Методы повышения помехозащищенности и точности радионавигационных систем с ограниченным частотным ресурсом, страница 5

Для значений   получена формула для ПАКФ:

где   и  при  и  (индекс у элементов кода  определяется по ). В случае, когда код {d_k} является                                M-последовательностью, уровень боковых лепестков модуля нормированной ПАКФ . При этом действительная и мнимая компоненты ПАКФ являются  гармоническими функциями частоты [20]:

.

Проведено исследование спектральной эффективности шумоподобных сигналов с МЧМ и ФМ с использованием показателя компактности спектра , равного отношению мощности  в полосе  к полной мощности  сигнала. При  = 0.99 ширина спектра при МЧМ в 10.5 раза меньше, чем при ФМ (при равной тактовой частоте ) и составляет соответственно  и . Известны способы формирования ЧМ-сигналов с непрерывной фазой, имеющих более высокую спектральную эффективность, чем при  МЧМ (например, гауссовская МЧМ или GMSK, для которой  при = 0.99). Однако достигается это ценой потерь в  помехозащищенности, а также усложнения аппаратуры формирования и обработки сигналов.

В связи с этим  МЧМ представляется наиболее целесообразным способом формирования ШПС в РНС с ограниченным частотным ресурсом.

Проведено исследование методов передачи данных в широкополосных РНС с шумоподобными МЧМ-сигналами. Использование наземных РНС для передачи данных о дифференциальных поправках, предназначенных для потребителей СРНС,  является составной частью концепции интеграции РНС наземного и космического базирования, реализуемой с целью создания на территории России единой системы координатно-временного обеспечения.

Проведенный сравнительный анализ методов дополнительной цифровой модуляции ШПС показывает, что наиболее перспективным для применения в широкополосных РНС с шумоподобными МЧМ-сигналами является метод ФМ, который может быть реализован как путем непосредственной фазовой манипуляции МЧМ-ШПС, так и косвенно (путем инверсной модуляции квадратурных видеочастотных компонентов).  Метод инверсной кодовой модуляции (передача цифровой информации посредством прямого  и инверсного кодов) проигрывает в помехоустойчивости методу ФМ около 3дБ при равных аппаратурных затратах. Применение для передачи данных дополнительной узкополосной ЧМ с непрерывной фазой теоретически  позволяет повысить помехоустойчивость приема за счет использования межсимвольной фазовой связи. Однако  выигрыш в помехоустойчивости этого метода передачи данных   по сравнению с методом ФМ не превышает 1дБ, а его применение сопряжено с решением ряда технически сложных проблем [18].

Одним из основных негативных последствий  использования совмещённого канала передачи данных является ухудшение корреляционных свойств ШПС из-за дополнительной цифровой модуляции. Получены формулы для ПАКФ шумоподобного сигнала с МЧМ при дополнительной цифровой модуляции (ФМ, инверсной кодовой модуляции, узкополосной МЧМ). Проведённый анализ свидетельствует, что максимальный уровень боковых лепестков модуля нормированной двумерной ПАКФ  при указанных видах цифровой модуляции   шумоподобного    МЧМ-сигнала  , а среднеквадратическое значение [20].

Проведённый в главе 1 сравнительный анализ шумоподобных сигналов с ФМ и МЧМ при равных ограничениях на частотный и энергетический ресурсы свидетельствует о значительных преимуществах МЧМ-ШПС: по спектральной эффективности (=0.99) – в 10 раз; по помехоустойчивости – выигрыш 3 – 9 дБ при воздействии типовых помех (флуктуационной, сосредоточенной, структурной); по точности измерения задержки – более чем в 3.5 раза (по значению СКО ошибки); по разрешающей способности по дальности – более чем в 7 раз [13].

Во второй главе рассматриваются вопросы, связанные с выбором способа разделения сигналов, а также синхронизации опорных станций широкополосной РНС с шумоподобными  МЧМ-сигналами.

Способ кодового разделения (КР) сигналов опорных станций наиболее полно удовлетворяет концепции широкополосных РНС, использующих непрерывные периодические ШПС, занимающие общую полосу частот. Эффективность кодового разделения определяется корреляционными свойствами ШПС, для характеристики которых  используют нормированную периодическую взаимную функцию неопределенности (ПВФН). 

Воздействие мешающих сигналов на корреляционный приемник может интерпретироваться как воздействие помех, структурно подобных сигналу – структурных помех (СП). При отношении СП/сигнал на входе коррелятора 80дБ, что  соответствует динамическому диапазону сигналов опорных станций средневолновых широкополосных РНС большой дальности действия,  требуемое среднеквадратическое значение уровня ПВФН . Столь малых значений  ПВФН можно добиться используя ШПС с длиной кода  при следующих условиях: коды для ШПС разных опорных станций – циклические сдвиги одной и той же M-последовательности, дополнительная цифровая модуляция ШПС отсутствует, значения доплеровского частотного сдвига F→0. В этом случае степень подавления СП в корреляторе определяется значением 1/N боковых лепестков  модуля нормированной ПАКФ.

В работе показано, что кодовое разделение сигналов в широкополосных РНС большой дальности действия возможно при использовании для передачи данных  отдельного канала с ШПС, ортогональным основному (навигационному) сигналу с базой . В случае совмещенного канала кодовое разделение сигналов возможно при ограничении рабочей зоны РНС: дальность над морем . В широкополосных РНС малой дальности действия (100–150)км (диапазон УВЧ)  кодовое разделение  при использовании совмещенного канала возможно без ограничения рабочей зоны (при базе ).

На основе проведённых исследований предложена структура сигналов широкополосной РНС [28]. Диаграмма  цикла излучения опорных станций широкополосной РНС с кодовым разделением сигналов и совмещенным каналом (передача данных в формате навигационного сигнала) приведена на рис. 1 (число ОС равно 4). Опорные станции ОС1–ОС4 излучают фазосинхронизированные периодические ШПС с минимальной частотной манипуляций: строго периодические ШПС (без пауз) – в режиме внешней синхронизации (а) или квазипериодические   МЧМ-ШПС при автономной синхронизации (б): пауза длительностью  предназначена для синхронизации опорных станций. Параметры ШПС – длина N кода, несущая (центральная) f₀ и тактовая f_т частоты, период  повторения, а также длительность  цикла и число L периодов в цикле определяются диапазоном частот широкополосной РНС. Так для РНС средневолнового диапазона они составляют: =16383, 1.9 МГц,410 кГц, ,  Ширина спектра МЧМ-ШПС480кГц