1.1.3Конструкція та технічні характеристики навігаційного приймача ProPak-v3

В доповнення до карти NovAtel OEMV, укомплектований GNSS приймальний пристрій типово складається з чотирьох основних складових:

- виготовлений на замовлення корпус та монтажна схема;

- GNSS антена (та додатковий підсилювач потужності живлення з малим коефіцієнтом шуму);

- джерело живлення;

- апаратура для передачі даних.

Повністю система зображена на рисунку 2.6. Коротка характеристика радіочастотного (РЧ) та цифрово-електронного тракту приводиться після рисунку.

Карти NovAtel’s OEMV складаються з радіочастотного (РЧ) та цифрово-електронного тракту.

Рис. 2.6. GNSS (глобальна система супутникової навігації) функціональна схема пристрою

1 – Корпус; 2 – Карта OEMV; 3 – РЧ тракт; 4 – Цифровий тракт; 5 – Елементи управління;

6 – Ділянка перетворення частоти (змішувач); 7 – Сигнальний процесор; 8 – Генератор тактової частоти; 9 – 32-бітний центральний процесор; 10 – Інтерфейс вхід/вихід (I/O);

11 – АРП (автоматичне регулювання підсилення); 12 – Генератор тактової частоти;

13 – VCTCXO; 14 – Додатковий потужний підсилювач з малим коефіцієнтом шуму; 15 – Блок живлення; 16 – GNSS антена та підсилювач з малим коефіцієнтом шуму; 17 – РЧ коаксіальний кабель; 18 – Порти вводу-виводу; 19 – Порт COM1; 20 – Порт COM2; 21 – Порт COM3; 22 – Формування вхідного сигналу; 23 – Формування вихідного сигналу; 24 – Порт USB; 25 – Вихід на радіомодем 1; 26 – Вихід на радіомодем 2

Радіочастотний тракт. Приймач отримує відфільтрований та підсилений GNSS сигнал від антени крізь коаксіальний кабель. Радіочастотний (РЧ) тракт виконує передачу радіочастотного сигналу який далі поступає на цифровий тракт. Він також забезпечує живлення активного антенного підсилювача з малим коефіцієнтом шуму через коаксіальний кабель, який слугує ізоляцією між каналом передачі даних та радіочастотним трактом. РЧ тракт може сортувати високий рівень різниці потенціалів завад (наприклад, MSAT – мобільна система супутникового зв’язку, Inmarsat, сотовий телефон та телевізійний субгармонійний сигнал).

Цифрово-електронний тракт передавача передає низько конвертований, підсилений GNSS сигнал, котрий дискретизується (представляється в цифровому вигляді) та обробляється для досягнення GNSS рішення (місцезнаходження, швидкості та часу). Цифровий тракт складається з аналогово-цифрового перетворювача, 32-бітного центрального процесора, карти пам’яті, системи управління та установленої логічної схеми, сигнального процесора, схеми, зовнішнього (периферійного) обладнання та основної схеми. Він також керує всіма функціями входу/виходу, включаючи допоміжний стробуючий сигнал.

Зовнішнє джерело живлення здатне виробляти мінімальну напругу, необхідну для функціонування приймача. Мінімальна напруга регулюється картою, див. табл.3, вхідною напругою діапазону для OEMV та технічними умовами.

Попередження: якщо напруга нижча мінімальних технічних умов, то приймач тимчасово припинить функціонування. Якщо напруга перевищує максимальні технічні умови, приймач може пошкодитись.

1.1.4Конструкція та технічні характеристики антен gps-704x та 701/702-gg

Призначення GNSS антени полягає в перетворенні електромагнітних хвиль, переданих GNSS супутниками в РЧ сигнали. Активна GNSS антена є необхідною для приймача, щоб він міг функціонувати належним чином. Активна антена NovAtel рекомендована, тому що вона має точний фазовий центр та надійний корпус.

Потужність для антенного підсилювача з малим коефіцієнтом шуму – це звичайний блок живлення приймача. Якщо необхідний інший тип антени, який є несумісним з цим джерелом, тоді можна приєднати зовнішнє джерело живлення до приймача.

Приймач ProPak-V3 може використовувати декілька видів антенних систем: GPS-704X, GPS-701-GG і GPS-702-GG.

Антени GPS-704X забезпечують прийом сигналів GNSS (Глобальна Навігаційна Супутникова Система), таких як GPS, Galileo і GLONASS.

