ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС НАВИГАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Измерительно-испытательный комплекс навигационной аппаратуры потребителей (далее по тексту комплекс) относится к области радиотехники, а именно к средствам измерения и испытательному оборудованию для навигационной аппаратуры потребителей (НАП) спутниковых навигационных систем (СНС).
Высокие требования, предъявляемые к НАП по качеству навигационных и временных определений, скорости их получения, достоверности при кратковременном пропадании навигационных сигналов и в других случаях, приводящих к искажению данных обсерваций, требуют ее испытаний для каждой такой ситуации. В связи с этим для проверки и проведения испытаний НАП различного назначения на соответствие заданным техническим требованиям на этапах разработки, производства, сертификации, эксплуатации и при проведении регулировочных и ремонтных работ применяют имитаторы сигналов СНС.
При проведении испытаний НАП используют типовые схемы проверки НАП (ГОСТ РВ 52271-2004):
- первая схема, когда с излучающей антенны имитатора сигналов по полю подается сигнал на приемную антенну проверяемой НАП. При такой схеме необходимо, чтобы антенны имитатора и НАП были пространственно разнесены на расстоянии более двух метров. Для исключения внешнего электромагнитного воздействия в процессе испытаний и исследований антенны имитатора и НАП должны быть помещены в безэховую экранированную камеру (БЭК);
- вторая схема, когда подключение НАП к имитатору сигналов осуществляется кабелем через малошумящий усилитель (МШУ) НАП;
- третья схема, когда проверка выполняется без применения антенн и МШУ. В этом случае, сигнал с выхода имитатора непосредственно подается на вход НАП. В такой схеме невозможно проверить в полном объеме функционирование НАП использующую активную антенну, у которой по кабелю вместе с высокочастотным сигналом (ВЧ) поступает напряжение питания на активную антенну. Отсутствие тока антенны может привести к тому, что НАП будет выдавать аварийное сообщение и не будет решать навигационную задачу.
Из уровня техники известна схема проведения испытаний, в состав которой входит ПЭВМ, имитатор сигналов СНС и испытуемый навигационный приемник: Поль С.А. «Отладка алгоритмов захвата и сопровождения спутников GPS с использованием имитатора сигналов», 47-я Научная конференция аспирантов, магистрантов и студентов БГУИР 2011 г., рис.1 стр.14. Показана схема взаимодействия аппаратуры для оценки точности определяемых навигационным приемником параметров.
Из уровня техники также известна схема подключения приемника МНП-М7 при работе с имитатором навигационного поля: «Приемник навигационный МНП-М7 Руководство по эксплуатации ЦВИЯ.468157.113 РЭ», подписано в печать 04.07.2011 г., номер изменения 9, стр.29, рис.11 - http://www.irz.ru/files/262.pdf.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является «Комплекс средств испытаний аппаратуры потребителей космических навигационных систем ГЛОНАСС и GPS»: Царев В.М., Донченко С.И. и др. Москва, журнал «Новости навигации» №2, 2004 г. Комплекс состоит из имитатора сигналов СНС, испытываемой НАП, персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ) и блока питания.
В НАП схемотехнически заложен контроль функционирования активной антенны, на основании контроля величины потребляемого антенной тока. Часто возникает необходимость проверки функционирования НАП без подключения антенны (МШУ) по сигналам имитатора СНС и для правильной работы НАП необходимо имитировать протекание тока через цепи контроля тока антенн.
Основным недостатком прототипа является отсутствие функциональной возможности формирования тока антенны НАП для имитаторов сигналов СНС и, как следствие, невозможность проверки функционирования НАП без подключения антенны (МШУ) по сигналам имитатора СНС.
Основная задача заявляемого комплекса - это имитировать ток потребления активной антенны НАП и контролировать функционирование НАП без подключения антенны (МШУ).
Дополнительно заявляемый комплекс позволяет проверить функционирование цепей защиты питания активной антенны НАП на минимальный ток холостого хода и максимальный ток короткого замыкания путем задания соответствующих значений цифроаналогового преобразователя (ЦАП).
