УСТРОЙСТВО СЛЕЖЕНИЯ ЗА ЧАСТОТОЙ СИГНАЛА ОПОРНОЙ СТАНЦИИ РАДИОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Полезная модель относится к радионавигации, к устройствам слежения за параметрами сигналов и может быть использована в трактах первичной обработки сигналов аппаратуры потребителей радионавигационных систем.
7
Известно устройство автоматической подстройки частоты фазоманипулированного сигнала (Патент РФ №2089047, МПК H04L 27/22, H03D 13/00, опубл. 27.08.1997, БИ: №6, 2002 г.), содержащее многоканальный коррелятор, опорный многофазный генератор, формирователь сигнала, дешифратор, основной и дополнительный блоки памяти, различитель направления набега фазы и формирователь управляющего сигнала. Известное устройство обладает недостаточной помехоустойчивостью при воздействии шумовых преднамеренных помех.
Известно устройство фазовой автоподстройки частоты при слежении за фазой фазоманипулированного сигнала (Линдсей В. Системы синхронизации в связи и управлении / перевод с англ. под ред. Ю.Н. Бакаева, М.В. Капранова. - М.: Советское радио, 1978, с. 100-101), содержащее последовательно соединенные первый выход устройства, первый фильтр, идеальный квадратор, узкополосный полосовой фильтр, первый перемножитель, второй фильтр, сумматор, петлевой генератор, делитель частоты на два, второй перемножитель, детектор, второй выход устройства, а также третий выход устройства, причем второй вход первого перемножителя подключен к выходу петлевого генератора, второй вход сумматора - к третьему выходу устройства, а второй вход второго перемножителя - к выходу первого фильтра.
В данном устройстве входной сигнал возводится в квадрат, а затем фильтруется узкополосным полосовым фильтром, настроенным на удвоенную частоту. Для фазовой автоподстройки частоты гетеродина используется классическая система фазовой автоподстройки частоты, работающая на удвоенной частоте входного сигнала. Для формирования сигнала гетеродина, когерентного с входным сигналом, выходной сигнал управляемого петлевого генератора делится делителем частоты на два.
Недостатком данного устройства фазовой автоподстройки частоты является низкая помехоустойчивость при отношении сигнал/шум на входе меньше единицы.
Известно устройство слежения за частотой сигнала, являющееся наиболее близким к полезной модели устройством и взятым в качестве прототипа (ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. Изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: Радиотехника, 2010, с. 511), содержащее первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, смесители; управляемый цифровой генератор сигнала (далее - управляемый генератор частоты); 3-битовый регистр сдвига (далее -генератор кода); первый и второй накапливающие сумматоры со сбросом (далее - интеграторы); первый и второй блоки задержки на Т (далее - блоки задержки); сумматор; сглаживающий фильтр; первый, второй и третий выходы устройства.
При этом первые входы первого и второго смесителей подключены к второму выходу устройства, вторые входы - соответственно к первому и второму выходам управляемого генератора частоты, а их выходы - к первым входам соответственно третьего и четвертого смесителей, вторые входы которых подключены к выходу генератора кода, вход которого соединен с первым выходом устройства, а их выходы - к входам соответственно первого и второго интеграторов. Выход первого интегратора соединен со вторым входом шестого смесителя и входом первого блока задержки, выход которого соединен с первым входом пятого смесителя. Выход второго интегратора соединен с вторым входом пятого смесителя и входом второго блока задержки, выход которого соединен с первым входом шестого смесителя. Выходы пятого и шестого смесителей подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра, выход которого подключен к второму управляющему входу управляемого генератора частоты, первый вход которого соединен с третьим выходом устройства.
Недостатком данного устройства является низкая помехоустойчивость при воздействии шумовой помехи, уровень которой на входе устройства превышает уровень сигнала в количество раз не меньшее величины базы дальномерного кода навигационного сигнала.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение отношения сигнал-помеха на выходе коррелятора устройства слежения за частотой сигнала.
Техническим результатом является повышение помехоустойчивости.
Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные первый и третий смесители, первый интегратор, первый блок задержки и пятый смеситель; последовательно соединенные второй и четвертый смесители, второй интегратор, второй блок задержки и шестой смеситель; последовательно соединенные сумматор, сглаживающий фильтр, управляемый генератор частоты; генератор кода; первый, второй и третий выходы устройства, причем первые входы первого и второго смесителей подключены ко второму выходу устройства, первые входы управляемого генератора частоты и генератора кода подключены соответственно к третьему и первому выходам устройства, выход генератора кода подключен ко вторым входам третьего и четвертого смесителей, выходы первого и второго интеграторов подключены ко вторым входам соответственно шестого и пятого смесителей, выходы которых подключены соответственно ко второму и первому входам сумматора, введены два дополнительных смесителя, выход устройства и их связи.
Технический результат достигается за счет введения 2 новых блоков (седьмой и восьмой смесители) и их связей, что приводит к снижению флюктуационной составляющей дисперсии ошибки фильтрации частоты на выходе сглаживающего фильтра устройства при слежении за частотой сигнала опорной станции в результате корреляционной обработки принятой смеси сигнала и шумовой помехи с использованием опорного сигнала, модулированного доплеровскими составляющими, вызванными вибрациями конструкции носителя приемной аппаратуры в процессе его полета относительно опорной станции радионавигационной системы.
н2
τ
ССЧ
Помехоустойчивость следящих систем характеризуют вероятностью срыва слежения за заданное время. Вероятность того, что абсолютное значение мгновенной ошибки слежения будет больше заданных значений [1], равна:  При этом дисперсия ошибки фильтрации частоты при воздействии внешней шумовой помехи определена как  где  - динамическая ошибка фильтрации частоты;  - флуктуационная ошибка фильтрации частоты при воздействии внешней шумовой помехи; K - коэффициент усиления непрерывной системы фильтрации;  - дисперсия шума эквивалентных наблюдений;  - эквивалентное отношение сигнал/шум;  - отношение мощности сигнала к спектральной мощности шума в полосе 1 Гц; ρ(ε) - корреляционная функция дальномерного кода; Δƒ - шумовая полоса пропускания.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена структурная схема устройства слежения за частотой сигнала опорной станции радионавигационной системы и введены следующие обозначения:
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 - смесители;
9 - управляемый генератор частоты;
10 - генератор кода;
11, 12 - интеграторы;
13, 14 - блоки задержки;
15 - сумматор;
16 - сглаживающий фильтр;
17, 18, 19, 20 - выходы устройства.
Устройство слежения за частотой сигнала опорной станции радионавигационной системы содержит первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4, пятый 5, шестой 6, седьмой 7 и восьмой 8 смесители; управляемый генератор частоты 9; генератор кода 10; первый 11 и второй 12 интеграторы; первый 13 и второй 14 блоки задержки; сумматор 15; сглаживающий фильтр 16; первый 17, второй 18, третий 19, четвертый 20 выходы устройства.
При этом первые входы первого 1 и второго 2 смесителей подключены ко второму 18 выходу устройства, а их выходы - к первым входам соответственно третьего 3 и четвертого 4 смесителей, вторые входы которых подключены к выходу генератора кода 10, вход которого соединен с первым выходом 17 устройства, а их выходы - к входам соответственно первого 11 и второго 12 интеграторов. Выход первого 11 интегратора соединен со вторым входом шестого 6 смесителя и входом первого 13 блока задержки, выход которого подключен к первому входу пятого 5 смесителя. Выход второго 12 интегратора соединен с вторым входом пятого 5 смесителя и входом второго 14 блока задержки, выход которого подключен к первому входу шестого 6 смесителя. Выходы пятого 5 и шестого 6 смесителей подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 15, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра 16, выход которого подключен ко второму управляющему входу управляемого генератора частоты 9, первый вход которого соединен с третьим 19 выходом устройства, а первый и второй выходы - со вторыми входами соответственно седьмого 7 и восьмого 8 смесителей, первые входы которых соединены с четвертым 20 выходом устройства, а выходы - соответственно со вторыми входами соответственно первого 1 и второго 2 смесителей.
