Способ синхронизации опорных и бортовых станций широкополосной радионавигационной системы

МПКG01S11/08

Способ синхронизации опорных и бортовых станций

 широкополосной радионавигационной системы

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных радионавигационных системах с шумоподобными сигналами.

Известен способ синхронизации бортовых станций наземной радионавигационной системы, заключающийся в том, что опорные станции синхронно излучают циклически повторяющиеся многочастотные сигналы в режиме частотно-временного разделения, а пассивные бортовые станции принимают сигналы опорных станций, осуществляют поиск принимаемых сигналов по времени запаздывания и синхронизацию опорных сигналов с принимаемыми сигналами с точностью до фазы высокочастотного заполнения радиоимпульсов [1].

Недостаток способа – значительное время, требуемое для поиска сигналов, а также невысокая точность синхронизации.

Известен способ синхронизации опорных и бортовых станций наземной радионавигационной системы, заключающийся в том, что ведомые опорные станции синхронизируются сигналами ведущей опорной станции и излучают сигналы такой же формы, но с фиксированной для каждой станции задержкой, а пассивные бортовые станции принимают сигналы ведущей и ведомых опорных станций и синхронизируются по каждой из них [2].

Недостатком данного способа является значительное время, требуемое для синхронизации опорных и бортовых станций, а также низкая помехозащищенность по отношению к помехам из-за многолучевости при распространении радиоволн в ионосфере. 

Известен способ синхронизации опорных станций наземной радионавигационной системы, заключающийся в том, что  опорные  станции принимают сигналы  космических аппаратов спутниковой радионавигационной системы, осуществляют привязку  собственной шкалы времени к системной временной шкале спутниковой радионавигационной системы с использованием информации о точном времени, выделенной из принятых сигналов, и излучают в режиме временного разделения периодические импульсные сигналы с одной и той же частотой заполнения импульсов, а пассивные бортовые станции принимают сигналы опорных станций и синхронизируются по каждой из них [3].

Недостатком данного способа является значительное время, требуемое для синхронизации  бортовых станций, а также низкая помехозащищенность бортовых станций по отношению к помехам из-за многолучевости при распространении радиоволн в ионосфере, ограничивающая дальность действия   радионавигационной системы.

Предлагаемое изобретение призвано решить задачу сокращения времени синхронизации и повышения помехозащищенности по отношению к помехам из-за многолучевости (ионосферным отражениям).

Поставленная задача решается тем, что в способе синхронизации опорных и бортовых станций широкополосной радионавигационной системы, заключающемся в том, что каждая из n опорных  станций принимает, демодулирует и декодирует сигналы  космических аппаратов спутниковой радионавигационной системы, осуществляет привязку  собственной шкалы времени к системной временной шкале спутниковой радионавигационной системы с использованием информации о точном времени, выделенной из принятых сигналов,  а пассивные бортовые станции принимают сигналы выбранных опорных станций и синхронизируются по каждой из них, согласно изобретению, все опорные станции синхронно излучают периодически повторяющийся шумоподобный сигнал с минимальной частотной манипуляцией в режиме кодового разделения, цикл излучения содержит целое число периодов T_п повторения сигнала, а начало каждого цикла совпадает с началом соответствующей секунды системной шкалы времени, причем на каждом цикле излучения в течение паузы равной периоду T_п повторения каждая ведомая опорная станция принимает сигнал ведущей опорной станции, осуществляет   кодовую  и   фазовую   синхронизацию   опорных  генераторов  тактовой  и несущей частот соответственно, производит  синхронизацию своего излучения путем компенсации известного запаздывания сигнала ведущей опорной станции с учетом вводимых поправок на распространение радиоволн, на каждом цикле излучения в течение паузы равной T_п ведущая опорная станция принимает одновременно сигналы от n–1 ведомых опорных станций, осуществляет контроль их синхронизации и формирует поправки к временным шкалам каждой ведомой станции, передаваемые бортовым станциям в формате собственного навигационного сигнала с использованием дополнительной цифровой модуляции шумоподобного сигнала, при этом бортовые станции осуществляют периодическую коррекцию своей временной шкалы с использованием сигналов  космических аппаратов спутниковой радионавигационной системы.

вариант: аппаратуры потребителя

Пример конкретной реализации способа синхронизации

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа синхронизации опорных и бортовых станций применительно к широкополосной радионавигационной системе (РНС) средневолнового диапазона (несущая частота ) при числе опорных станций (ОС), равном 4 (n =3), числе периодов повторения шумоподобного сигнала (ШПС) в цикле излучения L = 25, периоде повторения ШПС T_п = 40мс, длине кодовых последовательностей N = 2¹⁴ – 1 = 16383.

Структурная схема РНС приведена на фиг. 1, где 1 и 2 – опорные станции ОС1 и ОС2 (станции ОС3 и ОС4 имеют аналогичную структуру); 3 – бортовая станция (БС) (структура других БС аналогична); 4 – навигационный космический аппарат (НКА) (число НКА равно К); 5₁, 5₂ и 5₃ – приемные антенны навигационной аппаратуры  и  потребителей (НАП) спутниковой РНС; 7₁, 7₂ и 7₃ – приемо-синхронизирующие устройства; 8₁  и 8₂  – приемо-передающие антенны опорных станций; 9₁ и 9₂ – антенные коммутаторы; 10₁ и 10₂ – передающие устройства опорных станций; 11₃ – приемная антенна БС; 12₃ – навигационный вычислитель БС.

Опорные станции формируют квазипериодические ШПС с минимальной частотной манипуляцией (МЧМ) со скважностью 25/24 в соответствии с диаграммой излучения, приведенной на фиг.2 а (цифры 1, 2, ..., 25 соответствуют номерам периодов ШПС в цикле излучения). Сигнал каждой ОС можно представить в виде

                                           (1)

где  – мощность сигнала (одинаковая для ОС1 – ОС4);  – центральная частота (начальная фаза );  – навигационное сообщение;  – функция, определяющая закон угловой модуляции (изменения во времени фазового угла):

 – кодовая псевдослучайная последовательность (ПСП); T – длительность элемента кодовой ПСП; N – длина кода {d_ik}, определяющая период повторения ШПС .

В качестве модулирующих кодовых ПСП для сигналов опорных станций ОС1 – ОС4 используются циклические сдвиги одной и той же М-последовательности длины N: