ВСЕВОЛНОВОЕ УСТРОЙСТВО ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ НАВИГАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ

Всеволновое устройство приема и обработки навигационных сигналов может быть использовано в радиотехнике, в частности в радионавигации.
Из уровня техники известен азимутально-дальномерный приемник А-312-001 входящий в состав бортового оборудования систем ближней навигации [1], который принят за прототип.Структурная схема представлена на рис.1.
Приемник А-312-001 состоит из: сверхвысокочастотного (СВЧ) тракта 1, тракта промежуточной частоты 2, информационного тракта 3.
СВЧ тракт 1 включает в себя ограничитель мощности (ОМ) 5, усилитель СВЧ 6, делитель мощности (ДМ) 7. Ограничитель мощности решает задачу ограничения мощности сильного входного сигнала при нахождении подвижного объекта (ПО) вблизи маяка, и защиты от него следующих после ОМ каскадов приемника. Кроме того, ОМ закрывает приемник для внешних сигналов в режиме «Контроль». Усилитель СВЧ осуществляет усиление сигналов в широком динамическом диапазоне и в широком диапазоне частот. Делитель мощности предназначен для деления сигнала после усилителя СВЧ на два параллельных канала.
узк
шир
Тракт промежуточной частоты 2 состоит из двух параллельных каналов. Каждый канал состоит из смесителей (СМ) 8 и 9, резонансных усилителей 10 и 11, усилителя промежуточной частоты узкополосного (УПЧ) 12, усилителя промежуточной частоты широкополосного (УПЧ) 13, гетеродинов 14 и 15, АРУ 16 и 17.
Информационный тракт 4 обрабатывает сигналы с выходов тракта промежуточной частоты 2 с целью получения навигационной информации.
Недостатками известного приемника являются:
- способность принимать сигналы маяков только одной навигационной системы;
- устаревшая элементная база.
Всеволновое устройство приема и обработки навигационных сигналов представляет собой высокочувствительное многоканальное, широкополосное с большой глубиной автоматической регулировки усиления бланкируемое устройство приема и обработки сигналов со следящим стробированием, которое работает с эффективными системами автоматической подстройки частоты высокостабильного синтезатора частот, и автоматической регулировки усиления с (квази) оптимальной цифровой обработкой сигналов в информационном тракте.
При использовании устройства достигается непрерывность приема радионавигационных сигналов в широком диапазоне радиочастот при минимизации
аппаратурных затрат за счет параллельной обработки сигналов в тракте промежуточной частоты при широкополосных входном устройстве и усилителе радиочастоты. Всеволновое устройство приема и обработки навигационных сигналов отличается от аналогов наличием в структурной схеме многоканального тракта промежуточной частоты и многодиапазонного синтезатора частот с параллельными выходами. Главным отличием от аналога А-312-001 является возможность одновременного приема сигналов:
- спутниковых радионавигационных систем;
- радионавигационных систем дальней навигации длинных и сверхдлинных волн типа РСДН, Лоран, Омега;
- радионавигационных систем ближней навигации типа РСБН, TACAN, VOR-DME;
- сигналов посадочных систем СП-50, ILS;
- радиомаяков угломерных радионавигационных систем, в том числе вещательных станций.
Всеволновое устройство приема и обработки навигационных сигналов решает задачу непрерывного параллельного приема радионавигационных сигналов систем, работающих в радиодиапазонах километровых, гектометровых, метровых, дециметровых, сантиметровых волн. На структурной схеме всеволнового устройства приема и обработки навигационных сигналов (рис.2), показаны:
антенное устройство 18, входное устройство 19, многоканальный усилительный тракт (УТ) 20, информационный тракт (ИТ) 21, многодиапазонный синтезатор частот с параллельными выходами 22, устройство управления и отображения (УУО) 23, вторичный источник питания (ВИП) 24, система фазовой автоподстройки частоты 25.
Антенное устройство 18 преобразует ВЧ и СВЧ электромагнитные колебания в колебания электрического тока. Из-за ограничений на размеры антенных систем, устанавливаемых на подвижном объекте (ПО), они выполняются многодиапазонными и широкополосными, объединенными для большинства или всех радиоэлектронных средств, установленных на ПО. Входное устройство 19 усилительный тракт 20 и информационный тракт 21, синтезатор частоты 22, образуют канал обработки сигналов. Устройство управления и отображения 23 и вторичный источник питания 24 - это устройства, обеспечивающие функционирование с заданным качеством канала обработки сигналов.
Антенное устройство 18 состоит из широкополосных антенн перекрывающихся диапазонов сверхдлинных волн (СДВ), длинных и средних волн (ДВ-СВ) 26, метровых волн (MB) 27, дециметровых волн (ДМВ) 28.
Выходные сигналы антенного устройства 18 представляют собой вектор входных
напряжений
i
i
где т - символ транспонирования вектора, е - вектор напряжений на выходе антенны i-то диапазона; n - количество диапазонов;  - вектор навигационных сообщений, передаваемых в i-м частотном радиодиапазоне; m - количество навигационных сообщений, передаваемых в i-м частотном радиодиапазоне, которые поступают на вход входного устройства 19, состоящего из сумматора 29, каскадов сложения и прямой АРУ 30, аттенюаторов обратной АРУ 31, малошумящего широкополосного усилителя 32, в котором производится усиление поступающих ВЧ колебаний, и многоканального полосового фильтра 33, разделяющего поступающие на его вход сигналы для последующей передачи в линейную часть приемника 20, который формирует из (1) вектор выходных напряжений
В точке приема радионавигационные сигналы, как правило, имеют мощность, недостаточную для непосредственного выполнения над ними операции извлечения из них информации о координатах ПО, и принимаются фоне помех, отличающихся от полезного сигнала частотой. Поэтому формирование (2), - первичная обработка сигналов, - есть суть усиление и селекция по частоте составляющих вектора принимаемых колебаний (1).
