СПОСОБ ВРЕМЕННОГО НАКОПЛЕНИЯ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ С АДАПТИВНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ИНТЕРВАЛОВ
METHOD FOR TEMPORARY ACCUMULATION OF RADIO NAVIGATION SIGNALS WITH ADAPTIVE INTERVAL DISTRIBUTION

Изобретение относится к спутниковым технологиям определения местоположения и обработке радионавигационных сигналов.
Известен метод когерентного накопления импульсов сигналов, описанный книгах: Теоретические основы радиолокации: уч. пос. / под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Советское радио, 1970.
Бакулев, П.А. Радиолокационные системы: учебник для вузов / П.А. Бакулев. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Радиотехника, 2007. - 376 с.
Ширман, Я.Д. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех / Я.Д. Ширман, В.Н. Манжос. - М.: Радио и связь, 1981. - 416 с.
Недостатком известного метода, является накопление импульсов или пачки радиоимпульсов определенной длительности без учета возможных искажений формы, что снижает потенциальное увеличение отношения сигнала к помехе.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, принятым за прототип является алгоритм временного накопления радионавигационных сигналов описанный в статье Харисов В.Н., Пельтин А.В. Алгоритм временного накопления для мониторинга сигналов ГЛОНАСС // М.: Радиотехника. Радиосистемы (Журнал в журнале), №9, 2014.-е. 119- 124. и основанный на том, что временная форма сигнала на разных интервалах времени повторяется, что используется для повышения мощности принимаемого сигнала за счет группирования и накопления отсчетов сигнала, попадающих на одинаковые по форме участки сигнала, отстоящих во времени на известное целое число длительностей элемента псевдослучайной последовательности кода.
Недостатком известного метода является эквидистантное разбиение интервалов накопления в пределах исследуемого фрагмента сигнала по времени, что снижает детальность, и точность восстановления формы фрагмента сигнала.
Задача, на решение которой направленно заявляемое техническое решение, заключается в создании метода временного накопления радионавигационных сигналов, позволяющего устранить недостатки известного метода, которые приводят к снижению детальности и точности восстановления формы сигнала.
Техническим результатом изобретения является повышение отношения сигнал- шум принимаемого сигнала, повышение точности оценивания задержки дальномерного кода, точное восстановления формы сигнала.
комб.
т
k
k
комб.
),
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе временного накопления (МВН) заключающемся в том, что во фрагментах входного радионавигационного сигнала, описываемого числом комбинаций кодовых элементов в N групп, группируют одинаковые по форме участки сигналов и накапливают их, накопление осуществляют путем разбиения интервалов накопления на базовые элементы в пределах исследуемого фрагмента сигнала с элементарными подынтервалами, при этом разбиение осуществляют неравномерно - более плотно по временной оси в местах наиболее быстрого изменения сигнала по уровню, и менее плотно по временной оси в местах медленного изменения сигнала по уровню, длительностью элементарных подынтервалов разбиения Δτ и плотностью разбиения γ(т определяют совпадение элементарных фрагментов сигнала базовым элементам в целом α(t, 0),α(t, 1),α(t, 2),α(t, 3), и индексы базового элемента θ, по которым выполняют группирование отсчетов входного сигнала ξ в N групп и реконструируют принятый сигнал, путем восстановления фрагментов сигнала, для чего осуществляют адаптивную подстройку длительности подынтервалов разбиения коррекцией функции плотности разбиения γ(m) с уплотнением в области наименьшего совпадения формы.
Заявляемый метод поясняется графиками, где
комб.
комб.
на фиг. 1 - сигнал, представленный базисом α(t, 0)…α(t, N - l), описываемого числом комбинаций кодовых элементов N=4 и состоящий из набора четырех элементарных фрагментов;
k
комб.
k
k
на фиг. 2 - пример последовательности дальномерного кода с указанием индексов базовых элементов θ, соответствующих базису сигнала α(t, 0)…α(t, N - 1), отсчетов входных наблюдений ξ, порядкового номера интервала т;
на фиг. 3 - пример функции плотности распределения интервалов γ(m) в упрощенном виде, представимой кусочно-линейной функцией;
на фиг. 4 - пример функции плотности распределения интервалов γ(m) в упрощенном виде, представимой ступенчатой функцией;
max
min
на фиг. 5 - пример элемента последовательности дальномерного кода с указанием значений амплитуды S и S, и соответствующие им значение
комб.
комб.
Сигнал может быть представлен базисом α(t, 0)…α(t, N-1), описываемого числом комбинаций кодовых элементов N, например,
комб.
для N=4 набор из четырех элементарных фрагментов сигналов соответствующих следующим четырем переходам в кодовой последовательности - переход  соответствует α(t, 0), переход  соответствует α(t, 1), переход  соответствует α(t, 2), переход  соответствует α(t, 3) (фиг. 1),
комб.
для N=2 набор из двух элементарных фрагментов сигналов соответствующих следующим двум переходам в кодовой последовательности - переход  соответствует α(t, 0), переход  соответствует α(t, 1), которые дополняются двумя элементарными фрагментами α(t, 3)=-α(t, 0) и α(t, 2)=-α(t, 1),
комб.
для N=1 соответствует полной кодовой последовательности сигнала и применима только для периодических кодов.
комб.
