ИМИТАТОР НАВИГАЦИОННЫХ И МЕЖСПУТНИКОВЫХ РАДИОСИГНАЛОВ

Полезная модель относится к радионавигации, а именно, к имитаторам навигационных и межспутниковых радиосигналов систем ГЛОНАСС, GPS и Galileo.
Из уровня техники известны:
Патент US 5093800 «Имитатор сигналов GPS», опубл. 03.03.1992-функционально выполняющий работу одного из модулей GPS. Недостатком устройства является невозможность имитации работы всей навигационной системы, а также возможность имитировать другие системы: ГЛОНАСС, GPS и т.д.
Авторское свидетельство SU 1612321, «Имитатор радиосигналов навигационных сигналов», опубл. 07.12.1990, состоит из формирователей, персонального компьютера, аттенюаторов и имитирует работу произвольной навигационной системы. Но, поскольку, целью этого патента является создание системы для обучения штурманов, к ней не предъявляются такие требования по точности и уровням выходных сигналов. Кроме того нет требований к структуре сигнала. Т.е. в нашем случае слово "навигационный" имитатор обозначает, создающий сигнал системы глобального позиционирования, а в патенте-аналоге говорится о бортовой авиационной системе определения координат летательного аппарата.
Наиболее близким техническим решением является патент RU 2094915, опубл. 27.10.1997 «Имитатор источников радиосигналов», включающий в себя блок питания, плату персонального компьютера, блок управления и источники радиосигналов. Недостатками известного устройства являются громоздкость за счет использования электромеханических управляемых реактивных двигателей и ограниченность использования из-за узкого радиодиапазона излучаемых радиоволн.
Задачей заявленной полезной модели является устранение указанных недостатков.
Технический результат заявленного устройства заключается в расширении функциональных возможностей устройства, а именно способность имитировать навигационные и межспутниковые радиосигналы различного диапазона, а так же, возможность имитации навигационной системы в динамике.
Технический результат достигается тем, что имитатор навигационных и межспутниковых радиосигналов, включающий в себя блок питания, блок платы персонального компьютера, вход которого является входом устройства, блок управления и перемножения, выход которого является выходом устройства, единую материнскую плату и, по меньшей мере, один блок навигационного модуля, состоящий из программируемой логической интегральной схемы, в состав которой входят формирователь сигналов на низкой частоте, синтезатор тактовой частоты, выход которого соединен с входом формирователя сигналов на низкой частоте, квадратурного модулятора, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым входами формирователя сигналов на низкой частоте соответственно, выход квадратурного модулятора является выходом блока навигационного модуля, умножителя частоты, первый выход которого соединен с входом синтезатора тактовой частоты, второй выход соединен с третьим входом квадратурного модулятора, на вход умножителя частоты поступает высокостабильная внешняя частота с выхода единой материнской платы, микроконтроллера, первый вход/выход которого является входом/выходом блока навигационного модуля, второй вход/выход микроконтроллера соединен по шине четыре с входом/выходом программируемой логической интегральной схемы, кварцевого генератора, выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера отличающийся тем, что указанные блоки выполнены в виде модулей, причем блок платы персонального компьютера подключен к единой материнской плате посредством шины один, выход блока платы персонального компьютера подключен к монитору, блок управления и перемножения подключен к единой материнской плате посредством шины два, блок навигационного модуля подключен к единой материнской плате посредством шины три, выход блока навигационного модуля соединен со входом блока управления и перемножения, первый вход единой материнской платы соединен с выходом блока питания, на второй вход единой материнской платы подается внешний опорный сигнал, блок навигационного модуля представляет собой навигационный модуль системы ГЛОНАСС или GPS или Galileo.
На фиг.1 представлена блок схема заявляемого имитатора, где:
1. Имитатор навигационных и межспутниковых радиосигналов;
2. Блок питания;
3. Плата персонального компьютера;
4. Навигационные модули;
5. Блок управления и перемножения;
6. Объединительная материнская плата;
7. Монитор.
Минимальная конфигурация заявляемого ИНМСР 1 состоит из блока питания 2, платы персонального компьютера 3, одного навигационного модуля 4, блока управления и перемножения 5, и объединительной материнской платы 6.
В ИНМСР встраиваются навигационные модули ГЛОНАСС (L1, L2), ГЛОНАСС (L1C, L2C, L3C), ГЛОНАСС (межспутниковая радиолиния), GPS L1, GPS L2, Galileo E1, Galileo E5 и так далее. Имеется возможность установки и демонтажа как одного из модулей так и всех модулей одновременно. Соответственно подбираются и модули программного обеспечения.
Структура навигационного модуля (фиг.1) представляет собой печатную плату с врубным разъемом типа DIN для коммутации модуля с объединительной материнской платой 6 (см. фиг.1), где:
4. Навигационный модуль;
8. Программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС);
9. Формирователь сигналов на низкой частоте;
10. Синтезатор тактовой частоты;
11. Микроконтроллер;
12. Кварцевый генератор;
13. Умножитель частоты;
14. Квадратурный модулятор.
