Методы повышения помехозащищенности и точности радионавигационных систем с ограниченным частотным ресурсом, страница 2

9) экспериментальное исследование радионавигационной аппаратуры широкополосной РНС, реализующей предложенные в диссертационной работе структуру сигналов, способ синхронизации опорных станций и алгоритмы обработки ШПС с минимальной частотной манипуляцией.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются широкополосные радионавигационные системы с ограниченным частотным ресурсом, предназначенные для координатно-временного обеспечения кораблей и судов ВМФ. Предмет исследования – методы повышения   помехозащищенности  и точности  радионавигационных  систем с ограниченным частотным ресурсом.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы теории сигналов, теории статистических решений, теории автоматического управления, методы математического анализа, математической  статистики и статистического моделирования, а также лабораторные исследования и экспериментальные испытания.

Рис. В1. Структурная взаимосвязь основных направлений научного исследования

(вариант – основные направления повышения помехозащищенности РНС и структурная взаимосвязь задач научного исследования)

Научные результаты диссертационной работы

1. Дано теоретическое обоснование способа модуляции и структуры шумоподобных сигналов в широкополосных РНС с ограниченным частотным ресурсом. Показана  перспективность применения шумоподобных МЧМ-сигналов с  дополнительной ФМ для передачи цифровой информации. Для обеспечения требуемых характеристик широкополосной РНС (в первую очередь точности и помехозащищенности) необходимо использовать периодические МЧМ-ШПС с базой . Теоретически обосновано применение кодового разделения сигналов в широкополосных РНС  с совмещенным каналом передачи данных. Разработан способ комбинированного (кодо-временного) разделения сигналов опорных станций  с отдельным каналом передачи данных.

2. Разработаны и исследованы способы синхронизации опорных станций широкополосной РНС. Дано теоретическое обоснование способа внешней синхронизации  на основе априорной информации о точном времени, полученной по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS, как основного способа синхронизации опорных станций наземных широкополосных РНС. Требуемая для его реализации точность синхронизации временных шкал (СКО ошибки) составляет не более  5нс и 0.5нс для широкополосных РНС диапазонов СЧ и УВЧ соответственно. Разработаны методы автономной (внутрисистемной) синхронизации опорных станций широкополосной РНС с использованием совмещённого канала и дополнительного канала для передачи данных коррекции шкал времени, обеспечивающие возможность кодового разделения сигналов без ограничения рабочей зоны РНС (при базе ). Предложен комбинированный метод (внешняя синхронизация на первом этапе и автономная – на втором), позволяющий существенно сократить общее время синхронизации по сравнению с  автономным методом (с 5 до 1.5 минут в РНС диапазона СЧ).  

3. Проведён синтез оптимальных алгоритмов поиска, слежения за временем запаздывания и фазой шумоподобных сигналов с минимальной частотной манипуляцией.  Результаты синтеза алгоритмов квазилинейной фильтрации МЧМ-ШПС, в частности дискриминаторов систем кодовой и фазовой синхронизации, с достаточной для приложений точностью совпадают с результатами, полученными с использованием теории нелинейной фильтрации.

4. Разработаны и исследованы квазиоптимальные алгоритмы поиска МЧМ-ШПС по времени запаздывания. Предложен алгоритм параллельно-последовательного поиска с равновесовой поэлементной обработкой и квазикогерентным  межпериодным накоплением, обеспечивающий практически потенциальную помехоустойчивость (проигрыш  0.2дБ) и позволяющий существенно упростить реализацию цифрового  устройства поиска. Разработаны квазиоптимальные алгоритмы для дискриминаторов систем кодовой и фазовой синхронизации приёмников МЧМ-ШПС, обеспечивающие  близкую к потенциально достижимой помехоустойчивость (потери  ) при минимальных аппаратурных и вычислительных затратах. Разработаны алгоритмы кодовой  и фазовой синхронизации корреляционных приёмников периодических  МЧМ-ШПС, обеспечивающие требуемые показатели помехоустойчивости и точности.

5. Проведено исследование помехоустойчивости и точности измерения радионавигационных параметров в широкополосных РНС при воздействии пространственных сигналов и нефлуктуационных помех: структурных и сосредоточенных по спектру помех. Дана оценка допустимого уровня внутрисистемных помех. При использовании совмещенного канала для навигационных измерений и передачи данных он составляет около 40дБ. Применение отдельного канала передачи данных и кодо-временного разделения сигналов позволяет снять ограничение на рабочую зону РНС, поскольку допустимый уровень взаимных помех (около 70дБ) соответствует динамическому диапазону сигналов ОС. Максимально допустимый уровень сосредоточенной помехи  при  условии сохранения требуемой точности измерения РНП  составляет около 40дБ.

6. Проведено экспериментальное исследование радионавигационной аппаратуры широкополосной РНС «Спрут», при разработке  которой использованы результаты диссертационной работы. Результаты Государственных испытаний подтвердили работоспособность опытного образца РНС «Спрут», а также соответствие его характеристик   требованиям ТТЗ: в реальных условиях приема точность измерения квазидальности не хуже 10 м (СКО ошибки) при пороговом отношении сигнал/шум равном – 40дБ.

Структурная взаимосвязь основных направлений научного исследования, проведенного в диссертационной работе, отражена на рис.1.

Научная новизна и теоретическая значимость результатов диссертационной работы определяются тем, что впервые получены следующие результаты.