ДВУХСИСТЕМНЫЙ НАВИГАЦИОННЫЙ ПРИЕМНИК КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к области радионавигации и может быть использована для точного определения вектора состояния (пространственных координат, составляющих вектора скорости и времени) космических аппаратов, находящихся на геостационарной орбите по сигналам спутниковых радионавигационных систем (СРНС) ГЛОНАСС и GPS.
Известен цифровой спутниковый приемник спутниковой радионавигационной системы (Патент РФ №2140090), решающий, в том числе и задачу определения вектора состояния низкоорбитального космического аппарата, состоящий из антенны, радиоприемной части и микрокомпьютера, функционально реализующего коррелятор, измеритель навигационных параметров, измеритель вектора состояния, декодер навигационной информации и блок назначения на каналы. Недостатком данного устройства является низкая потенциально возможная надежность и точность определения вектора состояния объекта, ввиду приема и обработки сигналов только одной СРНС - GPS.
Указанный недостаток частично устранен в комбинированном приемнике сигналов космических аппаратов ГЛОНАСС и GPS (Raymond A. Eastwood "An Integrated GPS/Glonass receiver" Navigation (USA), 1990, N 2, p.141-1512) содержащем антенну, малошумящий усилитель, диплексор, разветвитель сигналов, опорный термостатированный генератор, многоступенчатый синтезатор частот, четырехканальный приемный модуль системы ГЛОНАСС и шестиканальный приемный модуль системы GPS. Недостатками данного приемника являются наличие сложного многоступенчатого синтезатора частот, который обеспечивает обработку информации системы ГЛОНАСС путем разбиения рабочей полосы частот на 4 поддиапазона, что требует существенного усложнения аппаратной реализации и программно-математического обеспечения аппаратуры для выполнения оперативного управления переключением рабочих каналов приемника.
Наиболее близким к заявляемому является двухсистемный навигационный приемник (Патент РФ №77526), который содержит разъем для подключения совмещенной ГЛОНАСС/GPS антенны, разветвитель сигналов ГЛОНАСС и GPS, радиочастотный блок фильтрации усиления входных сигналов ГЛОНАСС и их аналого-цифрового преобразования, радиочастотный блок фильтрации, усиления входных сигналов GPS и их аналого-цифрового преобразования, N-канальный коррелятор обработки навигационных сигналов ГЛОНАСС и GPS, процессор поиска и слежения за сигналами, а также осуществляющий решение навигационной задачи, часы реального времени, память, два термокомпенсированных кварцевых генератора.
Недостатками данного устройства являются аппаратная избыточность ввиду дублирования радиоприемных трактов и наличия двух термокомпенсированных кварцевых генераторов, что приводит к усложнению устройства и увеличению массогабаритных показателей, а также отсутствие стойкости к влиянию дестабилизирующих факторов космического пространства.
Целью полезной модели является упрощение конструкции, повышение надежности приемника функционирующего в космическом пространстве.
Указанная цель достигается тем, что двухсистемный навигационный приемник космического аппарата, содержит последовательно соединенные широкополосное радиоприемное устройство, блок цифровой обработки сигналов, вычислитель, порт ввода-вывода информации, а также опорный генератор, дополнительно состоит из двух идентичных каналов, основного и резервного, в каждом из которых первый вход широкополосного радиоприемного устройства соединен с выходом разветвителя сигналов, второй вход широкополосного радиоприемного устройства соединен с выходом опорного генератора, вход которого подключен к первому выходу вторичного источника питания, третий вход широкополосного радиоприемного устройства соединен со вторым выходом вторичного источника питания, второй вход блока цифровой обработки сигналов подключен к выходу опорного генератора, а третий вход к третьему выходу вторичного источника питания, второй вход вычислителя подключен к четвертому выходу вторичного источника питания, выход порта ввода-вывода информации подключен ко входу вторичного источника питания, вход разветвителя сигналов соединен с выходом малошумящего усилителя, вход которого соединен с внешней удаленной антенной.
