Методы повышения помехозащищенности и точности радионавигационных систем с ограниченным частотным ресурсом, страница 6

Рассмотрены варианты организации отдельного канала передачи данных с использованием комбинированного разделения. Предложен способ передачи данных  с применением дополнительного временного разделения (способ кодо-временного разделения (КВР)) двух идентичных ШПС, отличающихся лишь тем, что навигационный сигнал (ШПС1) не подвержен цифровой модуляции данными как дополнительный сигнал ШПС2 (рис. 2). В течение нечетных циклов каждая опорная станция излучает периодический ШПС1, а в течение четных циклов – периодический ШПС2, что обеспечивается  цикловой синхронизацией. Необходимость защитного интервала отпадает благодаря соответствующему выбору числа периодов повторения в цикле  и периода ШПС: , где  – максимальное значение относительного запаздывания ШПС двух опорных станций в рабочей зоне РНС.

В качестве модулирующих кодов для ШПС разных опорных станций используются циклические сдвиги одной и той же M-последовательности. Поскольку в морских РНС доплеровский сдвиг , можно полагать, что уровень внутрисистемных помех в навигационном канале определяется значением 1/N боковых лепестков модуля нормированной ПАКФ (по отношению к уровню на входе коррелятора). При N>10⁴ подавление взаимных помех в корреляционном приёмнике составит не менее  80дБ, что соответствует динамическому диапазону сигналов ОС (широкополосные РНС диапазона СЧ). Для канала передачи данных при способе КВР и N>10⁴  допустимый уровень внутрисистемных помех порядка 40дБ, что можно считать приемлемым, поскольку практическая «ценность» передаваемой информации о дифференциальных поправках ограничена удалениями потребителя спутниковой РНС от контрольной станции (расположена в месте установки ОС) порядка (300 – 350)км. 

Рассмотрены способы синхронизации передающих опорных станций широкополосной РНС. Проблема синхронизации опорных станций является одной из основных  при разработке и эксплуатации РНС. В случае широкополосных РНС трудности решения указанной проблемы значительно возрастают в связи с необходимостью осуществления кодовой синхронизации с высокой точностью. Показано, что основным способом синхронизации опорных станций наземных широкополосных РНС является способ внешней синхронизации по сигналам СРНС. Требуемая для его реализации точность синхронизации временных шкал характеризуется значением СКО ошибки не более  5нс и 0.5нс для широкополосных РНС диапазонов СЧ и УВЧ соответственно.

В метрологическом плане задача синхронизации сводится к сличению пространственно разнесенных эталонов времени и частоты (ЭВЧ). В настоящее время основным способом сличения ЭВЧ является дифференциальный способ измерения расхождения шкал времени (ШВ) пространственно разнесенных ЭВЧ с использованием многоканальной навигационной аппаратуры пользователя (НАП) СРНС. Главное преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет в значительной мере компенсировать погрешности, являющиеся общими для разнесённых пунктов приема сигналов СРНС. Как свидетельствуют результаты исследований, проводимых в ОАО «Российский институт радионавигации и времени», для специализированных ГЛОНАСС/GPS-приемников (типа TTR6, K161B и др.) случайная погрешность дифференциальных сличений шкал времени составляет 3 – 5нс на базах до 1000 – 3000км.

Повышение точности определения расхождения  шкал времени достигается путем усреднения (сглаживания) результатов единичных измерений за достаточно большой интервал (стандартная длительность сеанса измерений – 13 минут). Для обработки результатов измерений  в работе предложена модель линейной регрессии с нормальными ошибками, с использованием которой  осуществляется формирование максимально правдоподобных (МП) оценок параметров  модели и коррекция расхождения  ШВ каждой опорной станции относительно шкалы времени СРНС (на момент ).

Рассмотрены способы автономной (внутрисистемной) синхронизации опорных станций широкополосной РНС. Предложенный способ автономной синхронизации опорных станций с использованием дополнительного канала, предназначенного для передачи данных коррекции ШВ, обеспечивает возможность кодового разделения сигналов без ограничения рабочей зоны РНС (при базе ). Показано, что автономная синхронизация опорных станций с использованием совмещенного канала (общего  для синхронизации и передачи данных)  и способа КВР также обеспечивает возможность кодового разделения сигналов без ограничения рабочей зоны РНС. В тех случаях, когда требуемая точность (не хуже 5нс) в режиме внешней синхронизации не может быть достигнута, следует использовать комбинированный способ (внешняя синхронизация на первом этапе и автономная – на втором). Имеющаяся благодаря внешней синхронизации возможность беспоисковой синхронизации опорных и бортовых станций позволяет существенно сократить общее время синхронизации по сравнению с  автономным способом (с 5 до 1.5 минут).  

В третьей главе проводится синтез алгоритмов обработки ШПС с минимальной частотной манипуляцией применительно к задачам поиска и фильтрации параметров сигналов в широкополосных РНС.

Проблема поиска ШПС по времени запаздывания с точностью, достаточной для захвата сигнала системой кодовой синхронизации, наиболее остро стоит в том случае, когда отсутствует априорная информация о точном времени (режим автономной синхронизации). Проведен синтез оптимального алгоритма поиска МЧМ-ШПС по времени запаздывания как алгоритма максимально правдоподобной  оценки  [10]:

где  и – отсчеты наблюдений, поступающих с выхода квадратурного преобразователя (с шагом ); ,  – целое. Статистики ,  и  определяют  квадратурные составляющие и модуль корреляции на -м шаге накопления (j=2, …, n). Ради упрощения для времени запаздывания ШПС используется то же обозначение , что и для аргумента ПАКФ.

Реализация оптимального алгоритма (2) при числе каналов  сопряжена со значительными аппаратурными и вычислительными затратами. Упрощение оптимального алгоритма корреляционной обработки наблюдений возможно за счет аппроксимации опорных квадратурных видеочастотных сигналов ступенчатыми функциями . (равновесовая поэлементная обработка).С учетом аппроксимации опорных сигналов алгоритм вычисления  квадратурных составляющих корреляций в (2) преобразуется к виду [12]: