ПРИЕМНИК СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ

Полезная модель относится к области радионавигации аппаратуры потребителей и предназначена для автоматического поиска, приема и обработки сигналов космических навигационных систем (КНС) «ГЛОНАСС» и «GPS», преобразования и передачи в телеметрическую систему.
Известен цифровой приемник спутниковой радионавигационной системы (патент RU №2140090, приоритет 12.03.99 г. бюллетень «Изобретения» №29, 1999 г.), содержащий последовательно соединенные антенну, радиоприемную часть и сигнальный процессор, включающий коррелятор, измеритель навигационных параметров, измеритель вектора состояния, блок назначения на каналы, соединенные последовательно, а также декодер навигационной информации, блок управления коррелятором и измеритель загрузки процессора.
Недостатками известного цифрового приемника спутниковой радионавигационной системы является сложная многоэлементная схема, вследствие чего большая потребляемая мощность.
Наиболее близким по назначению и технической сущности является блок приемника сигналов спутниковых радионавигационных систем (патент RU №2242852, приоритет 10.07.2003 г. бюллетень «Изобретения. Полезные модели» №35, 2004 г.), содержащий электропроводящий корпус, плату приемника-процессора, а так же средства, предназначенные для объединения-разъединения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства, размещенные на входной плате, установленной на стенке корпуса в месте установки высокочастотного блочного соединителя для подключения активного антенного устройства, при этом активное антенное устройство и приемник-процессор располагаются в отдельных конструктивных блоках.
К недостаткам ближайшего аналога относятся: сложная многоэлементная схема, вследствие чего большая потребляемая мощность, и недостаточная помехоустойчивость.
Техническим результатом является упрощение схемы, вследствие чего достигается уменьшение потребляемой мощности, а так же создание аппаратуры обеспечивающей высокую помехоустойчивость, за счет введения в схему малошумящего усилителя
Технический результат данной полезной модели достигается тем, что приемник спутниковой навигации содержит выполненные в отдельных корпусах и последовательно соединенные антенное устройство, и модуль навигационный, включающий приемник-процессор и блок питания. Модуль навигационный содержит корпус, с установленными на нем соединительными средствами, предназначенными для подключения внешних устройств, размещенную внутри корпуса и связанную с этими соединительными средствами плату приемника-процессора, предназначенную для частотного преобразования и корреляционной обработки, принимаемых антенным устройством сигналов СРНС, поступающих на плату приемника-процессора по высокочастотному коаксиальному кабелю. Дополнительно введен малошумящий усилитель. В качестве антенного устройства применена пассивная микрополосковая антенна с круговой поляризацией, осуществляющая преобразование энергии распространяющихся радиоволн в энергию электромагнитных колебаний высокой частоты и представляющая собой пассивный излучатель, с нижней стороны которого расположен заземляющий слой, с верхней - прямоугольный печатный проводник с корректирующими вырезами для обеспечения параметров антенны. Излучатель размещен в корпусе, состоящем из основания в виде диска и полусферической крышки. Антенное устройство посредством коаксиального ввода и высокочастотного кабеля соединено с высокочастотным соединителем малошумящего усилителя. Малошумящий усилитель предназначен для пропуска высокочастотного сигнала с требуемым диапазоном рабочих частот и с минимальным внесением шумовой составляющей, и состоящего из полосового фильтра и малошумящего усилителя, расположенных в собственных корпусах и установленных в основание с амортизаторами на изолирующую прокладку, которая осуществляет гальваническую развязку корпусов фильтра и усилителя от основания и зафиксированных прижимом,. Малошумящий усилитель посредством высокочастотного кабеля соединен с соединительным средством модуля навигационного, расположенного в корпусе, и состоящего из платы приемника-процессора, расположенной за экранирующей перегородкой и представляющей собой многослойную печатную плату, с расположенными на ней цифровой и аналоговой частями схемы приемника-процессора и платы блока питания, содержащей печатные проводники, предназначенные для трассировки сигналов с приемника-процессора на внешние периферийные устройства. Блок
питания предназначен для преобразования и фильтрации входного напряжения в постоянное выходное напряжение питания приемника-процессора.
Сущность изобретения поясняется Фиг.1, 2, 3 и 4.
На фиг.1 представлена функциональная схема.