или других базисов с N=8 и более.
k
комб.
k
Для определения индекса базового элемента θ в последовательности дальномерного кода, соответствующего базовым элементам базиса сигнала α(t, 0)…α(t, N-1) для каждого отсчета входных наблюдений ξ (фиг. 2) определяют следующие величины:
k
порядковый номер интервала m, соответствующий k-му отсчету;
k
k
временное положение отсчета t в пределах порядкового интервала m:
k
s,k
k
e
t=t-mτ,
k
k
θ=θ(m),
s,k
t - сигнальное время k-го отсчета наблюдений, при приеме радионавигационных последовательностей,
e
τ - длительность элементарного символа сигнала.
k
k
k
комб.
комб.
В зависимости от значения индекса 0 вся совокупность отсчетов входного сигнала ξ и соответствующих им моментов времени t разбивается на N групп, например для N=4:
1,k0
1,k0
k
k
k
- ξ и t соответствуют индексу базового элемента 0=0, k0=1, 2…N0, N0 - число отсчетов ξ с параметром θ=0;
1,k1
1,k1
k
k
k
- ξ и t соответствуют индексу базового элемента 0=1, k1=1, 2…N1, N1 - число отсчетов ξ с параметром θ=1;
1,k2
1,k2
k
k
k
- ξ и t соответствуют индексу базового элемента 0=2, k2=1, 2…N2, N2 - число отсчетов ξ с параметром θ=2;
1,k3
1,k3
k
k
k
- ξ и t соответствуют индексу базового элемента 0=3, k3=1, 2…N3, N3 - число отсчетов ξ с параметром θ=3.
i,ki
i,ki
комб.
i,ki
Последовательности ξ, t, i=0..(N-1) сортируются в порядке возрастания времени t. Результатом подобной перестановки являются последовательности  - отсчеты восстановленных фрагментов сигнала
Из восстановленных фрагментов сигнала  можно реконструировать исходный сигнал по следующему соотношению:
комб..
комб.
Приведенная методика восстановления фрагментов сигнала соответствует числу элементарных фрагментов сигнала N=4, однако она может быть обобщена на большее число групп N.
Длительности интервалов разбиения (группирования) определяется по следующему соотношению:
point
где N - число интервалов разбиения;
γ(m) - функция плотности разбиения интервалов.
Функция плотности распределения интервалов γ(m) может иметь различную форму, например:
вариант 1. В общем виде при неравномерном разбиении интервалов накопления в пределах исследуемого фрагмента функция γ(m) определяется выражением:
комб.
комб.
вариант 2. В упрощенном виде для N=4 и N=2, α(t, 1) и α(t,2) при неравномерном разбиении интервалов накопления в пределах исследуемого фрагмента функция γ(m) соответствует кусочно-линейной, и определяется соотношением:
ф
где τ - длительность фронта сигнала, зависящая от полосы пропускания приемной аппаратуры;
point
р - пороговый уровень функции γ(m), который зависит от числа интервалов разбиения N, минимальное значение
комб.
комб.
вариант 3. В упрощенном виде для N=4 и N=2, α(t, 1) и α(t, 2) при неравномерном разбиении интервалов накопления в пределах исследуемого фрагмента функция γ(m) соответствует ступенчатой, и определяется соотношением:
вариант 4. При равномерном разбиении интервалов накопления в пределах исследуемого фрагмента, соответствует прототипу
γ(m)=const=1.
max
min
Адаптивная подстройка интервалов разбиения осуществляется коррекцией плотности распределения интервалов γ(m) по результатам оценивания восстановленных фрагментов сигнала, соответствующих базовым элементам  и  При этом на интервале  оценивается максимальная S и минимальная S амплитуды, и соответствующие им значение  (фиг. 5). На основании полученной оценки корректируется плотность распределения интервалов по значению
Преимущества предложенного метода - повышение отношения сигнал-шум от применения метода временного накопления заключается в снижении эквивалентной спектральной плотности мощности шума в восстановленном элементе сигнала, определяемой соотношением:
где
α
e
s
fix
N=(τƒ) - число отсчетов исходных наблюдений, попадающих на интервал длительностью базового элемента;
fix
н
s
N=(Tƒ) - число отсчетов сигнала, использующихся для временного накопления;
fix
- функция округления до ближайшего меньшего целого;
н
T - длительность временной выборки, по которой восстанавливается форма сигнала;
s
ƒ - частота дискретизации сигнала;
- дисперсия дискретного белого гауссовского шума с эквивалентной спектральной плотностью мощности
н
Например для случая анализа СТ-компоненты сигнала ГЛОНАСС на интервале T=1 с и четырехэлементного представления сигнала, энергетический выигрыш при использовании только метода временного накопления будет составлять:
н
При анализе ВТ-компоненты сигнала ГЛОНАСС на интервале Т=1 с соответствующий выигрыш будет составлять уже ≈61 дБ.
Точность оценки базовых элемента  и как следствие точность оценивания задержки дальномерного кода повышается за счет точного восстановления участков в местах наиболее быстрого изменения сигнала по уровню.
Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет: улучшить характеристики измерений по огибающей сигнала (повысить точность измерений по фазе кода); повысить надежность измерений обнаружения аномалий или сильных искажений в принимаемом сигнале и отбрасывания соответствующих измерений.