Рис.2.7. Зовнішній вигляд антени NovAtel GPS-704X

Антени GNSS працюють в широкому діапазоні частот. Особливості пасивної антени GPS-704X Galileo поліпшують якість функціонування, що гарантує роботу у всіх частотних смугах GPS, Galileo і GLONASS. Антена також включає технологію Pinwheel™ запатентовану NovAtel для придушення перевідбитих сигналів і стабільності фазового центру. Характеристики Антени GPS-704X приведені у табл. 2.3, а вимоги до підсилювача з малим коефіцієнтом шуму у табл. 2.4.

Таблиця 2.3 - Характеристики антени GPS-704X

Характеристика
Діапазон частот	1.15 - 1.65 ГГц
Роз’єм живлення	В відповідності до вимог
Коефіцієнт підсилення в зеніті (90°)
L1	+6.0 дБ (мінімум)
L2	+2.5 дБ (мінімум)
L5, E5a	+2.0 дБ (мінімум)
E6	+3.0 дБ (мінімум)
L-діапазон	+6.0 дБ (мінімум)
Коефіцієнт підсилення при зменшенні кута місця (із зеніту до горизонту)
L1, L-діапазон	14 дБ
L2 , E6	11 дБ
L5 ,E5	11 дБ
Коефіцієнт стоячої хвилі за напругою	≤ 2.0 : 1
Номінальний імпеданс	50 Ом
Висота	9 м
Фізичні і електричні характеристики
Розміри
Діаметр1	185 мм
Висота	69 мм
Вага	468 г
З'єднувач	TNC роз’єм
Зовнішні умови
Температура
Робоча	від -40°C дo +85°C
Зберігання	від -55°C дo +85°C
Вологість	Допускається до 95%
,,Морський туман“	MIL-STD-810F Method 509.4
Захист від проникнення	IPX6 і IPX7
Водостійкість	IEC 60529 IPX7

Таблиця 2.4 - Вимоги до підсилювача з малим коефіцієнтом шуму

Зовнішні вимоги до підсилювача з малим коефіцієнтом шуму
Характеристика	Технічні умови
Рівень шуму (коефіцієнт шуму)	1.5 дБ
Пропускна здатність	1100 – 1700 МГц
Час затримки	5 нс максимум
Коефіцієнт підсилення	25 дБ мінімум
Коефіцієнт стоячої хвилі за напругою	2:1 максимум
Затухання сигналу в антенному кабелі між антеною та підсилювачем з малим коефіцієнтом шуму	1 дБ максимум
Затухання сигналу в антенному кабелі між підсилювачем з малим коефіцієнтом шуму та приймачем	10 дБ максимум
З’єднувач	TNC
Підсилювач з малим коефіцієнтом шуму та фідерний імпеданс	50 Ом

Для того, щоб установити антену, потрібно слідувати наступним правилам:

1 радіокабель від антени підключається до підсилювача з малим коефіцієнтом шуму;

2 другий кабель приєднується до приймача;

3 додаткове джерело живлення (використовується при необхідності).

Рис.2.8. Підключення антени GPS-704-X

1 – Підсилювач з малим коефіцієнтом шуму; 2 – З’єднувальний радіо кабель;

3 – Додаткове джерело живлення.

LNA може живитися від приймача NovAtel або окремого джерела живлення. Щоб забезпечити додаткове живлення до LNA, потрібно застосовувати додатковий блок живлення. Рекомендується, щоб зовнішній підсилювач з малим коефіцієнтом шуму (LNA) і з’єднувальні кабелі узгоджувались з антеною GPS-704-X. Втрати визначаються довжиною з’єднувальних кабелів. Короткий кабель повинен з'єднувати антену і LNA з максимальною втратою не більше 1 дБ. Більш довгому кабелю (між LNA і приймачем) дозволяється максимальна втрата до 10 дБ.

NovAtel використовує ZEL-1217LN LNA від Mini-Circuits. Це обумовлює діапазон робочих частот 1200-1700 МГц, це фактично охоплює L5. Підсилювач з малим коефіцієнтом шуму, який працюватиме з антеною GPS-704-X, повинен охоплювати діапазон L1/L5 та L1/E5a для Galileo.

Антена GPS-704X працює в широкому діапазоні, який здатний до приймання сигналів від окремих GNSS систем. Результати випробувань підтверджують, що, в порівнянні з антеною 702-GG, діапазон антени 704X ширший, дозволяючи використовування супутникових системи у діапазоні від 1100 до1600 МГц.

