Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Устройства приема и обработки сигналов. Учебно-методическое пособие-1

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 64 5 6 > Следующая >>>

В диапазоне L1 несущие частоты различаются на 0.5625 МГц, в



L2 – на 0.4375 МГц, в L3 – на 0.423 МГц. Антиподные спутники, т. е. находящиеся в противоположных точках орбиты и невидимые одновременно потребителю, могут использовать одну несущую частоту [39, 41]. На несущей частоте передается два навигационных сигнала: стандартной точности (СТ) и высокой (ВТ). Эти сигналы фазоманипулированные (на 180 по фазе), а относительно друг друга сдвинуты по фазе на 90, т. е. находятся в квадратуре [41]. Сигнал СТ предназначен для гражданского использования [39]. Характеристики сигналов приведены в табл. 3.1.

Таблица.3.1

Характеристики сигналов ГЛОНАСС [41]

Ширина

астотный

диапазон

L1 10.2

L2 10.2

L3



Два сигнала ГЛОНАСС сдвинуты относительно друг друга на 90° (в квадратуре).

полосы

передатчика,

МГц

1.02

8.2

Максимальная

пиковая

мощность

излучения, дБВт

15 15

14 14

15 15

Максимальная

спектральная

плотность мощности, дБ (Вт/Гц)

−52

−42

−53

−43

−52.1

Коэффициент

усиления

антенны, дБ

Структура сигнала СТ одинакова в диапазонах L1 и L2 и отличается в L3. Это псевдослучайная последовательность (ПСП), которая суммируется по модулю два с непрерывным потоком двоичных данных, скорость которого 50 бит/с (L1, L2) и 125 бит/с (L3). ПСП характеризуется частотой элементов 0.511 МГц (для L1, L2) и 4.095 МГц (для L3) и периодом повторения 1 мс [41].

Огибающая энергетического спектра

ей

 – частота;

)sin(/xx

, где

– несущая частота;

()/



ff f

сигнала описывается функци-

0 эл

– частота следования элемен-

эл

тов кода.

Передаваемые сигналы имеют правую эллиптическую поляризацию с коэффициентом эллиптичности не хуже 0.7. Минимальная гарантируемая мощность сигнала на входе приемника (при коэффициенте усиления антенны 0 дБ) задана равной –161 дБВт (–131 дБм) [41].

Навигационная аппаратура потребителей

Навигационная аппаратура потребителей состоит из трех основных узлов – антенны, приемника и вычислителя (рис. 16).

Радиочастотный

блок

(радиоприемник)

Синтезатор

частот

Рис. 16. Обобщенная функциональная схема аппаратуры

потребителя

АЦП

Цифровой

вычислитель

В качестве антенн обычно применяют микрополосковые антенны с ДНА, обеспечивающей всенаправленный прием сигналов правосторонней круговой поляризации в верхней полусфере [39].

Нередко антенну объединяют с предварительным антенным усилителем в единый выносной модуль, соединяемый относительно длинным кабелем со входом приемника. Этим обеспечиваются относительно низкий коэффициент шума и высокая чувствительность.

радиоприемнике сигнал переносится на низкую промежуточную частоту и оцифровывается. Цифровой сигнал с выхода АЦП поступает на вычислитель.

Вычислитель решает задачи:

1) оценки параметров радиосигнала – задержки и доплеровского смешения частоты, а также извлечения из сигнала навигационного сообщения, содержащего в том числе информацию о параметрах движения НС;

2) расчета координат потребителя

и составляющих его вектора

скорости [39].

Синтезатор частот формирует сигнал (или сигналы) гетеродина для приемника, тактовые сигналы, синхронизирующие работу АЦП и цифрового вычислителя. Опорный генератор, входящий в состав синтезатора частот, формирует шкалу времени потребителя [39].

НАЗНАЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГеоС-1М

Приемное устройство КНС ГЛОНАСС/GPS ГеоС-1М предназначено для вычисления текущих координат и скорости объекта

в реальном масштабе времени в автономном режиме, формирования секундной метки времени и обмена с внешним оборудованием по портам RS232.

Принцип действия приемника основан на параллельном приеме и обработке 24 измерительными каналами сигналов спутников ГЛОНАСС в частотном диапазоне L1 (сигнал СТ) и GPS на частоте L1 (сигнал C/A)

Количество каналов 24 Погрешность определения коор-

динат (при доверительной вероятности 0.67)

Погрешность определения плановой скорости (при доверительной вероятности 0.67)

Погрешность синхронизации секундной метки времени (при доверительной вероятности 0.997) к шкалам времени GPS, ГЛОНАСС, UTC,

UTC(SU) Среднее время до первого местоопределения:

• холодный старт

• теплый старт

• горячий старт

• повторный захват

(см. [41]) [49].