Радионавигационные сигналы разделены по несущим частотам. Для получения радионавигационной информации в реальном масштабе времени усилительный тракт 20 должен быть многоканальным (по суммарному числу частотных каналов радионавигационных систем).
Таким образом, при первичной обработке радионавигационных сигналов необходимо учесть требования высокой чувствительности приемника, широкополосность, многочастотность, большой динамический диапазон входных сигналов, требования по электромагнитной совместимости и высокой помехозащищенности радионавигационных систем.
В линейной части приемника 20 производится первичная обработка принятых радиосигналов. Цель первичной обработки - получение из принятых навигационных радиосигналов в условиях действия аддитивных и мультипликативных помех отфильтрованного и усиленного радионавигационного сигнала .
Линейная часть приемника 20 состоит из первого 34, второго 35 и n-го 36 (где n - число радионавигационных систем, с которыми работает всеволновое устройство приема) каналов промежуточной частоты.
Линейная часть приемника 20 осуществляет:
- частотную селекцию сигнала на несущей частоте;
- одно- или многократное преобразование частоты принимаемого сигнала ("линейный перенос" спектра);
- частотную селекцию сигнала на последней промежуточной частоте;
- усиление высокочастотного сигнала.
Число выходов линейной части приемника 20 равно количеству частот n обрабатываемых радиосигналов.
Согласно управляющим (стробирующим) сигналам 49 поступающим из информационного тракта 21 в линейную часть приемника 20 выполняется поиск радиосигналов и слежение за ними. В линейной части приемника 20 также может производиться демодуляция усиленных и преобразованных сигналов.
Для обеспечения электромагнитной совместимости с другими, находящимися на борту ПО излучающими устройствами, в сумматор АРУ 48 должно вводиться бланкирование посредством бланкирующих сигналов 50.
Вследствие изменений расстояний и условий радиоприема между источниками и приемником электромагнитных колебаний, возникающих за счет движения ПО, изменение мощности сигналов на входе в линейную часть приемника 20 превышает 160 дБ. Это обуславливает необходимость эффективной системы автоматической регулировки усиления в линейной части приемника.
Таким образом, в линейной части приемника 20 производятся операции над ВЧ сигналом на несущей или промежуточной частоте. Выполняемые над сигналом операции по отношению к спектру являются линейными.
узк
шир
узк
шир
После предварительной фильтрации сигнала на радиочастоте в пассивном многоканальном фильтре 33 отфильтрованный сигнал поступает в тракт первой промежуточной частоты 37 состоящий из смесителя 38 и усилителя промежуточной частоты (УПЧ) 39, где происходит линейный перенос спектра сигнала в другой диапазон частот. Во втором тракте промежуточной частоты 40 происходит вторичный перенос спектра сигнала в смесителе 41 и разделение ускополоснных и широкополосных сигналов в УПЧ 42 и УПЧ 43 соответственно. В демодуляторах Д 44 и Д 45 производится демодуляция навигационных сигналов с целью подготовки к передаче в информационный тракт 21. Двойное (многократное) преобразование частоты в усилительном тракте наряду с подавлением зеркального канала позволяет выполнить переключение частотных каналов приема навигационной информации путем изменения частоты гетеродина, либо коммутации частот вырабатываемых синтезатором частот 21. Синтезатор частот 21 управляется системой фазовой автоподстройки частоты 25, которая, в свою очередь,
управляется информационным трактом 21.
Большая глубина автоматической регулировки усиления (АРУ) обеспечивается комбинированием прямой и обратной систем автоматической регулировки усиления 46. Борьба с хаотическими импульсными помехами осуществляется включением двойного кольца автоматической регулировки усиления по шумам (АРУШ 47). Управление системой автоматической регулировки усиления осуществляется информационным трактом посредством сигналов адаптации автоматической регулировки усиления 51.
Стробирование усилительных каскадов выполняется сигналами 49 вырабатываемыми информационным трактом 21 после обнаружения в процессе их сопровождения.
Несущие частоты выходных сигналов каналов частотной фильтрации и усиления одинаковы и равны последней (при многократном преобразовании) промежуточной частоте. Как правило, каждый из непрерывных выходных сигналов имеет модуляцию только одного параметра. Импульсные выходные сигналы могут содержать последовательности импульсов, кодированные различными кодами.
Выходные сигналы каждого из каналов существенно могут различаться по ширине спектра. Непосредственно, или после предварительной демодуляции, сигналы с выходов приемника подаются на информационный тракт для оптимальной обработки.
Система фазовой автоподстройки частоты 25 управляется информационным трактом 21 посредством сигналов автоподстройки частоты адаптации 52.
i
i
Наличие на выходе антенны кроме радионавигационных сигналов  (1) аддитивных шумов n(t) и воздействия мультипликативных помех m(t), приводит к тому, что точное формирование вектора координат
невозможно. Возможно только определение некоторого вектора λ*(t) (оценки) статистически связанного с вектором (3). Получить оценку λ*(t) можно лишь методами статистической обработки смеси , которая производится в информационном тракте 21.
Информационной тракт 21 может быть построен по схеме оптимального, или по схеме адаптивного приемника. Структурный синтез информационного тракта осуществляется в зависимости от вида модуляции и гипотезе о типе марковского процесса.
Список используемой литературы:
1. Самолетная аппаратура радиотехнической системы ближней навигации. Изделие А-312-001: Руководство по технической эксплуатации. ВШ2.043РЭ. Кн.3.
2. Марюхненко B.C. Радиоприемные устройства: Учебное пособие Ч.1. - Иркутск: ИВАИИ, 2001, 310 с.