УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА КОНТРОЛЬНО-КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ СТАНЦИИ ГЛОБАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ

Полезная модель относится к области средств навигации и может использоваться в оборудовании контрольно-корректирующих станций дифференциальных подсистем глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).
Дифференциальные подсистемы ГНСС предназначены для обеспечения потребителей корректирующей информацией, представляющей собой поправки к навигационному параметру, измеряемому потребителем в процессе своего местоопределения. При этом корректируются погрешности измерений, обусловленные погрешностями эфемерид навигационных спутников, уходом шкалы времени, задержкой распространения сигнала в тропосфере, что позволяет существенно уменьшить погрешность местоопределения.
Формирование и передача потребителю сигналов навигационных поправок осуществляется с помощью оборудования наземных контрольно-корректирующих станций, входящих в дифференциальную подсистему ГНСС, см., например, патенты: [1] - RU 12863 (U1), G01S 1/02, G01S 5/02, опубл. 10.02.2000; [2] - RU 2152050 (С1), G01S 5/14, G01S 5/02, опубл. 27.06.2000; [3] - RU 2130622 (C1), G01S 5/12, опубл. 20.05.1999.
Оборудование контрольно-корректирующей станции ГНСС, обеспечивающее формирование и передачу сигналов навигационных поправок, обычно включает в себя последовательно соединенные приемник сигналов ГНСС, вычислитель поправок, модулятор, усилитель мощности и антенную систему, см., например, вариант выполнения контрольно-корректирующей станции, представленный в патенте [4] - RU 2138060 (C1), G01S 3/10, G01C 21/24, опубл. 20.09.1999.
В обобщенном виде структура контрольно-корректирующей станции ГНСС представлена в книге [5] - Сетевые спутниковые радионавигационные системы / Шеб-шаевич B.C., Дмитриев П.П., Иванцевич Н.В. и др.; Под ред. Шебшаевича B.C. // М., Радио и связь, 1993, с. 285-291, рис. 20.3. Часть этой структуры, включающая в себя модулятор и усилитель мощности, выполняющая функцию устройства формирования выходного сигнала контрольно-корректирующей станции ГНСС, принята в качестве устройства-прототипа.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные модулятор, вход которого является информационным входом устройства, и усилитель мощности, выход которого является выходом устройства, предназначенным для подключения внешней передающей антенны.
Модулятор осуществляет перенос входной информации о поправках к измеряемым навигационным параметрам на значение частоты генерируемых модулятором высокочастотных колебаний. Эти колебания усиливаются усилителем мощности и в качестве выходного сигнала поступают на передающую антенну.
Модулятор обычно выполняется на основе синтезатора частоты прямого синтеза, управляемого входным информационным сигналом через соответствующую схему управления (встроенный контроллер). Усилитель мощности, осуществляющий усиление до заданного уровня мощности поступающих от модулятора сигналов, обычно выполняется на транзисторах с использованием однотактной или двухтактной схемы выходного каскада, например, как это представлено в книге [6] - В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А. Ляховкин и др. / Радиопередающие устройства // М., Радио и связь, 2003, с. 105-106, рис. 2.62, с. 178-179, рис. 3.31, с. 182-184, рис. 3.33.
Устройство-прототип решает задачу формирования выходного сигнала контрольно-корректирующей станции ГНСС путем модуляции несущей частоты входным информационным сигналом, несущим данные о поправках, и последующего усиления модулированного сигнала по мощности до уровня, достаточного для обеспечения потребителей в зоне действия дифференциальной подсистемы сигналом заданной напряженности поля. При этом в рассматриваемом случае сигнал навигационных поправок передается в средневолновом диапазоне частот, его мощность постоянна и установлена исходя из конструктивных особенностей примененной передающей антенны, требуемой дальности действия контрольно-корректирующей станции, усредненного уровня помех и проводимости почв в зоне действия дифференциальной подсистемы.
