного сигнала сумматора. Далее следует пороговое устройство (ПУ).

Гетеродины приемника, генератор ПСП и перемножители 3 и 4 получают сигнал от формирователя сетки опорных частот. Сетка опорных частот может сдвигаться на величину сдвига ячейки поиска по частоте.

Наиболее простым методом установления синхронизации кодов является использование коррелятора с изменяющейся задержкой опорного сигнала. В процессе поиска режима синхронизации тактовая частота генератора ПСП с помощью устройства сдвига тактовой частоты (УСТЧ) устанавливается несколько отличной от тактовой частоты генератора кодовой последовательности навигационного искусственного спутника Земли. В результате происходит сдвиг начала (фазы) одной последовательности относительно другой. Для поиска сигналов по частоте используются опорный генератор (ОГ), формирователь сетки частот и устройство сдвига частоты опорного колебания (УСЧОК).

В функции блока управления поиском (БУП) входит формирование области поиска и определение порядка просмотра элементарных ячеек этой области по данным априорной информации.

Порядок работы с имитатором

Исходные данные для исследования работы имитатора приведены в таблице.

1. Запуск имитатора осуществляется через модуль main.m. Для корректной работы имитатора устройства поиска необходима версия MATLAB не ниже 7.5 (2007b).

Внешний вид запущенного имитатора

2. Ввести в исследуемую модель устройства поиска требуемые параметры согласно своего варианта и снять графики в контрольных точках. Для получения графиков необходимо установить режим работы имитатора «Графики в контрольных точках». По нажатию кнопки «Запуск» произойдет расчет и вывод графиков для заданных параметров имитатора.

Графики в контрольных точках

3. Снять зависимость выходного отношения сигнал шум (ОСШ) от входного в контрольных точках. Для расчета ОСШ необходимо установить режим работы имитатора «Определение ОСШ». По нажатию кнопки «Запуск» произойдет расчет и вывод ОСШ в контрольных точках в консоль для заданных параметров имитатора. Регистрацию ОСШ в контрольных точках проводить не менее чем по 5 измерениям.

Значения ОСШ в контрольных точках

4. Cнять зависимость выходного ОСШ в контрольной точке 4 от полосы фильтра DF₃. Имитатор должен находится в режиме «Определение ОСШ». Регистрацию ОСШ в контрольной точке проводить не менее чем по 5 измерениям.

Значение ОСШ в контрольной точке 4

5. Cнять зависимость выходного ОСШ в контрольной точке 4 от полосы фильтров DF₁ (DF₂). Имитатор должен находиться в режиме «Определение ОСШ». Регистрацию ОСШ в контрольной точке проводить не менее чем по 5 измерениям.

Значение ОСШ в контрольной точке 4

6. Cнять зависимости вероятности правильного обнаружения от входного ОСШ в контрольных точках 3 и 4 для заданных вероятностей ложной тревоги. Имитатор должен находиться в режиме «Построение ХО». Контрольная точка для построения характеристики обнаружения выбирается из выпадающего списка «Точка для построения ХО» на передней панели имитатора. Вероятность ложной тревоги вводится в соответствующем окне имитатора. По нажатию кнопки «Запуск» произойдет расчет и вывод сигналов на входе обнаружителя, находящегося в выбранной контрольной точке. Регистрацию вероятности правильного обнаружения в контрольных точках проводить не менее чем по 5 измерениям.

Значения для расчета характеристик обнаружения

7. Для своего варианта значений расстройки по задержке и частоте, указанных в таблице, провести поиск сигнала ГНСС для значений порядков фильтров Ф₁-Ф₃ 2 и 4.

Пространство поиска сигнала и обнаруженный сигнал