НАВИГАЦИОННЫЙ ПРИЁМНИК С КОМПЕНСАТОРОМ ПОМЕХ
NAVIGATION RECEIVER WITH NOISE COMPENSATOR

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в приемниках глобальных навигационных спутниковых систем, использующих широкополосные сигналы, манипулированные по фазе псевдослучайной последовательностью.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является «Квазикогерентный корреляционный приемник», приведенный на рисунке 18.1 в книге (Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с. С. 316) который является устройством-прототипом.
Устройство-прототип состоит из первого и второго перемножителей, первые входы которых объединены, при этом выход первого перемножителя соединен со входом системы слежения за фазой, первый выход которой соединен со вторым входом второго перемножителя, выход второго перемножителя соединен со входом системы слежения за задержкой, первый выход которой соединен со вторым входом первого перемножителя, выходы системы слежения за фазой и системы слежения за задержкой являются выходами устройства-прототипа.
Основным недостатком устройства-прототипа является низкая помехоустойчивость приема навигационного сигнала, обусловленная воздействием сигналоподобных помех от отечественных средств радиоэлектронного противодействия.
Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости приема навигационного сигнала путем воспроизведения копии сигналоподобной помехи с учетом времени задержки и последующей компенсацией помехи из входной смеси «сигнал-помеха».
Технический результат изобретения достигается тем, что навигационный приемник с компенсатором помех, состоящий из канала приема навигационного сигнала, включающий первый перемножитель и второй перемножитель,  имеющие один из входов, соединенный между собой и с выходом канала формирования копии помехи, выход первого перемножителя соединен с входом блока фазовой автоподстройки частоты канала приема навигационного сигнала, имеющего один из выходов, соединенный с одним из входов второго перемножителя, и другой выход, соединенный с ВЫХОДОМ 1, выход второго перемножителя соединен с входом блока автоподстройки времени канала приема навигационного сигнала, имеющего один из выходов, соединенный с одним из входов первого перемножителя, другой выход, соединенный с ВЫХОДОМ 2, в канал приема навигационного сигнала дополнительно введен перемножитель произведения синхронного по времени и фазе навигационного сигнала, имеющий один вход, соединенный с первым выходом блока фазовой автоподстройки частоты канала приема навигационного сигнала, другой вход, соединенный с первым выходом блока автоподстройки времени канала приема навигационного сигнала, выход, соединенный с одним из входов вычитающего устройства компенсации навигационного сигнала, имеющего один из входов, соединенный с ВХОДОМ навигационного приемника, выход, соединенный с входом обнаружителя помехи, с одним из входов перемножителя выделения гармонического колебания, с одним из входов перемножителя выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи, один из выходов  обнаружителя помехи, соединенный с одним из входов блока автоподстройка времени канала формирования копии помех, другой выход, соединенный с одним из входов блока фазовой автоподстройки частоты канала формирования копии помехи, выход перемножителя выделения гармонического колебания, соединенный с одним из входов блока фазовой автоподстройки частоты канала формирования копии помехи, выход перемножителя выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи, соединенный с одним из входов блока автоподстройки частоты канала формирования копии помехи и с входом измерителя амплитуды, выход блока автоподстройки канала формирования копии помехи, соединенный с другим входом перемножителя выделения гармонического колебания и с другим входом перемножителя воспроизведения синхронной по времени задержки копии помехи, выход блока фазовой автоподстройки частоты канала формирования копии помехи, соединенный с одним из входов перемножителя получения гармонического сигнала и с одним из входов перемножителя выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи, выход измерителя амплитуды, соединенный с другим входом перемножителя получения гармонического сигнала, выход которого соединен с одним из входов перемножителя воспроизведения синхронной по времени задержки копии помехи, выход которого соединен с одним из входов вычитающего устройства компенсации сигналоподобной помехи, имеющего один из входов, соединенный с ВХОДОМ, а выход является выходом канала формирования копии помехи, соединен с одним из входов первого перемножителя и с одним из входов второго перемножителя.
Сущность изобретения заключается в следующем. На вход навигационного приемника с компенсатором помех поступает смесь навигационного сигнала и сигналоподобной помехи, излучаемой отечественным средством радиоэлектронного противодействия, находящимся в пределах радиовидимости приемника глобальных навигационных спутниковых систем. В канале формирования копии помехи обнаружитель помехи является обнаружителем сигнала с известными параметрами и неизвестным временем задержки и настроен на обнаружение только сигналоподобной помехи. В канале формирования копии помехи осуществляется воспроизведение копии помехи, синхронной по времени задержки с обнаруженной сигналоподобной помехой, с последующим вычитанием сформированной копии помехи из входной смеси навигационного сигнала и сигналоподобной помехи.
На фиг. 1 приведена структурная схема навигационного приемника с компенсатором помех, где обозначено:
1 - вычитающее устройство компенсации навигационного сигнала;
2 - вычитающее устройство компенсации сигналоподобной помехи;
3 - обнаружитель помехи;
4 - блок автоподстройки времени (АПВ) канала формирования копии помехи;
5 - перемножитель выделения гармонического колебания;
6 - блок фазовой автоподстройки частоты (ФАГГЧ) канала формирования копии помехи;
7 - перемножитель получения гармонического сигнала;
8 - перемножитель воспроизведения синхронной по времени задержки копии помехи;
9 - перемножитель выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи;
10 - измеритель амплитуды;
11 - первый перемножитель;
12 - второй перемножитель;
13 - блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) канала приема навигационного сигнала;
14 - блок автоподстройки времени (АПВ) канала приема навигационного сигнала;
15 - перемножитель произведения синхронного по времени задержки и фазе навигационного сигнала.
Обнаружитель помехи 3, канала формирования копии помехи, является устройством обнаружения сигнала с известными параметрами и неизвестным временем задержки и настроен на обнаружение сигналоподобной помехи. Обнаружитель помехи 3 может быть реализован, например, по схеме, приведенной на рисунке 2.14 в книге Яценков B.C. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС.- М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 272 с. С. 94.
Блок АПВ канала формирования копии помехи 4 является устройством формирования огибающей копии помехи, синхронной по времени задержки с обнаруженной сигналоподобной помехой. Блок АПВ канала формирования копии помехи 4 может быть реализован, например, по схеме, приведенной на рисунке 18.1 в книге Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с. С. 316, или на рисунке 6.3 в книге Шахтарин Б.И. Синхронизация в радиосвязи и радионавигации. - М.: Гелиос АРВ, 2007. - 256 с. С. 151.
Блок ФАПЧ канала формирования копии помехи 6 является устройством формирования гармонического колебания, совпадающего по фазе с обнаруженной сигналоподобной помехой. Блок ФАПЧ канала формирования копии помехи 6 может быть реализован, например, по схеме, приведенной на рисунке 18.1 в книге Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с. С. 316 или на рисунке 6.6а) в книге Шахтарин Б.И. Синхронизация в радиосвязи и радионавигации. - М.: Гелиос АРВ, 2007. - 256 с. С. 161.
Измеритель амплитуды 10 является устройством оценки амплитуды сигналоподобной помехи. Измеритель амплитуды 10 может быть реализован, например, по схеме, приведенной на рисунке 3.16 в книге Мирский Г.Я. Аппаратное определение характеристик случайных процессов. - М.: Энергия, 1972. - 456 с. С. 92.
Вычитающее устройство компенсации навигационного сигнала 1 является устройством компенсации навигационного сигнала путем вычитания синхронной по времени задержки и фазе копии навигационного сигнала из входной смеси «навигационный сигнал - сигналоподобная помеха». Вычитающее устройство компенсации навигационного сигнала 1 может быть реализовано, например, по схеме, приведенной на странице 528 в книге Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.: Наука, 1986. - 544 с. С. 522.
Вычитающее устройство компенсации сигналоподобной помехи 2 является устройством компенсации сигналоподобной помехи путем вычитания синхронной по времени задержки и фазе копии сигналоподобной помехи из входной смеси «навигационный сигнал - сигналоподобная помеха». Вычитающее устройство компенсации сигналоподобной помехи 2 может быть реализовано, например, по схеме, приведенной на странице 528 в книге Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.: Наука, 1986. - 544 с. С. 522.
Перемножитель выделения гармонического колебания 5 является устройством выделения гармонического колебания из обнаруженной сигналоподобной помехи. Перемножитель выделения гармонического колебания 5 может быть реализован по схеме, приведенной на рисунке 2.2 в книге Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М.: Сов. радио, 1977. - 400 с. С. 52.