На фиг.2 представлен чертеж общего вида антенного устройства спутниковой навигации.
На фиг.3 представлен чертеж общего вида малошумящего усилителя.
На фиг.4 представлен чертеж общего вида модуля навигационного.
Предлагаемый приемник спутниковой навигации (фиг.1) состоит из, последовательно соединенных устройств. А именно: антенное устройство спутниковой навигации 1 (АУСН), предназначенное для приема сигналов спутниковых радио навигационных систем (СРНС) ГЛОНАСС и GPS; малошумящий усилитель 2 (МШУ), предназначенный для пропуска высокочастотного сигнала с требуемым диапазоном рабочих частот СРНС и с минимальным внесением шумовой составляющей; модуль навигационный 3 (МН), осуществляющий электропитание МШУ 2, обработку сигналов и формирование информационных пакетов текущих координат, высоты, скорости и времени по сигналам СРНС.МШУ 2, в предпочтительном исполнении, состоит из двух полосовых, последовательно соединенных фильтров 3-го порядка 4 и однокаскадного малошумящего усилителя 5. Модуль навигационный 3 состоит из приемника-процессора 6 и блока питания 7, соединенного с внешним источником питания. Приемник-процессор 6 содержит малошумящий усилитель 8, соединенный с входом первого полосового фильтра 9, выход которого соединен с входом смесителя 10, а выход с усилителем с дифференциальным выходом 11. Выход усилителя 11 соединен со вторым и третьим полосовыми фильтрами 12 и 13. Выход второго полосового фильтра 12 соединен с входом первого демодулятора 14, а выход третьего полосового фильтра 13 с входом второго демодулятора 15. Выходы первого и второго демодуляторов 14 и 15 соединены с первым и вторым входами вычислителя 16. Выход опорного генератора 17 соединен с входами первого и второго синтезаторов 18 и 19. Первый выход первого синтезатора 18 соединен с входом смесителя 10, а второй выход с делителем частоты 20, выход которого с первым демодулятором 14. Выход второго синтезатора 19 соединен со вторым входом второго демодулятора 15. Питание к приемнику-процессору 6 поступает на третий вход/выход вычислителя 16 со стабилизатора напряжения 21 блока питания 7. Первый и второй выходы
вычислителя 16, через блок питания 7, соединяются с телеметрической системой спутника, для передачи пакета информации.
Приемник спутниковой навигации работает следующим образом. Приемник автоматически начинает работать после подачи питания по кабелю от телеметрической системы (ТМС). Радиосигналы от АУСН 1 поступают на МШУ 2, где фильтруются и усиливаются на 25 дБ, а далее на вход модуля навигационного 3, то есть на вход малошумящего усилителя 8 приемника-процессора 6. Потом сигнал поступает на первый полосовой фильтр 9, а далее в смеситель 10, а затем усиливается усилителем 11. С усилителя 11 один сигнал проходит через второй полосовой фильтр 12 и поступает на первый демодулятор 14, который выделяет составляющую сигнала ГЛОНАСС, а второй поступает на третий полосовой фильтр 13 и затем на вход второго демодулятора 15, который выделяет составляющую сигнала GPS. На первый демодулятор 14 поступает сигнал с опорного генератора 17 через первый синтезатор 18 и делитель частоты 20 с частотой F1/4. На второй демодулятор 15 поступает сигнал с опорного генератора 17 через второй синтезатор 19 с частотой F2. Составляющие сигналов ГЛОНАСС и GPS поступают на вычислитель 16, основу которого составляет коррелятор и сигнальный процессор (например, ADSP-21065L), где путем математической обработки выделяется информация от каждого конкретного спутника и происходит решение навигационной задачи. Обмен пакетом данных с внешними устройствами производиться по двум каналам: по одному каналу выдаются навигационные параметры (географические координаты места, скорость и курс движения, время и дата); по другому принимаются дифференциальные поправки или выдаются навигационные поправки.
Вышеописанный приемник спутниковой навигации выполнен в виде отдельных блоков, которые имеют собственные корпуса и соединены между собой высокочастотными кабелями.
