6.5. Физические параметры радиосигналов

6.5.1. Параметры системы ГЛОНАСС.

Частотный план. Каждому спутнику системы присвоен не толь­ко системный номер, но и определенный частотный канал. Пере­чень рабочих частот, соответствующих номерам частотных кана­лов, образует план частот (см. таблицу 2.3.)

План частот СНС ГЛОНАСС Таблица 2.3.

' Номер канала	Частота, МГц
	L.1	L2
-01	1601,4375	1245,5625
-02	1600,875	1245,1250
-03	1600,3125	1244,6875
-04	1599,75	1244,2500
-05	1599,1875	1243,8125
-06	1598,6250	1243,3750
-07	1598,0625	1242,9375
00	1602,00	1246,0
01	1602,5625	1246,4375
02	1603,125	1246,875
03	1603,6875	1247,3125
04	1604,25	1247,75
05	1604,8125	1248,1875
06	1605,375	1248,625

C 2005 года все находящиеся в эксплуатации НКА системы используют каналы с номерами k = - 7… +4. Каналы +5 и +6 используются как технологические в ограниченные периоды времени (при восполнении орбитальной группировки). Навигационные сигналы стандартной точности занимают в частотном диапазоне L1 полосу шириной (1598,0626…1605,375)±0,511 МГц. Частотный диапазон L2 – полосу шириной (1242,9375….12488,625)±0,511 МГц.

Внеполосное излучение. Мощность внеполосного излучения за пределами полос шириной 0,511 МГц для частот L1 и L2 не превы­шает -40 дБ относительно мощности немодулированных несущих.

Внутрисистемные радиопомехи В случае полной системы в зоне видимости потребителя всегда находится более четырех НКА, излучающих радиосигналы. При обработке сигнала от одного спут­ника сигналы других спутников можно рассматривать, как помеху.

Разность частоты между каналами в диапазоне L1 равна 562,5 кГц, а в диапазоне 12. - 437,5 кГц и выбрана таким образом [2], что с учетом длительности элемента сигнала τs = 1/511 мс, сигналы от иных спутников, находящихся в зоне радиовидимости, могут поме­шать приему полезного сигнала только вторым и последующими лепестками спектра. При этом отношение мешающего сигнала к полезному не превышает 2∙10ˉ⁵ или -48дБ, что соответствует уров­ню внутрисистемных помех в СНС ГЛОНАСС.

Как отмечается в литературе [6], внутрисистемные помехи в системе GPS значительно выше. В связи с тем, что в GPS исполь­зуется кодовое разделение сигналов, уровень внутрисистемных помех определяется значением максимального бокового лепестка взаимной корреляционной функции используемых кодов. Для при­меняемых в GPS кодов уровень мак­симального бокового лепестка относительно полезного сигнала со­ставляет около 7∙10ˉ³, или -21,6 дБ.

Мощность принимаемого сигнала. Мощность принимаемого потребителем сигнала такова, что на выходе изотропной линейно поляризованной антенны с коэффициентом усиления +3 дБ, распо­ложенной на поверхности земли, и в наихудшем случае ориентиро­ванной на угол места 5°, составляет:

не менее -161 дБ∙Вт для частот диапазона L1;

не менее -167 дБ∙Вт для частот диапазона L2.

Групповая задержка навигационного сигнала в бортовой ап­паратуре. Групповая задержка навигационного сигнала в бортовой аппаратуре определяется как задержка между излучаемым радио­сигналом данного НКА (измеряется в фазовом центре передающей антенны), и выходным сигналом бортового стандарта частоты. Груп­повая задержка включает в себя постоянную и случайную составляющие. Постоянная составляющая не имеет значения для потреби­теля, поскольку корректирующие данные для ее исключения входят в состав навигационного сообщения и в аппаратуре потребителя про­исходит автоматическая компенсация. Величина не поддающейся компенсации случайной составляющей не превышает 8 нc.

Когерентность передаваемых последовательностей. Все из­лучаемые определенным НКА сигналы когерентно сформированы из частоты одного бортового стандарта. Допустимый интервал ме­жду фронтами модулирующих сигналов высокой и стандартной точности составляет не более 6 нc.

Поляризация излучаемого сигнала. Излучаемый сигнал имеет правую круговую поляризацию (RHCP –Right – Hand Circular Polarization) В секторе углов излучения ±19° относительно оси симметрии диаграммы направленности пере­дающей антенны коэффициент эллиптичности по полю не хуже 0,7.

6.5.2. Параметры системы GPS NAVSTAR.

Частотный план. Сигналы L-каналов излучаются в пределах двух полос шириной 20,46МГц с центральными частотами L1и L2. Несущие частоты для каналов L1 и L2 когерентно формируются от одного источника опорной частоты на борту НКА. С точки зрения наземного наблюдателя номинальная частота этого источника составляет 10,23 МГц

Частота канала L1 соотносится с частотой бортового источни­ка f₀, как L1= 154fo, а частота L2 = 120fo. C точки зрения наземного наблюдателя на борту НКА формируются частоты L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,6 МГц.