Перемножитель выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи 9 является устройством выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи. Перемножитель выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи 9 может быть реализован по схеме, приведенной на рисунке 2.2 в книге Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М.: Сов. радио, 1977. - 400 с. С. 52.
Перемножитель получения гармонического сигнала 7 является устройством получения гармонического сигнала, синхронного по фазе с обнаруженной сигналоподобной помехой и равной с ней амплитудой. Перемножитель получения гармонического сигнала 7 может быть реализован по схеме, приведенной на рисунке 2.2 в книге Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М.: Сов. радио, 1977. - 400 с. С. 52.
Перемножитель воспроизведения синхронной по времени задержки копии помехи 8 является устройством воспроизведения синхронной по времени задержки копии помехи, параметры которой совпадают с обнаруженной сигналоподобной помехой. Перемножитель воспроизведения синхронной по времени задержки копии помехи 8 может быть реализован, например, по схеме, приведенной на рисунке 2.2 в книге Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М.: Сов. радио, 1977. - 400 с. С. 52.
Первый перемножитель 11 является устройством снятия манипуляции навигационного сигнала псевдослучайной последовательностью, что позволяет работать блоку ФАПЧ 13 с более узким спектром сигнала. Перемножитель 11 может быть реализован, например, по схеме, приведенной на рисунке 2.2 в книге Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М.: Сов. радио, 1977. - 400 с. С. 52.
Второй перемножитель 12 является устройством выделения огибающей псевдослучайной последовательности навигационного сигнала, что позволяет работать блоку АПВ 14 с видеочастотным сигналом. Перемножитель 12 может быть реализован, например, по схеме, приведенной на рисунке 2.2 в книге Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М.: Сов. радио, 1977. - 400 с. С. 52.
Перемножитель произведения синхронной по времени задержки и фазе навигационного сигнала 15 является устройством формирования синхронной по времени задержки и фазе «копии» навигационного сигнала. Перемножитель произведения синхронного по времени задержки и фазе навигационного сигнала 15 может быть реализован, например, по схеме, приведенной на рисунке 2.2 в книге Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М.: Сов. радио, 1977. - 400 с. С. 52.
Навигационный приемник с компенсатором помех состоит из канала приема навигационного сигнала, состоящего из первого перемножителя 11, второго перемножителя 12, блока ФАПЧ канала прима навигационного сигнала 13, блока АПВ канала приема навигационного сигнала, перемножителя произведения синхронной по времени задержки и фазе навигационного сигнала 15 и из канала формирования копии помехи состоящего из вычитающего устройства компенсации навигационного сигнала 1, вычитающего устройства компенсации сигналоподобной помехи 2, обнаружителя помехи 3, блока АПВ канала формирования копии помехи 4, перемножителя выделения гармонического колебания 5, блока ФАПЧ канала формирования копии помехи 6, перемножителя получения гармонического сигнала 7, перемножителя воспроизведения синхронной по времени задержки копии помехи 8, перемножителя выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи 10.
Первый вход вычитающего устройства компенсатора навигационного сигнала 1 соединен с ВХОДОМ, второй вход соединен с выходом перемножителя произведения синхронного по времени задержки и фазе навигационного сигнала 15, а выход соединен с входом обнаружителя помехи 3, с первым входом перемножителя выделения гармонического колебания 5, с первым входом перемножителя выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи 9.
Первый выход обнаружителя помехи 3 соединен со вторым входом блока АПВ канала формирования копии помех 4, второй выход соединен со вторым входом блока ФАПЧ канала формирования копии помехи 6.
Выход перемножителя выделения гармонического колебания 5 соединен с первым входом блока ФАПЧ канала формирования копии помехи 6.
Выход перемножителя выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи 9 соединен с первым входом блока АПВ канала формирования копии помехи 4 и с входом измерителя амплитуды 10.
Выход блока АПВ канала формирования копии помехи 4 соединен со вторым входом перемножителя выделения гармонического колебания 5 и со вторым входом перемножителя воспроизведения синхронной по времени задержки копии помехи 8.
Выход блока ФАПЧ канала формирования копии помехи 6 соединен с первым входом перемножителя получения гармонического сигнала 7 и со вторым входом перемножителя выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи 9.