Показники коефіцієнтів підсилення антени в зеніті, що наведені в табл.2.5, були зняті експериментальним шляхом в результаті випробувань, виконаних на антені 704X. Мінімальний оперативний продуктивний стандарт для GNSS складає -2 дБ в ситуаціях, коли кут місця перевищує 15 градусів.

Таблиця 2.5 - Показники коефіцієнтів підсилення антени 704X

Сигнали супутникових навігаційних систем	Частота (МГц)	Коефіцієнт підсилення антени в зеніті (900) (дБ)
GPS L1	1575	6.8
GPS L2	1227	2.9
GPS L5 and E5a	1176	2.7
Galileo E5a	1164	2.8
Galileo E5b	1207	2.8
Galileo E1	1575	6.8
GLONASS L1	1602, 1608, 1616	7.0
GLONASS L2	1240, 1250, 1260	3.2

На рис.2.9 показані діаграми направленості антени в діапазонах L1, L2 і L5. Із рисунку видно, що діаграми направленості антени у вказаних діапазонах симетричні, але коефіцієнти підсилення різні.

Рис.2.9. Діаграми направленості антени GPS-704X

Антени GPS-701-GG і GPS-702-GG являються частиною ряду антен NovAtel’s GPS-700. Вони забезпечують роботу у діапазоні L1 і L2 GPS, та L1 і L2 GLONASS.

Рис.2.10. Зовнішній вигляд антен NovAtel GPS-701/702-GG

Особливості антен GPS-701/702-GG наведено у табл. 2.6.

Таблиця 2.6 - Особливості антен GPS-701/702-GG

Особливості антен GPS-701/702-GG	Переваги антен GPS-701/702-GG
Забезпечує прийом поєднаних GPS + GLONASS сигналів	Забезпечення прийняття рішення в діапазоні L1/L2 GPS і L1/L2 GLONASS
Підвищення придушення багатопроменевості	Забезпечення рівномірного придушення сигналу без збільшення розміру та ваги антени типу a choke ring
Високо стабільний фазовий центр	Запропонована конструкція сприяє точному визначенню розташування, навіть при використанні широкої смуги частот
Дотримання RoHS	Виключення потреби переробки у майбутньому

Фазовий центр антени залишається сталим в не залежності від зміни азимуту і кута підняття супутників. Такі характеристики антени забезпечують легке розміщення і установку антени GPS-702-GG. Крім того, фазовий центр знаходиться в тому ж місці як для L1 так і для L2 діапазону. Це, об'єднане з мінімальним відхиленням фазового центру між окремими антенами, робить GPS-702-GG ідеальною для базисних ліній будь-якої довжини.

Таблиця 2.7 - Характеристики антен GPS-701/702-GG

Характеристика1
Діапазон робочих частот
L1	1588.5 ± 23 МГц (типово)
L2	1236 ± 18.3 МГц (типово)
Відхилення від номінального значення
L1 ± 100 МГц	30 дБ (типово)
L2 ± 200 МГц	50 дБ (типово)
Коефіцієнт шуму	29 дБ (типово)
Коефіцієнт підсилення в зеніті (90°)
L1	+5.0 дБ (мінімум)
L2	+2.0 дБ (мінімум)
Коефіцієнт підсилення при зменшенні кута місця (із зеніту до горизонту)
L1	13 дБ
L2	11 дБ
Коефіцієнт шуму	2.0 дБ (типово)
Коефіцієнт стоячої хвилі за напругою	≤ 2.0 : 1
L1-L2	Змінюється
Затримка при проходженні сигналу в антену	5 нс (максимум)
Номінальний імпеданс	50 Ом
Висота	9 м
Фізичні і електричні характеристики
Розміри
Діаметр	185 мм
Висота	69 мм
Вага	500 г
Потужність
Вхідна напруга	від +4.5 до +18 В
Споживання струму	35 мА(типово)
З'єднувач	TNC роз’єм
Зовнішні умови
Температура
Робоча	Від -40°C до +85°C
Зберігання	Від -55°C до +85°C
Вологість	Допускається до 95%

¹ - технічні характеристики L2 стосуються тільки GPS-702-GG.

На рис.2.11 представлені характерні приклади діаграм направленості правобічної поляризації (ПБП) і лівобічної поляризації (ЛБП) на L1/L2 частотах GPS, і L1/L2 частотах GLONASS, відповідно.

Рис.2.11. Діаграми направленості антен GPS-701/702-GG