В устройстве-прототипе не ставятся и не решаются некоторые задачи, связанные с проблемами, возникающими при эксплуатации контрольно-корректирующей станции в реальных условиях, характеризуемых изменчивостью внешних погодных факторов. Например, существует проблема обеспечения безаварийной работы в неблагоприятных погодных условиях (обильный снегопад, соляной туман, дождь, гроза). В этих условиях высока вероятность пробоев изоляторов передающей антенны контрольно-корректирующей станции и наведения опасного напряжения со стороны выхода при разрядах молний. Рассматриваемая проблема обеспечения эксплуатационной надежности обостряется в условиях затрудненного квалифицированного обслуживания, что характерно для дифференциальных подсистем ГНСС, разворачиваемых в труднодоступных, малозаселенных местах, где качественное оперативное обслуживание сопряжено с большими материальными и финансовыми затратами. Решение этой проблемы лежит, в частности, на путях создания дистанционно управляемых устройств, способных изменять свои характеристики в целях адаптации к изменяющимся внешним условиям.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства формирования выходного сигнала контрольно-корректирующей станции ГНСС, характеризующегося возможностью безаварийной работы в неблагоприятных погодных условиях. Достигается это за счет обеспечения возможности управления выходной мощностью устройства, что позволяет путем адекватного снижения мощности выходного сигнала предотвращать пробои изоляторов передающей антенны контрольно-корректирующей станции ГНСС во время обильных снегопадов, дождей или соляных туманов, а также за счет введения средств защиты от наводимого напряжения со стороны выхода во время разрядов молний.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в следующем. Устройство формирования выходного сигнала контрольно-корректирующей станции ГНСС содержит модулятор, вход которого является информационным входом устройства, и усилитель мощности, выход которого является выходом устройства. В отличие от прототипа устройство дополнительно содержит блок формирования группы внутренних управляющих сигналов, первый вход которого подключен к выходу модулятора, второй вход образует управляющий вход устройства, первый выход, являющийся выходом управления фазой, подключен к первому управляющему входу усилителя мощности, а второй выход, являющийся выходом управления мощностью, подключен ко второму управляющему входу усилителя мощности. При этом усилитель мощности содержит контроллер, первый и второй входы которого образуют, соответственно, первый и второй управляющие входы усилителя мощности, и силовой блок, выполненный по мостовой схеме на зашунтированных диодами полевых транзисторах, затворы которых, образующие управляющие входы силового блока, подключены к соответствующим выходам контроллера, а соединенные между собой стоки и истоки пар полевых транзисторов в плечах мостовой схемы, служащие выводами для подключения нагрузки в диагонали мостовой схемы, образуют выход усилителя мощности.
Сущность полезной модели и ее реализуемость поясняются структурной схемой устройства формирования выходного сигнала контрольно-корректирующей станции ГНСС.
Заявляемое устройство формирования выходного сигнала контрольно-корректирующей станции ГНСС содержит модулятор 1, блок 2 формирования группы внутренних управляющих сигналов, а также усилитель мощности 3, в состав которого входят контроллер 4 и силовой блок 5.
Вход модулятора 1 является информационным входом устройства.
Первый вход блока 2 формирования группы внутренних управляющих сигналов подключен к выходу модулятора 1.
Второй вход блока 2 формирования группы внутренних управляющих сигналов образует управляющий вход устройства.
Первый выход блока 2 формирования группы внутренних управляющих сигналов, являющийся выходом управления фазой, подключен к первому управляющему входу усилителя мощности 3, образованному первым входом контроллера 4.
Второй выход блока 2 формирования группы внутренних управляющих сигналов, являющийся выходом управления мощностью, подключен ко второму управляющему входу усилителя мощности 3, образованному вторым входом контроллера 4.
Выходы контроллера 4 связаны с управляющими входами силового блока 5.
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
Силовой блок 5 выполнен по мостовой схеме на четырех полевых транзисторах 6 (6, 6, 6, 6), зашунтированных соответствующими диодами 7 (7, 7, 7, 7). Затворы полевых транзисторов 6 (6, 6, 6, 6) образуют управляющие входы силового блока 5 и подключены к соответствующим выходам контроллера 4. Соединенные между собой стоки и истоки пар полевых транзисторов 6 и 6, 6 и 6 в плечах мостовой схемы служат выводами для подключения нагрузки (цепи внешней антенны) в диагонали мостовой схемы. Эти выводы образуют выход усилителя мощности 3, являющийся выходом устройства.
Модулятор 1 выполняется на основе управляемого цифрового синтезатора частоты прямого синтеза, например, аналогичного представленному в работе [7] - Л. Ридико / DDS прямой цифровой синтез частот // Компоненты и технология, №7, 2001.
Блок 2 формирования группы внутренних управляющих сигналов выполняется на основе контроллера.
В качестве полевых транзисторов 6 силового блока 5 могут использоваться, например, полевые транзисторы типа IRFP250N.
В качестве диодов 7 силового блока 5 могут использоваться, например, диоды типа HFA30TA60C.
Работа заявляемого устройства в составе контрольно-корректирующей станции ГНСС происходит следующим образом.
К выходу усилителя мощности 3 (т.е. к диагонали мостовой схемы силового блока 5) подключается нагрузка - входная цепь передающей антенны контрольно-корректирующей станции ГНСС (на структурной схеме антенна не показана).
На информационный вход устройства (на вход модулятора 1) поступает входной цифровой сигнал, несущий информацию о навигационных поправках, которые вычисляются в соответствующем блоке контрольно-корректирующей станции ГНСС (на структурной схеме не показан). В соответствии с этим сигналом осуществляется частотная модуляция выходного синусоидального сигнала модулятора 1.
Модулированный по частоте синусоидальный сигнал с выхода модулятора 1, несущий в себе информацию о навигационных поправках, поступает на первый вход блока 2 формирования группы внутренних управляющих сигналов.