Выход измерителя амплитуды 10 соединен со вторым входом перемножителя получения гармонического сигнала 7.
Выход перемножителя получения гармонического сигнала 7 соединен с первым входом перемножителя воспроизведения синхронной по времени задержки копии помехи 8.
Выход перемножителя воспроизведения синхронной по времени задержки копии помехи 8 соединен со вторым входом вычитающего устройства компенсации сигналоподобной помехи 2.
Первый вход вычитающего устройства компенсации сигналоподобной помехи 2 соединен с ВХОДОМ, а выход вычитающего устройства компенсации сигналоподобной помехи 2 соединен с первым входом первого перемножителя 11 и с первым входом второго перемножителя 12.
Выход первого перемножителя 11 соединен с входом блока канала ФАПЧ приемника навигационного сигнала 13.
Первый выход блока ФАПЧ канала приема навигационного сигнала 13 соединен с первым входом перемножителя произведения синхронного по времени задержки и фазе навигационного сигнала 15 и со вторым входом второго перемножителя 12, второй выход соединен с ВЫХОДОМ 1.
Выход второго перемножителя 12 соединен с входом блока АПВ канала приема навигационного сигнала 14.
Первый выход блока АПВ канала приема навигационного сигнала 14 соединен со вторым входом первого перемножителя 11 и со вторым входом перемножителя произведения синхронного по времени задержки и фазе навигационного сигнала 15, второй выход соединен с ВЫХОДОМ 2.
Выход перемножителя произведения синхронного по времени задержки и фазе навигационного сигнала 15 соединен со вторым входом вычитающего устройства компенсации навигационного сигнала 1.
Навигационный приемник с компенсатором помех работает следующим образом.
На вычитающее устройство компенсации навигационного сигнала 1 через первый вход поступает аддитивная смесь навигационного сигнала и сигналоподобной помехи, а через второй вход поступает копия навигационного сигнала. В результате вычитания компенсируется навигационный сигнал и получается аддитивная смесь сигналоподобной помехи и некомпенсированного остатка навигационного сигнала, который передается на вход обнаружителя помехи 3, на первый вход перемножителя выделения гармонического колебания 5, на первый вход перемножителя выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи 9.
Если параметры аддитивной смеси некомпенсированного остатка навигационного сигнала и сигналоподобной помехи соответствуют параметрам обнаружителя помехи 3, то формируется напряжение, равное грубой оценке задержки, которое передается на второй вход блока АПВ канала формирования копии помех 4, и формируется напряжение, равное грубой оценке фазы, которое предается на второй вход блока ФАПЧ канала формирования копии помехи 6.
На первый вход блока АПВ канала формирования копии помех 4, так же с перемножителя низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи 9, поступает огибающая сигналоподобной помехой с известными параметрами. Тогда после захвата формируется копия огибающей помехи, синхронная по времени задержки с огибающей обнаруженной сигналоподобной помехи, которая передается на второй вход перемножителя выделения гармонического колебания 5 и второй вход перемножителя воспроизведения гармонического сигнала 8.
В перемножителе выделения гармонических колебаний 5, от полученной из вычитающего устройства компенсации навигационного сигнала 1 аддитивной смеси сигналоподобной помехи и некомпенсированного остатка навигационного сигнала и полученного из блока АПВ канала формирования копии помехи 4 копии огибающей помехи, происходит снятие фазовой манипуляции с обнаруженной сигналоподобной помехи, что приводит к формированию узкополосного гармонического сигнала передаваемого на первый вход блока ФАПЧ канала формирования копии помехи 6.
В блоке ФАПЧ канала формирования копии помехи 6 после захвата входного сигнала формируется гармонический сигнал, синхронный по фазе с обнаруженной сигналоподобной помехой, который передается на первый вход перемножителя получения гармонического сигнала 7 и на второй вход перемножителя выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи 9.
В перемножителе выделения низкочастотной огибающей из обнаруженной сигналоподобной помехи 9, от полученной из вычитающего устройства компенсации навигационного сигнала 1 аддитивной смеси сигналоподобной помехи и некомпенсированного остатка навигационного сигнала и полученного из блока ФАПЧ канала формирования копии помехи 6 гармонического сигнала, синхронного по фазе с обнаруженной сигналоподобной помехой, формируется огибающая обнаруженной сигналоподобной помехи, которая передается на первый вход блока АПВ канала формирования копии помехи 4 и на вход измерителя амплитуды 10.