АУСН 1 (фиг.2) представляет собой микрополосковую пассивную антенну с круговой поляризацией и имеет корпус, состоящий из металлического дискообразного основания 22 и полусферической крышки 23 с плоским фланцем по наружному контуру, выполненной из радиопроницаемого полиамида. Внутри корпуса на основании 22 установлен антенный элемент, представляющий собой пассивный излучатель, содержащий диэлектрическую подложку 24, с нижней стороны которой расположен заземляющий слой 25, с верхней - прямоугольный печатный проводник 26 с корректирующими вырезами, обеспечивающими необходимые параметры антенны. Излучатель крепится к основанию 22 при помощи электропроводящего клея. Возбуждение антенны осуществляется при
помощи коаксиального ввода 27, закрепленного с нижней стороны основания 22. Контакт коаксиального ввода 27 соединяют медной перемычкой 28 с верхним печатным проводником 26, прокладывая ее через диэлектрическую подложку 24. Закрепление полусферической крышки 23 на основании 22 выполнено таким образом, чтобы осуществить надежную защиту от пыли и влаги, для этого между основанием 22 и крышкой 23 в канавку 29 прокладывают уплотнитель из диэлектрического материала и закрепляют винтами 30, которые равномерно располагают по фланцу крышки 23. АУСН 1 крепится на корпус базовой станции, в частности разгонного блока ракетоносителя, через изоляционные втулки 31, установленные в отверстия, равномерно расположенные по краю основания 22.
МШУ 2 (фиг.3) содержит металлическое основание 32, на которое устанавливают изолирующую прокладку 33 и прижим 34, который фиксирует корпус полосового фильтра 35 и корпус однокаскадного усилителя 36, таким образом, что при этом осуществляется гальваническая развязка корпусов фильтра 35 и усилителя 36 от основания 32. На торцевых поверхностях корпусов фильтра 35 и усилителя 36 расположены высокочастотные соединители 37 и 38, соответственно, с возможностью подключения к АУСН 1 и МН 3. Основание 32 снабжено крепежными лапками 39, в отверстия которых установлены амортизаторы 40, с возможностью крепления МШУ 2 на базовой станции, в частности разгонного блока ракетоносителя, и позволяющие работать в условиях повышенной вибрации.
Модуль навигационный (МН) 3 состоит из металлического основания 41 и металлической крышки 42 с крепежными ушками 43. Внутри корпуса расположены: плата приемника-процессора 44, представляющая собой многослойную печатную плату, с расположенными на ней цифровой и аналоговой частями схемы, и плата блока питания 45. Плата приемника-процессора 44 отделена от платы блока питания 45 металлической перегородкой 46, обеспечивающей экранирование приемника-процессора 6. Обе платы крепятся к стенкам крышки 42, и электрически изолированы от основания 41. На торцевых стенках крышки 42 выполнены соединительные средства, предназначенные для подключения к МН 3 внешних устройств. Высокочастотный соединитель 47 предназначен для подключения высокочастотного кабеля с МШУ 2. Соединитель 48, предназначен для подключения внешних кабелей от источника питания и периферийных устройств обработки данных. Соединители 49 и 50 технологические, дублирующие функции первых двух. После установки плат 44 и 45 осуществляют монтаж соединительных проводов от контактов платы к соединительным средствам МН 3. Соединяют крышку 42 и основание 41, проверяют соединение на герметичность, после чего из корпуса выкачивают воздух и закачивают азот особой чистоты с избыточным
давлением, с целью гарантированного обеспечения инертной среды внутри блока в процессе эксплуатации.
Блоки приемника спутниковой навигации устанавливают на базовую станцию, в частности разгонный блок ракетоносителя, при этом предлагаемая конструкция блоков позволяет разместить их в условиях плотного заполнения пространства другими устройствами, входящими в систему спутниковой навигации. Оптимальными габаритными размерами для каждого из блоков являются: диаметр А для АУСН 1 выбран в пределах ⌀ 165÷155 мм в предлагаемом устройстве основание выполнено ⌀ 160 мм; ширина Б для МШУ 2 выбрана в пределах 102÷92 мм, а длина В 131÷121 мм, в данном случае они выполнены равными Б=97 мм, В=126 мм; ширина Г для МН 3 выбрана в пределах 125-115 мм, а длина Д 245÷235 мм, в данном случае они выполнены равными Г=120, Д=240 мм.