Таблица 3.2

Основные технические характеристики ГеоС-1М [49]

в плане не более 3м по высоте не более 5 м

не более 5 см/с

не более 150 нс

36 с 29 с 4 с 1 с

Передаваемый со спутника навигационный сигнал GPS содержит три модулированные несущие частоты: L1 – 1575.42 МГц, L2 – 1227.6 МГц и L5 – 1176.45 МГц [41].

При уровнях сигналов не менее –130 дБм, HDOP < 2, VDOP < 3.

При уровнях сигналов не менее –130 дБм, GPS + ГЛОНАСС.

Окончание табл. 3.2

Чувствительность по обнаружению, холодный старт

Чувствительность по слежению –150 дБм Темп выдачи выходных данных 1 или 5 Гц Динамика, не более

• ускорение

• скорость изменения ускорения

Максимальная скорость 515 м/с Максимальная высота 18000 м Интерфейсы Сдвоенный RS232 Параметры секундной метки времени:

• уровень

• длительность

Основное напряжение питания 3.0…3.6 В Резервное напряжение питания 2.0…3.6 В Ток потребления по цепи 3.3 В, типовой:

• поиск

• слежение

Ток потребления по цепи внешней резервной батареи, типовой

Размеры (длина × ширина × высота) 35.5 × 33.2 × 3.8 мм Масса не более 10 г Диапазон рабочих температур –40…+85 ºС

не хуже –140 дБм

3g 1g/с

LVTTL 10…2000 мкс

115 мА 110 мА

10 мкА

Типовая схема включения приемника ГеоС-1М

Типовая схема подключения приемника приведена на рис. 17. Назна-

чение контактных площадок – в прил. 2 [49].

Для обмена с внешними устройствами приемник имеет два коммуникационных порта RS232: контактные площадки (КП) 12–15. По умолчанию скорость приема/передачи установлена равной 115 200 бит/с.

Напряжение питания VDD = 3.0…3.6 В подается на КП 10. Для включения

приемника необходимо обеспечить уровень логической еди-

ницы (от 1.0 В до VDD) на КП 11 (ON/OFF), для выключения – уровень

При уровнях сигналов не менее –125 дБм.

логического нуля от 0 В до 0.4 В. Напряжение от резервной батареи (2.0…3.6 В) должно быть подано на КП 17 (VBAT) [49].

Рис. 17. Типовая схема подключения ГеоС-1М

На КП 16 приемник формирует секундную метку времени (англ. PPS или 1PPS – Pulse-Per-Second) – импульс, идущий с темпом один раз в секунду, параметры которого можно программировать через бинарный протокол. Например, можно выбрать длительность (от 10 мкс до 2 мс) и шкалу времени, с которой синхронизирован 1PPS: GPS, ГЛОНАСС, UTC(USNO), UTC(SU) [49]. Сигнал 1PPS может использоваться, например, для синхронизации часов или передатчиков одночастотной сети цифрового телевещания.

Приемник предназначен для

работы с активной антенной (антенным модулем), обеспечивающей дополнительное усиление сигнала на 10…35 дБ (с учетом потерь в антенном кабеле). Питание антенного модуля производится через КП 3.

Информационные протоколы

Обмен с приемником ГеоС-1М производится по двум информационным протоколам: бинарному и NMEA 0183 v3.01 (англ. National Marine Electronics Association). Данные в обоих протоколах выдаются приемником одновременно. Каждый по

своему порту: по умолчанию,

по Порту #0 – данные бинарного протокола, по Порту #1 – NMEA.

По бинарному протоколу передается расширенный набор выходных данных, включая «сырую» измерительную информацию, альмана-

хи и эфемериды. Через него также производится формирование установок, запросов на выдачу данных, команд управления, а также обновление встроенного ПО приемника. Протокол включает в себя как входные, так и выходные сообщения. Управление приемником производится только по бинарному протоколу [49].

Режимы начала работы приемника

Приемник может автоматически начинать работу

в одном из трех режимов: холодном, теплом и горячем. Режим зависит от наличия альманаха, времени, данных местоположения и интервала времени, в течение которого приемник находился в выключенном состоянии.

Холодный старт имеет место при отсутствии в приемнике достоверных альманахов, эфемерид, времени и данных местоположения. Холодный старт занимает наибольшее время

Теплому старту соответствует ситуация, когда приемник имеет альманахи, известны его местоположение и время.

Горячий старт подразумевает наличие альманахов, данных местоположения, времени, а также эфемерид. В этом случае приемнику необходимо наименьшее количество времени.

У приемника ГеоС-1М имеется возможность вручную повторно начать работу (перестарт) в одном из трех режимов. Кроме

того, для ускорения начала работы есть возможность загрузки в приемник инициализирующей информации, такой как время/дата UTC, XYZ координаты потребителя, смещение ОГ, сдвиг шкалы времени ГЛОНАСС относительно GPS [49].