На второй вход блока 2 формирования группы внутренних управляющих сигналов (управляющий вход устройства) поступает внешний управляющий сигнал, определяющий режим выходной мощности.
Под действием входных сигналов в блоке 2 осуществляется формирование группы внутренних управляющих сигналов для усилителя мощности 3, представляющих собой две последовательности прямоугольных импульсов, фронты которых жестко привязаны к моментам переходов через ноль входных синусоидальных колебаний.
Первая из этих последовательностей (на первом выходе блока 2) представляет собой последовательность прямоугольных импульсов, длительности которых равны длительностям соответствующих им положительных полуволн входных синусоидальных колебаний. Эта последовательность, несущая в себе информацию о частоте и фазе колебаний на выходе модулятора 1, является сигналом управления фазой.
Вторая последовательность (на втором выходе блока 2) является сигналом управления мощностью. Импульсы этой последовательности формируются из положительных и отрицательных полупериодов входных синусоидальных колебаний. Длительности импульсов последовательности меньше длительностей соответствующих им положительных и отрицательных полупериодов входных колебаний. Фронты импульсов задержаны относительно моментов переходов через ноль входных колебаний на определенные временные интервалы, определяемые настройками блока 2.
1
2
3
4
1
2
3
4
пит.
Выходные сигналы блока 2 поступают в контроллер 4, где на их основе формируются управляющие сигналы для силового блока 5, а именно, управляющие сигналы для четырех полевых транзисторов 6 (6 6, 6, 6) мостовой схемы, под действием которых осуществляется подключение полевых транзисторов 6 (6, 6, 6, 6) к источнику питания VСтруктура этих управляющих сигналов такова, что под их воздействием в нагрузке (т.е. в цепи внешней передающей антенны), подключенной к диагонали мостовой схемы силового блока 5, формируется выходной частотно-модулированный сигнал, несущий полезную информацию, определяемую сигналом, поступающим на информационный вход устройства, и имеющий уровень мощности, определяемый сигналом, поступающим на управляющий вход устройства.
При благоприятных внешних условиях выходная мощность устройства находится на максимальном уровне. В случае ухудшения внешних условий (обильный снегопад, дождь, соляной туман) управляющий сигнал, поступающий на управляющий вход устройства, изменяется, уменьшая длительность импульсов последовательности на втором выходе блока 2. В соответствии с этим параметры сигналов на выходах контроллера 4 меняются, уменьшая протекающие через транзисторы 6 токи и, соответственно, выходную мощность.
Уменьшение выходной мощности исключает возможные пробои изоляторов передающей антенны контрольно-корректирующей станции ГНСС в условиях обильного снегопада, дождя или соляного тумана, обеспечивая тем самым безаварийную работу в этих неблагоприятных условиях. Работа контрольно-корректирующей станции на пониженной мощности несколько ухудшает условия приема сигналов на краю рабочей зоны, при этом работоспособность дифференциальной подсистемы в целом сохраняется.
Управление мощностью может осуществляться дистанционно, например, из внешнего центра управления (на структурной схеме не показан), при этом управляющие сигналы для управления мощностью поступают на управляющий вход устройства по соответствующему каналу связи (вопросы формирования управляющего сигнала для управления мощностью и его передачи не связаны с сущностью заявляемой полезной модели и в рамках настоящей заявки не рассматриваются).
Помимо рассмотренной возможности уменьшения выходной мощности, на безаварийную работу в неблагоприятных погодных условиях также положительно влияют диоды 7, шунтирующие полевые транзисторы 6 мостовой схемы силового блока 5. Наличие диодов 7 предотвращает возможность возникновения перенапряжения на полевых транзисторах 6 в аварийных случаях повышения напряжения в антенной цепи, вызываемых разрядами молний.
Рассмотренное показывает, что заявляемая полезная модель осуществима и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в создании устройства формирования выходного сигнала контрольно-корректирующей станции ГНСС, характеризующегося возможностью безаварийной работы в неблагоприятных погодных условиях.
Источники информации
1. RU 12863 (U1), G01S 1/02, G01S 5/02, опубл. 10.02.2000.
2. RU 2152050 (C1), G01S 5/14, G01S 5/02, опубл. 27.06.2000.
3. RU 2130622 (C1), G01S 5/12, опубл. 20.05.1999.
4. RU 2138060 (C1), G01S 3/10, G01C 21/24, опубл. 20.09.1999.
5. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / Шебшаевич B.C., Дмитриев П.П., Иванцевич Н.В. и др.; Под ред. Шебшаевича B.C. // М., Радио и связь, 1993.
6. В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А. Ляховкин и др. / Радиопередающие устройства // М., Радио и связь, 2003.
7. Ридико Л. / DDS прямой цифровой синтез частот // Компоненты и технология, №7, 2001.