В измерителе амплитуды 10 формируется напряжение, соответствующее значению амплитуды обнаруженной сигналоподобной помехи, которое передается на второй вход перемножителя получения гармонического сигнала 7.
В перемножителе получения гармонического сигнала 7 в результате перемножения формируется гармонический сигнал, синхронный по фазе с обнаруженной сигналоподобной помехой и равной с ней амплитудой, который передается на первый вход перемножителя воспроизведения синхронного по времени задержки копии помехи 8.
В перемножителе воспроизведения синхронноой по времени задержки копии помехи 8 происходит манипуляция по фазе гармонического сигнала, синхронного по фазе с обнаруженной сигналоподобной помехой, и равной с ней амплитуде, синхронной по времени задержки копией огибающей помехи, в результате чего формируется синхронная по времени задержки копия помехи, параметры которой совпадают с обнаруженной сигналоподобной помехой. Сформированная копия обнаруженной сигналоподобной помехи поступает на второй вход вычитающего устройства компенсации сигналоподобной помехи 2.
В вычитающем устройстве компенсации сигналоподобной помехи 2 происходит вычитание копии обнаруженной помехи из входной аддитивной смеси навигационного сигнала и сигналоподобной помехи, в результате чего формируется навигационный сигнал и нескомпенсированный остаток сигналоподобной помехи, которые поступают на вход первого перемножителя 11 и на вход второго перемножителя 12.
На второй вход первого перемножителя 11 из блока АПВ канала приема навигационного сигнала 14 поступает синхронная по времени «копия» псевдослучайной последовательности, манипулирующей входной навигационный сигнал. В результате перемножения происходит снятие манипуляции псевдослучайной последовательностью с навигационного сигнала, получаем узкополосный гармонический сигнал, который поступает в блок ФАПЧ канала приема навигационного сигнала 13.
Блок ФАПЧ канала приема навигационного сигнала 13 обрабатывает узкополосный гармонический сигнал, выделяя значение фазы навигационного сигнала и гармонические колебания, совпадающие с выходным навигационным сигналом. Выделенные значения фазы навигационного сигнала передаются на ВЫХОД 1, а гармонические колебания, совпадающие с выходным навигационным сигналом, на второй вход второго перемножителя 12 и на первый вход перемножителя произведения синхронного по времени задержки и фазе навигационного сигнала 15.
Во втором перемножителе 12, в результате перемножения, происходит демодуляция входного навигационного сигнала, в результате чего получается синхронная по времени «копия» псевдослучайной последовательности, манипулирующей входной навигационный сигнал, которая поступает в блок АПВ канала приема навигационного сигнала 14.
Блок АПВ канала приема навигационного сигнала 14 обрабатывает синхронную по времени «копию» псевдослучайной последовательности. Выделенные значения задержки передаются на ВЫХОД 2, а полученная синхронная по времени «копия» псевдослучайной последовательности, манипулирующей входной навигационный сигнал, на второй вход первого перемножителя 11 и на второй вход перемножителя произведения синхронного по времени задержки и фазе навигационного сигнала 15.
В перемножителе произведения синхронного по времени задержки и фазе навигационного сигнала 15 в результате перемножения входных сигналов формируется «копия» навигационного сигнала, параметры которого (фаза, время задержки) совпадают с входным навигационным сигналом. Сформированная «копия» навигационного сигнала поступает на второй вход вычитающего устройства компенсации навигационного сигнала 1.
И так процесс повторяется, позволяя улучшить условия функционирования канала формирования копии помехи.
В результате вычитания сформированной копии сигналоподобной помехи в вычитающем устройстве компенсации сигналоподобной помехи 2 происходит компенсация сигналоподобной помехи, что приводит к увеличению отношения сигнал/помеха на входе канала приема навигационного сигнала, что в свою очередь приводит к уменьшению вероятности срыва слежения навигационного сигнала в блоке АПВ канала приемника навигационного сигнала 14 и блоке канала приемника навигационного сигнала ФАПЧ 13 и повышению помехоустойчивости приемника глобальных навигационных спутниковых систем.