На номинальные значения частот L1 и L2, принимаемых по­требителем сигналов воздействует переменное по частоте и знаку доплеровское смещение. Оно имеет максимальное положительное значение, когда НКА движется из-за горизонта навстречу потреби­телю, постепенно уменьшается и становится равным нулю, когда положение НКА на небосклоне достигает апогея по отношению к наблюдателю. Затем доплеровское смещение меняет знак и увели­чивается по мере движения НКА к горизонту. Чем ближе к точке зенита с точки зрения наблюдателя проходит орбита НКА, тем больше величина доплеровского смещения.

Внеполосное излучение. Мощность внеполосного излучения за пределами полос шириной 20,46 МГц для частот L1 и L2 не превышает -40 дБ относительно мощности немодулированных несущих.

Квадратура фазы. Два компонента сигнала L1. модулированные двумя различными битовыми последовательностями (код С/А плюс навигационные данные и код Р(Y) плюс навигационные данные) должны находиться в фазовой квадратуре с точностью ±100 миллирадиан со_ сдвигом несущей С/А относительно P на 90°. Если вести речь о фазе несущей P, случай, когда Рi(t) = 0, понимают как «нулевой угол фазы». Генератор кодов Р(Y) и С/А управляет фазами соответст­вующих выходных сигналов по следующему принципу: если Рi(t) =1, происходит сдвиг на 180° несущей Р; если Gi(t) = 1, несущая С/А опережает Р на 90°;если Gi(t) = 0, то несущая С/А отстает на 90° (таким образом, когда Gi(t) меняет состояние, происходит реверс на 180° несущей С/А). Результирующие номинальные составные фазы сигнала, как функция от двоичных значений модулирующих сигна­лов показаны в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Составные фазы излучаемого сигнала L1

Номинальные значе-	Двоичные состояния
ния составной фазы, град	Р	С/А
0	0	0
-70,5	1	0
+109,5	0	1
180	1	1

Примечание: для комбинации 0,0 знак составной фазы считается положительным.

Мощность принимаемого сигнала. Мощность принимаемого потребителем сигнала такова, что на выходе линейно поляризо­ванной антенны с коэффициентом усиления +3 дБ, расположенной на поверхности земли, и в наихудшем случае ориентированной на угол места 5°, составляет:

Канал	Р(Y)	С/А
L1	-163,0дБ∙Вт	-160,0дБ∙Вт
L2	-166,0дБ∙Вт

Групповая задержка навигационного сигнала в бортовой ап­паратуре определяется как задержка между излучаемым радиосиг­налом данного НКА (измеряется в фазовом центре передающей ан­тенны), и выходным сигналом бортового стандарта частоты. Группо­вая задержка включает в себя постоянную и случайную составляю­щие. Постоянная составляющая не имеет значения для потребителя, поскольку корректирующие данные для ее исключения входят в со­став навигационного сообщения и в аппаратуре потребителя проис­ходит автоматическая компенсация. Величина не поддающейся ком­пенсации случайной составляющей не превышает 3 нс.

Кроме того, существует разность групповых задержек сигналов L1 и L2, также состоящая из постоянной и случайной составляющих. Среднюю разность групповых задержек принято считать по­стоянной составляющей, которая может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Абсолютная величина средней задержки не превышает 15 нс. Случайная составляющая не превы­шает 3 нс.

Когерентность передаваемых последовательностей. Все излучаемые определенным НКА сигналы когерентно сформированы из частоты одного бортового стандарта; все двоичные импульсы тактируются синхронно с Р-кодом в соответствии с его фронтами. Канал L1 имеет два модулирующих сигнала (код Р(Y) и код С/А), для которых допустимый интервал между фронтами не превышает 10 нс.

Поляризация излучаемого сигнала. Излучаемый сигнал имеет правую круговую поляризацию (RНСР). В секторе углов излучения ±14,3° относительно оси симметрии диаграммы направленности передающей антенны коэффициент эллиптичности на частоте L1 должен быть не менее 1,8 дБ. Коэффициент эллиптичности на частоте L2 не менее 2,2. дБ.

Контрольные вопросы по главе 6.

1.Какие требования предъявляются к радиосигналу? Что характеризует базу сигнала?

2. С помощью каких параметров радиосигнала определяются дальность до НКА и радиальная скорость?

3.Какие дальномерные колы используются в системе NAVSTAR?

4.Какой метод разделения каналов используется в системе ГЛОНАСС?

5.Как формируются частоты диапазонов L1 и L2?

6. Что означает термин «шумоподобный сигнал»? Почему шумоподобный сигнал обладает высокой помехоустойчивостью?

7. Что представляет собой фазоманипулированный сигнал? Как он формируется?

8.Какая навигационная информация содержится в навигационном сообщении?

9. В чем состоит структурная разница навигационных сообщений СНС ГЛОНАСС и NAVSTAR?

10. На каких частотах работает ГЛОНАСС?

11. На каких частотах работает NAVSTAR?

12. В чем заключается когерентность передаваемого сообщения?

13.Как модулируется сигнал на частоте поддиапазона L1? Что такое квадратура фазы?

14. За счет чего обеспечивается помехоустойчивость кодов?