Функциональная схема предлагаемого приемника представлена на фиг 1. Сущность полезной модели заключается в следующем, вход малошумящего усилителя (МШУ) 1 соединен с внешней удаленной ГЛОНАСС/GPS антенной 9, выход МШУ 1 соединен со входом разветвителя сигналов (PC) 2, первый выход которого соединен с первым входом широкополосного радиоприемного устройства (ШРУ) 3 основного канала, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора (ОГ) 7, вход которого подключен к первому выходу вторичного источника питания (ВИП) 8, третий вход ШРУ 3 соединен со вторым выходом ВИП 8, выход ШРУ 3 соединен с первым входом блока цифровой обработки сигналов (БЦОС) 4, второй вход которого подключен к выходу ОГ 7, а третий вход к третьему выходу ВИП 8, выход БЦОС 4 подключен к первому входу вычислителя 5, второй вход которого подключен к четвертому выходу ВИП 8, вход-выход вычислителя (В) 5 подключен к входу-выходу порта ввода-вывода информации (ПВВИ) 6, выход которого подключен ко входу ВИП 8, второй выход PC 2 соединен со входом резервного канала, который представляет собой идентичное устройство, состоящее из функциональных блоков 3-8, соединенных в соответствии с представленным описанием основного канала.
Устройство работает следующим образом, сигнал с внешней удаленной антенны 9 принимающей сигналы спутниковых систем (ГЛОНАСС и GPS) поступает на вход МШУ 1, который обеспечивает их усиление, а также компенсацию потерь в высокочастотном кабеле соединяющем МШУ 1 и PC 2, который предназначен для разветвления принимаемых сигналов на ШРУ 3 основного и резервного каналов. Резервный канал представляет собой блок устройства, идентичный основному каналу (Фиг.1). Далее рассматривается функционирование только основного канала.
В широкополосном радиоприемном устройстве 3 осуществляется усиление принимаемых навигационных сигналов ГЛОНАСС и GPS, предварительная фильтрация и перенос их группового спектра на промежуточную частоту. В блоке цифровой обработки 4 сигналов производится преобразование группового сигнала в цифровую форму при помощи аналого-цифрового преобразователя или компаратора (однобитное преобразование) и разделение сигнала на каналы обработки на цифровом уровне. Каналы обработки универсальны, т.е. предназначены для обработки сигналов как ГЛОНАСС так и GPS, что достигается применением в составе БЦОС 4 перестраиваемого генератора псевдослучайной последовательности (ПСП). Обработка сигналов в каналах БЦОС 4 состоит в выполнении свертки ПСП выбранного навигационного космического аппарата и переносе спектра его сигнала на нулевую частоту. Результаты накапливаются в интеграторах действительной и мнимой составляющих и затем передаются в вычислитель 5.
В вычислителе 5 выполняется первичная обработка - определение параметров навигационных сигналов и вторичная обработка - извлечение навигационной информации и определение вектора движения космического аппарата.
Параметры вектора движения космического аппарата передаются из вычислителя во внешнее устройство, например, в бортовой вычислительный комплекс космического аппарата, через порт ввода-вывода информации 6. Через порты ввода вывода осуществляется управление режимами работы устройства: определение вектора состояния космического аппарата только по сигналам спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС, только по сигналам GPS или совместное определение по сигналам ГЛОНАСС и GPS.
Опорный генератор 7 осуществляет формирование опорной частоты необходимой для работы ШРУ 3 и БЦОС 4. В качестве ОГ 7 используется термокомпенсированный кварцевый генератор.
Вторичный источник питания 8 осуществляет преобразование напряжения бортовой сети космического аппарата в напряжения, необходимые для питания составных функциональных узлов устройства.
Выбор активного канала (основного или резервного), осуществляется внешним устройством через порт ввода-вывода информации, который подает сигнал на включение вторичного источника питания соответствующего канала. Применение второго канала, находящего в холодном резерве позволяет повысить время наработки на отказ всего устройства в целом.
Реализация данного технического решения позволит создать устройство, обладающее минимальной аппаратной избыточностью и обеспечивающее определение вектора состояния космического аппарата, находящегося на геостационарной орбите по сигналам двух спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS в условиях влияния дестабилизирующих факторов космического пространства и обладающего повышенным сроком активного существования.