Основным узлом на плате является микросхема ПЛИС 8. Структура ПЛИС программируется с помощью внешнего персонального компьютера и представляет собой принципиальную схему формирователя М-последовательностей конкретного типа сигналов (GPS, ГЛОНАСС и т.д.) 9, с синтезатором тактовой частоты 10 (для данного формирователя).
опорн
опорн.
Орты I и Q М-последовательностей с первого и второго выхода формирователя сигналов 9 на низкой частоте подаются на первый и второй входы квадратурного модулятора 14 соответственно, который формирует выходной радиосигнал конкретного типа и является выходом навигационного модуля 4. Частота дискретизации модулятора и есть несущая частота данного радиосигнала, подается на третий вход квадратурного модулятора 14 со второго выхода умножителя частоты 13. Она формируется путем умножения высокостабильной внешней опорной частоты F, подаваемой на вход умножителя частоты, микросхемой умножителя частоты 13 на коэффициент соответствующий типу радиосигнала. Внешнюю опорную частоту (F) и синхронизирующий сигнал прибора, поступающий на узел синтезатор тактовой частоты 10, необходимо подать на вход прибора ИНМРС от высокостабильного задающего генератора (на фиг.1 не показан). На плату навигационного модуля эти сигналы поступают с материнской платы 6.
Цифровое управление платой, задание режимов работы узлам блока 4, и обмен данными между ПЛИС 8 и платой персонального компьютера (ПК) 3 выполняет микросхема микроконтроллера 11 через ее вход/выход с входом/выходом ПЛИС 8. Обмен с платой ПК осуществляется по интерфейсу USB (первый вход микроконтроллера 11). Питание микроконтроллера осуществляется через второй вход микроконтроллера 11, на третий вход микроконтроллера поступает сигнал внутренней частоты с кварцевого генератора 12, задающий режим работы микроконтроллера 11.
Напряжение питания платы навигационного модуля +5 В. Питание подается через разъем DIN от материнской платы.
Устройство ИНМС управляется с помощью мыши и клавиатуры компьютера (на фиг.1 не показаны), подключенных к разъемам USB платы персонального компьютера, или удаленно по интерфейсу Ethernet (разъем LAN платы персонального компьютера). Информация отображается на мониторе 7 или консоли, подключенной к разъему VGA.
Выходной суммарный сигнал устройства формируется на выходе блока управления и перемножения 5 на передней панели ИНМСР, промежуточные (навигационные радиосигналы каждого модуля 4) выводятся на заднюю панель устройства. На задней панели ИНМСР находятся разъемы USB, VGA и LAN для подключения устройств управления и отображения.
Устройство работает следующим образом. С жесткого диска персонального компьютера, при включении питания, загружается операционная система платы персонального компьютера 3 и запускается «Программа управления ИНМСР». Алгоритм работы программы представлен на фигуре 2, где:
15. Запуск программы, самоконтроль всех блоков ИНМСР, анализ конфигурации ИНМСР;
16. Выбор режима работы;
17. Автономный режим работы, внешняя синхронизация;
18. Выбор сценария (имитация одного спутника/группы спутников, типы сигналов, продолжительность работы);
19. Задание электрических параметров выходного радиосигнала;
20. Старт работы системы;
21. Передача управляющих пакетов навигационным модулям в соответствии со сценарием;
22. Прием и отображение телеметрии узлов прибора ИНМСР.
Программа посредством платы 3 посылает управляющие пакеты навигационным модулям 4 по интерфейсу USB (RS-485) через объединительную материнскую плату 6, также от высокостабильного задающего генератора поступает на вход материнской платы опорная внешняя частота, и считывает данные с плат навигационных модулей 4. Микроконтроллеры плат навигационных модулей 11 получают управляющие пакеты режимов, пакет типа выходного сигнала и команду разрешения формирования выходного сигнала, а так же пакет запроса телеметрии модуля. Навигационные модули 4, получившие команду разрешения выходного сигнала, выдают высокочастотный сигнал своего диапазона (например, ГЛОНАСС L1 с частотным разделением) блоку управления и перемножения сигналов 5. Амплитуда и подстройка частот выходного сигнала управляется «Программой управления ИНМСР» посредством связи: плата персонального компьютера 3 - объединительная материнская плата 6 - блок управления и перемножения сигналов 5.
Предлагаемый имитатор навигационных и межспутниковых радиосигналов уникален и позволяет имитировать каналы связи и кроме того существует возможность увеличения количества каналов функционирующих систем, также устройство может формировать сигнал, имитирующий передатчик межспутниковой радиолинии, например, системы ГЛОНАСС и необходимо для проверки и настройки бортовых приемников спутников, и наземной аппаратуры потребителя. Прибор является законченным программно-аппаратным комплексом, выполненным в едином компактном корпусе 19" с возможностью установки в 19" стойку, позволяющем использовать его как автономно, так и в составе стойки контрольно-проверочной аппаратуры. Прибор ИНМСР имеет гибкую модульную структуру, позволяющую создавать необходимую конфигурацию под конкретную задачу. Прибор имеет сетевой интерфейс Ethernet, позволяющий осуществлять удаленное управление посредством локальной сети или сети Интернет.