Режимы работы приемника

Режимом «по умолчанию» для ГеоС-1М является совмещенный ГЛОНАСС + GPS режим. Есть возможность установить только режим ГЛОНАСС или только GPS. По умолчанию приемник

решает навигационные задачи в режиме 3D. Если количество спутников недостаточно, устройство может перейти в режим 2D (при наличии команды разрешения).

При потере связи со спутниками после решения навигационной задачи приемник может работать в режиме экстраполяции – в течение 1…5 с. Продолжать выдавать данные о местоположении на основании имеющейся информации о

векторе скорости. Установка разрешения экстраполяции и ее продолжительность производятся через бинарный протокол.

Приемник может работать в режиме фиксированных координат: когда предполагается, что потребитель неподвижен [50]. Его координаты XYZ в составе инициализирующих данных вводятся в приемник, который вычисляет только смещение и скорость ухода своей шкалы времени с целью формирования секундной метки времени (1PPS). При этом точность ее формирования будет напрямую зависеть от точности введенных координат.

Этот режим может использоваться, в частности,

для временны´ х приложений [49].

Альманахи

При производстве в приемник прошиваются действующие на текущий момент времени альманахи обеих КНС. В дальнейшем приемник периодически обновляет их (посредством записи во Flash память) на основании информации, содержащейся в принимаемых сигналах.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Подготовка к работе

Для демонстрации

работы приемника разработана плата коммута-

ции, используется ПО для ПК GeoSDemo®. Плата коммутации осуществляет подсоединение приемника к внешнему оборудованию (антенне, источнику питания, ПК). Соединение с антенным модулем осуществляется по коаксиальному кабелю через разъем SMA. Питание

RS232

/USB

Плата коммутации

Подключение

антенны

(SMA разъем)

Рис. 18. Схема подключения лабораторного макета

ГеоС-1М

RS232

USB

тип B

(питание)

КПК

платы подается по отдельному USB-кабелю от ПК. Поскольку современные ПК в основном не имеют интерфейса RS232, используется переходник c RS232 на USB (рис. 18).

Проверка работы приемника

Произвести подключение кабелей по схеме на рис. 18. Все подключения производить при выключенном питании приемника. После подачи питания на приемник на плате коммутации должен загореться светодиод. Запустить программу GeoSDemo®. При первом подключении рекомендуется выбрать автоматическое подключение: «Выбор COM порта автоматически».

При следующих подключениях, если приемник остается подключенным к тем же портам ПК, выбирать «Использовать сохраненные параметры».

ПО GeoSDemo осуществляет работу с приемником как по бинарному протоколу, так и протоколу NMEA. Вид главного окна при работе

по бинарному протоколу представлен на рис. 19 [49].

Рис. 19. Главное окно программы GeoSDemo® при работе

по бинарному протоколу

В нижней строке отображаются:

 номер порта ПК и скорость обмена по бинарному протоколу (COM18/115200);

 номер порта ПК и скорость обмена по NMEA протоколу (COM16/115200);

 состояние телеметрии синтезатора «Синт.» (зеленый цвет – норма);

 состояние телеметрии напряжения питания антенны «Ант.» (зе-

леный цвет – норма);

 идентификатор типа приемника (SMD для ГеоС-1М);

 дата, время.

Во вкладке «Каналы» отображается информация о КА, с которых принимается сигнал: номер КА, находится КА в слежении и/или решении, угол места, азимут, отношение с/ш. В правой половине отображается расширенный набор навигационных данных. При работе по бинарному протоколу вкладка «Каналы» выглядит согласно рис. 20 [51]. Голубым

цветом выделены строки, соответствующие КА GPS, салато-

вым – КА ГЛОНАСС.

Рис. 20. Вкладка «Каналы» (работа по бинарному протоколу)

На рис. 21 показано окно отображения спутников на карте неба (левый нижний угол главного окна) [51].

Рис. 21. Карта видимых спутников

Каждому спутнику соответствует кружок с системным номером КА:

 синим цветом отображаются спутники GPS: темно-синим – спутники, находящиеся в слежении; голубым – спутники, используемые в решении НЗ;

 зеленым цветом отображаются спутники ГЛОНАСС: темно- зеленым – спутники, находящиеся в слежении; салатовым – спутники, используемые в решении НЗ;

 розовый цвет соответствует спутникам, которые не

используют-

ся в решении НЗ.

На рис. 22 показана панель навигационной информации. Она включает время UTC (англ. coordinated universal time), широту/ долготу/ высоту, плановую скорость, курс, коэффициенты DOP (англ. dilution of

precision) [51].

Примечание. DOP можно перевести как «снижение точности». В отечественной литературе этой аббревиатуре соответствует коэффициент геомет-

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 64 5 6 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]