Технический результат обеспечивается тем, что в комплекс введено устройство имитации тока потребления активной антенны 2, при этом три входа устройства имитации тока потребления активной антенны соединены с выходом имитатора сигналов СНС, с выходом устройства бесперебойного питания и одним из выходов ПЭВМ, а выход устройства имитации тока потребления активной антенны соединен с входом испытуемой НАП, также устройство имитации тока потребления активной антенны может конструктивно располагаться внутри имитатора сигналов СНС.
На фиг.1 показана блок-схема комплекса, когда устройство имитации тока потребления активной антенны имеет отдельную конструкцию. Он состоит из следующих элементов:
1 - имитатор сигналов СНС;
2 - устройство имитации тока потребления активной антенны;
3 - испытуемая НАП;
4 - ПЭВМ;
5 - блок питания.
На фиг.2 показана блок-схема комплекса, когда устройство имитации тока потребления активной антенны конструктивно совмещено с имитатором сигналов СНС. Он состоит из следующих элементов:
1 - имитатор сигналов СНС;
2 - устройство имитации тока потребления активной антенны;
3 - испытуемая НАП;
4 - ПЭВМ.
На фиг.3 показана принципиальная схема устройства имитации тока потребления активной антенны. Оно состоит из следующих элементов:
DA1 - операционный усилитель;
VT1, VT2, VT3 - транзисторы;
ЦАП - цифроаналоговый преобразователь;
C1, C2, C3 - конденсаторы;
L1 - дроссель;
R1, R2, R3, R4, R5 - резисторы;
VD1, VD2 - диоды.
пит
Комплекс работает следующим образом: испытуемая НАП 3 подключается к имитатору сигналов СНС 1 через устройство имитации тока потребления активной антенны 2. После подачи питания на все устройства входящие в комплекс, загрузки программного обеспечения и прогрева, необходимо установить номинальный ток потребления антенны НАП. Установка формируемого тока осуществляется путем подачи на вход ЦАП кодовой последовательности, соответствующей требуемому номиналу тока, по цепи «Управление ЦАП» с выхода ПЭВМ 4. Установку тока НАП можно выполнять либо с ПЭВМ либо с имитатора сигналов СНС. Питание схемы+Е подается либо с внешнего источника питания, в частности блока питания 5, либо от имитатора сигналов СНС. После этого проводить испытания НАП с использованием имитатора сигналов СНС по типовой методике.
Имитатор сигналов СНС (1) представляет собой многоканальный генератор высокочастотных (ВЧ) сигналов сложной формы. ВЧ-сигналы, генерируемые имитатором сигналов СНС, аналогичны сигналам навигационных космических аппаратов (НКА) и соответсвуют требованиям интерфейсных контрольных документов на соответствующую СНС, например, имитатор разработки ЗАО «КБ НАВИС» СН-3803.
Испытуемая НАП (3) представляет собой навигационную аппаратуру потребителей различного применения, предназначенную для определения текущих значений координат (широта, долгота, высота), вектора скорости потребителя, текущего времени в любой точке земного шара и других параметров по сигналам СНС ГЛОНАСС, GPS, GALILEO, SBAS и т.д., например, НАП разработки ЗАО «КБ НАВИС», в том числе, угломерная навигационная аппаратура потребителей ГЛОНАСС и GPS «Бриз-КМ-РНК» (угломерный навигационный комплекс).
ПЭВМ (4) представляет собой универсальную ЭВМ, предназначенную для индивидуального использования и ориентированную на решение широкого круга задач различных пользователей с дополнительно установленным на нее специализированным программным обеспечением (СПО) и программным обеспечением управления тока антенны. СПО ПЭВМ обеспечивает разработку сценариев имитации для испытаний НАП СНС любых групп потребителей в пределах динамических характеристик. Программное обеспечение управления устройством имитации тока потребления активной антенны позволяет задать ток антенны в пределах от 0 до 400 мА и с шагом 1 мА.
Блок питания (5) представляет собой радиоэлектронное устройство, предназначенное для обеспечения различных устройств электрическим питанием, а именно, постоянным напряжением 12 В и током 1 А.