Устройство слежения за частотой сигнала опорной станции радионавигационной системы работает следующим образом.
На второй выход 18 устройства поступает перенесенная на промежуточную частоту и оцифрованная смесь навигационного сигнала опорной станции ЛРНС и шумовой помехи, уровень которой предварительно снижен с помощью устройств, реализующих известные методы повышения помехоустойчивости навигационных приемников, но при этом является достаточным для ухудшения характеристик устройства. С второго выхода 18 сигнал поступает на первые входы первого 1 и второго 2 смесителей.
На четвертый 20 выход устройства поступает сигнал, содержащий доплеровские составляющие спектра динамических возмущений носителя аппаратуры потребителя (АП) возникающих в процессе полета [2]. Данный сигнал получают с датчиков инерциальной навигационной системы навигационного комплекса носителя, оцифровывают, фильтруют и сохраняют в запоминающем устройстве АП. Сигнал с четвертого 20 выхода устройства поступает на первые входы седьмого 7 и восьмого 8 смесителей.
На первый 17 и третий 19 выходы устройства поступают сигналы управления соответственно генератором кода 10 и управляемым генератором частоты 9, получаемые от внешнего устройства поиска сигнала по дальности и частоте.
В результате перемножения в седьмом 7 и восьмом 8 смесителях доплеровского сигнала вибраций носителя и гармонических сигналов с выходов управляемого генератора частоты 9, значения частот которых задают управляющие сигналы с выхода сглаживающего фильтра 16 и с третьего 19 выхода устройства, на выходах седьмого 7 и восьмого 8 смесителей получают опорные сигналы частот, сдвинутые относительно друг друга по фазе на π/2 и модулированные доплеровскими сигналами вибраций носителя АП.
Модуляция позволяет увеличить степень схожести принятого носителем навигационного сигнала опорной станции и его текущей реплики, что в результате дальнейшей корреляционной обработки приводит к дополнительному снижению уровня шумовой помехи на выходах смесителей и увеличению крутизны взаимно корреляционных функций на выходах интеграторов в синфазном и квадратурном каналах.
p
p
p
p
При этом модулированные опорные сигналы частот поступают на вторые входы первого 1 и второго 2 смесителей, где перемножаются с принятой смесью навигационного сигнала и помехи, тем самым осуществляется перенос синфазной и квадратурной компонент этой смеси на нулевую частоту. Затем сигналы этих компонент поступают на первые входы соответственно третьего 3 и четвертого 4 смесителей, где перемножаются с дальномерным кодом с номинальным (Promt) значением задержки, поступающим на вторые входы смесителей с выхода генератора кода 10, управляемого сигналом с первого 17 выхода устройства. Сигналы с выходов третьего 3 и четвертого 4 смесителей подвергаются накоплению соответственно в первом 11 и втором 12 интеграторах, сигналы с выходов которых поступают на соответствующие входы блока дискриминирующей функции, состоящего из первого 13, второго 14 блоков задержки, пятого 5 и шестого 6 смесителей, а также сумматора 15. Блок дискриминирующей функции реализует алгоритм I(k)Q(k-1)-I(k-1)Q(k) и формирует на выходе сумматора 15 сигнал, пропорциональный рассогласованию между частотами принятого навигационного сигнала и его опорной копией. Сигнал рассогласования через сглаживающий фильтр 16, как правило, второго порядка астатизма, поступает на второй управляющий вход управляемого генератора частоты 9.
ω
Таким образом, в результате повышения отношения сигнал - шум на выходе коррелятора уменьшается ошибка фильтрации частоты D при воздействии шумовой помехи за счет снижения флуктуационной составляющей. Вероятность срыва слежения за частотой уменьшается, тем самым повышая помехоустойчивость устройства.
Источники информации
1. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. Изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: Радиотехника, 2010, с. 338, 511. - ISBN 978-5-88070-251-0;
2. Слюсарь Н.М. Вторичная модуляция радиолокационных сигналов динамическими объектами / Н.М. Слюсарь. - Смоленск: ВА ВПВО ВС РФ, 2006. - 173 с.