Имитатор радионавигационных сигналов в модульном исполнении

Решетневские чтения

С++ Builder 2009. Эта программа выполняет расчет фазовых сдвигов сигналов КА, определяет неоднозначности для всех космических аппаратов по минимальному созвездию КА, а также оптимальное значение угловой ориентации объекта и вероятность правильного разрешения неоднозначности фазовых измерений, рассчитывает погрешности определения азимута, угла места и базы.

В результате моделирования получены зависимости вероятностей правильного определения неоднозначности от значения погрешности измерения фазы для частот L1 и L2 СРНС ГЛОНАСС и GPS, а также зависимости погрешностей определения азимута, угла

места и длины базы от погрешности измерения фазы для тех же частот.

Анализ результатов моделирования показал, что разработанный алгоритм может быть использован для определения угловой ориентации подвижных объектов при расстоянии между антеннами интерферометра до 0,5 м.

Библиографическая ссылка

1. Пат. 2379700 Российская Федерация. Способ угловой ориентации объекта по сигналам спутниковых радионавигационных систем / Алешечкин А. М., Коко-рин В. И., Фатеев Ю. Л. Опубл. 20.01.2010, Бюл. № 2.

K. Yu. Kostyrev, A. M. Aleshechkin Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

EXAMINATION OF AMBIGUITY DOING ALGORITHMS IN INTERFEROMETRIC MEASURINGS BY SIGNALS OF SATTELITE RADIO NAVIGATION SYSTEMS

The methods of objects orientation definition in interferometric measuring by signals of satellite radio navigation systems are shown. The question of ambiguity doing in interferometric measuring is studied. The excess method of ambiguity doing is analyzed and realized.

© KocrapeB K. ro., AjiemeHKHH A. M., 2010

УДК 629.78.054:621.396.018

С. С. Красненко, А. В. Пичкалев

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

ИМИТАТОР РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ В МОДУЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ

Для высокоточного позиционирования спутников, находящихся на геостационарной и высокоэллиптической орбите, требуется специальная радионавигационная аппаратура, для отработки которой необходим имитатор радиосигналов. Обычные имитаторы не позволяют создавать ситуации, схожие с реальными, для космических аппаратов, находящихся на высотах более 5 000 км. Современные технологии облегчают создание но-

вых имитаторов.

Позиционирование абонентов навигационными спутниками не ограничивается поверхностью Земли и околоземным пространством. Точное определение местонахождения также необходимо для космических аппаратов (КА), находящихся на геостационарных и высокоэллиптических орбитах. Однако из-за того что навигационное поле для КА, находящегося на орбите выше 5 000 км, распадается на локальные сигналы, применение обычных навигационных приемников является невозможным и необходима разработка специальной аппаратуры радионавигации (АРН). Проверка и отладка этой аппаратуры должна проводиться на контрольно-испытательной аппаратуре, в состав которой входит имитатор радионавигационных сигналов (ИРНС), эмулирующий функционирование АРН на соответствующей орбите.

На сегодняшний день существуют различные имитаторы радионавигационных сигналов. Серийные ИРНС формируют навигационный сигнал для приемников, находящихся в навигационном поле на высоте не более 100 км, что не дает возможности использовать их для отладки и испытаний орбитальной АРН. Необходима разработка специального ИРНС, возможность перепрограммирования которого позволяет широко использовать его для разных типов летательных и космический аппаратов и высот орбит.

Наибольшее распространение получили два вида реализации ИРНС:

- ИРНС на дискретных синтезаторах;

- ИРНС на векторных генераторах.

Чаще всего встречается реализация ИРНС, которая имеет в каждом канале имитации радионавигацион-

Системы управления, космическая навигация и связь

ного сигнала собственный дискретный синтезатор, создающий квадратурный сигнал при помощи схем управления, формирования и обмена. Этот сигнал манипулируется по фазе промежуточной случайной частотой, на которую наложена цифровая информация (ЦИ), соответствующая ЦИ, передаваемой одним навигационным спутником системы ГЛОНАСС (или GPS). Затем все сигналы от каждого синтезатора складываются в единый радионавигационный сигнал.

Разработка имитаторов на дискретных синтезаторах является малоперспективной ввиду сложности синхронизации более шести каналов имитации. Однако при числе каналов менее восьми разработка и производство таких приборов будет проще и экономически выгоднее, чем остальных.

При реализации ИРНС на векторных генераторах он имеет буфер, в который записывается алгоритм движения навигационных спутников с поправками на отклонение. Схема управления считывает из буфера алгоритм движения отдельного спутника и передает его на цифровой аналоговый преобразователь (ЦАП) ЦИ, которую тот преобразует в аналоговый сигнал, подобный навигационному на пониженной частоте. Далее сигнал ЦАП переносится в рабочий диапазон частот.

Векторный генератор выполняет роль сверхбыстродействующего ЦАП, на который с высокой скоростью подается ЦИ в виде массива, формирующего единый радионавигационный сигнал, который в свою очередь имитирует движение навигационных спутников по орбите. Количество имитируемых спутников определяется быстродействием и разрешением генератора. Для их увеличения можно использовать несколько генераторов и суммировать сигнал, как при использовании дискретных синтезаторов.

В ходе анализа существующих имитаторов было выявлено, что их схемная реализация является наилучшим решением для серийного производства. Это

связано с тем, что разработка имитаторов является очень дорогостоящей - порядка 20 млн руб., причем значительная часть стоимости разработки приходится на отладку и обеспечение метрологических характеристик имитатора и их метрологическую аттестацию (сертификацию). Сами же имитаторы будут стоить около 500...600 тыс. руб. Отсюда можно сделать вывод, что такой проект окупится только при достаточно большой серии изготавливаемых приборов (более 100 шт.), маловероятной в космическом приборостроении.

В условиях мелкосерийного или штучного произ -водства лучше реализовывать имитаторы в модульном исполнении. Разработка одного такого ИРНС будет стоить порядка 3.4 млн руб. вместе со стоимостью аппаратных средств и программного обеспечения (ПО), которые используются в дальнейшем в составе прибора. Отсутствие тиражирования также уменьшает общую стоимость ИРНС.

Современные технологии облегчают реализацию ИРНС на векторных генераторах с помощью серийных модулей в международных магистрально-модульных стандартах под управлением ПО на базе специализированных библиотек LabVIEW (URL: http://digital.ni.com/ worldwide/russia.nsf/web/all/). В качестве серийных модулей National Instruments их разработчик LabVIEW предлагает использовать измерительную платформу PXI. В основе этой платформы лежат стандартные компьютерные технологии, такие как высокоскоростная шина PCI, процессоры и периферийные устройства, благодаря чему могут применяться широко распространенные интерфейсы ввода/вывода.

Производство спутниковой АРН является мелкосерийным, а ИРНС для него - это вообще штучная продукция, поэтому имитатор из серийно изготавливаемых модулей на быстродействующих ЦАП в виде модулей ПЛИС или векторных генераторов является наиболее приемлемой реализацией для космического приборостроения.

S. S. Krasnenko, A. V. Pichkalev JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

SIMULATOR OF RADIONAVIGATIONAL SIGNALS IN MODULARITY

The special navigational equipment is required for high-precision positioning of satellites that are in geostationary and elliptic satellites orbits. The simulator of radio signals is necessary for development of radio navigation satellite equipment. Simple simulators do not allow creating the situations similar to real ones for spacecrafts, being on heights more than 5000 km. Modern technologies facilitate creation of new simulators.

© Красненко C. C., nmKaieB A. B., 2010