пит
На фиг.3 приведена принципиальная схема устройства имитации тока потребления активной антенны (2). Оно состоит из операционного усилителя DA1, транзисторов VT1, VT2, включенных по схеме составного транзистора с общим коллектором, транзистора VT3, ЦАП, конденсаторов C1, C2, C3, дросселя L1, резисторов R1, R2, R3, R4, R5, диодов VD1, VD2, причем первый вывод конденсатора C2 является радиочастотным (РЧ) входом, а второй вывод конденсатора C2 выходом устройства имитации тока потребления активной антенны, дроссель L1 первым выводом соединен со вторым выводом конденсатора C2, а вторым выводом соединен со вторым выводом конденсатора C3, первый вывод которого заземлен, с общим коллектором транзисторов VT1, VT2 и соединен с катодом VD2, анод которого заземлен, вход ЦАП является цифровым входом устройства имитации тока потребления активной антенны, а выход ЦАП соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя DA1, инвертирующий вход которого соединен со вторым выводом конденсатора C1, первый вывод которого заземлен, первым выводом резистора R1, второй вывод которого соединен с эмиттером VT2, и катодом диода VD1, выход операционного усилителя DA1 соединен с базой транзистора VT1, первый вывод резистора R2 соединен с эмиттером VT2 и вторым выводом резистора R1, а второй вывод его заземлен, анод диода VD1 соединен с коллектором транзистора VT3 и первым выводом резистора R5, второй вывод которого заземлен, первый вывод резистора R3 соединен с катодом VD2, а второй вывод соединен с базой транзистора VT3 и первым выводом резистора R4, на второй вывод которого подается напряжение питания+Е, также второй вывод резистора R4 подключен к эмиттеру транзистора VT3.
Конденсатор C2 предназначен для обеспечения защиты выхода имитатора сигналов СНС, к которому подключается устройство имитации тока потребления активной антенны, от постоянного напряжения поступающего с антенного входа испытуемой НАП, которая подключается к выходу устройство имитации тока потребления активной антенны. Дроссель L1 служит для обеспечения развязки цепей постоянного и переменного высокочастотного тока. Конденсаторы C1 и C3 выполняют фильтрующую функцию. ЦАП предназначен для преобразования цифрового кода, поступающего из имитатора сигналов СНС, в аналоговый сигнал, управляющий источником тока. Резистор R1 совместно с конденсатором C1 являются низкочастотным фильтром. Узел DA1, VT1, VT2, R2 - источник тока. Составной транзистор VT1, VT2 осуществляет регулирование тока протекающего по цепи: выход испытуемой НАП, R2, VT2, L1. Диод VD1 служит для защиты входа DA1 от подачи отрицательного напряжения. Для защиты операционного усилителя DA1 от перегрузки по выходу при отсутствии напряжения поступающего с антенного входа испытуемой НАП служит узел на VD2, VT3, R3, R4, R5. Диод VD2 служит для защиты всего устройства от подачи на выход этого устройства отрицательного напряжения.
Устройство имитации тока потребления активной антенны работает следующим образом.
пит
Регулирование тока происходит следующим образом: напряжение с выхода ЦАП поступает на прямой вход операционного усилителя DA1, который сравнивает его с напряжением на резисторе R2, поступающим на инверсный вход DA1, и вырабатывает на выходе напряжение рассогласования, которое поступает в базу составного транзистора VT1, VT2. Узел работает VD2, VT3, R3, R4, R5 следующим образом: транзистор VT3, при отсутствии напряжения на антенном входе испытуемой НАП, открывается и напряжение питания+Е поступает на инвертирующий вход операционного усилителя DA1. Это напряжение превышает напряжение, поступающее с выхода ЦАП, что приводит к запиранию транзисторов VT1, VT2, включенных по схеме составного транзистора.
Технико-экономический результат от внедрения и использования заявляемой полезной модели по сравнению с аналогом и прототипами заключается в том, что при проведении измерений и/или испытаний навигационной аппаратуры потребителей появляется возможность измерения параметров антенного входа по постоянному току НАП и расширяются функциональные возможности комплекса