КОМПЛЕКС ФОРМИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО НАВИГАЦИОННОГО ПОЛЯ

Комплекс формирования пространственного навигационного поля (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).
Из уровня техники известен комплекс «Характеристики подавления помех в первом образце помехоустойчивой аппаратуры потребителей СРНС ГЛОНАСС/GPS с адаптивной антенной решеткой», Яскин Н.С., Харисов В.Н., Ефименко B.C. и др., «Радиотехника», 2010 г., №7, рис.9, который содержит персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ), генератор помех, антенны для излучения сигнала помехи, имитатор сигналов СНС (ИС), антенну для излучения сигналов от ИС, экранированную безэховую камеру (БЭК), антенну контрольную, опорно-поворотное устройство и анализатор спектра. Он позволяет провести испытания в БЭК по реальному сигналу в условиях действия до трех пространственно разнесенных источников широкополосных помех заданной суммарной мощности и одного (общего) источника навигационных сигналов.
Недостатком прототипа является что, при перемещении антенны в любую точку рабочего пространства, в котором размещена НАП, фазовое соотношение приходящих сигналов будет постоянным, изменению подвергнется лишь амплитуда приходящих сигналов. Вследствие чего, навигационный приемник будет иметь одно и то же решение навигационной задачи, заложенное в моделируемой модели, в пределах погрешностей имитатора и самого приемника.
Также при испытаниях на помехоустойчивость помехозащищенной НАП, направления воздействия источников помех не будут совпадать с направлением главного максимума диаграммы направленности покоя адаптивной антенной решетки (ААР), в котором сосредоточен полезный навигационный сигнал. В связи с этим невозможно оценить эффект «ослепления» ААР, для которого характерно снижение эффективности работы алгоритма подавления помех с приближением направления воздействия источника помехи к направлению приема защищаемого сигнала.
Основная задача заявляемого комплекса - это моделирование навигационного поля, создаваемое совокупностью сигналов группировки навигационных космических аппаратов СНС, посредством разнесенных в пространстве источников навигационных сигналов и постановки помех с направлений близких к направлениям излучения навигационного сигнала, что в большей степени будет соответствовать реальной обстановке, в которой планируется применять НАП.
Поставленная задача решается тем, что в устройство дополнительно введены m-антенны для излучения сигнала помехи в количестве равном числу генераторов помех и блоков усилителей мощности умноженное на 2, m/2- генераторы помех, m/2-блоки усилителей мощности, многопозиционный переключатель, пространственно разнесенные n-антенны для излучения сигналов от ИС в количестве равном числу каналов ИС деленное на 4, векторный анализатор цепей, активная приемная антенна, навигационный модуль и контактный переключатель, при этом между выходом ПЭВМ и входами ИС, опорно-поворотного устройства, первым входом анализатора спектра, первым входом векторного анализатора цепей, первым входом навигационного модуля, а также входами генераторов помех, блоков усилителей мощности установлена двунаправленная связь в виде шины данных, причем генератор помех, блок усилителя мощности и антенны для излучения сигнала помехи соединены между собой последовательно и составляют комплект оборудования для постановки помех, выходы ИС соединены с входами n-антенн для излучения сигналов от ИС, выход антенны контрольной, установленной на поверхности опорно-поворотного устройства, соединен посредством контактного переключателя со вторым входом анализатора спектра и вторым входом векторного анализатора цепей, выход активной приемной антенны, установленной на поверхности опорно-поворотного устройства, соединен с третьим входом векторного анализатора цепей, второй вход навигационного модуля соединен посредством многопозиционного переключателя с выходами ИС.
На фиг.1 показана блок-схема комплекса. Он состоит из следующих элементов:
1 - персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ);
m/2
2, 3, - генераторы помех (ГП1, …, ГП);
1
m/2
4, 5 - блоки усилителей мощности (БУМ, …, БУМ);
6 - имитатор сигналов СНС (ИС);
7 - многопозиционный переключатель;
8 - безэховая экранированная камера (БЭК);
1
m
9, 10, 11, 12 - антенны для излучения сигналов помех (АП, …, АП);
1
n
13, 14, 15 - антенны для излучения сигналов от ИС (AC, …, AC);
16 - антенна контрольная (АК);
АП
17 - активная приемная антенна (А);
18 - опорно-поворотное устройство (ОПУ);
19 - анализатор спектра (АСп);
20 - контактный переключатель;
21 - векторный анализатор цепей (ВАЦ);
22 - навигационный модуль (НМ).
Комплекс работает следующим образом.
Для получения решения навигационной задачи навигационным модулем (22) минимальное количество антенн для излучения сигналов от ИС (13, 14, 15) должно быть не менее 4-х. Максимальное количество антенн для излучения сигналов помех (9, 10, 11, 12) должно быть на одну меньше чем элементов адаптивной антенной решетки, но не меньше 3-х.
ИС (6) формирует сигналы навигационных космических аппаратов (НКА) СНС ГЛОНАСС/GPS/Galileo. Для этого ИС выдает сигнал на антенну для излучения сигналов от ИС расположенную в сегменте соответствующем углу возвышения имитируемого навигационного космического аппарата. По мере перемещения имитируемого навигационного космического аппарата по траектории движения, сигнал будет переключаться на соответствующую антенну для излучения сигналов от ИС, тем самым изменяя пространственно плоскость излучения сигнала.
С выходов ИС по коаксиальным кабелям через многопозиционный переключатель (7) сигналы поступают на входы n-антенн для излучения сигналов от ИС (13-15), размещенных внутри БЭК (8), линия визирования которых направлена в область расположения фазового центра контрольной антенны (17). Антенны для излучения сигналов от ИС располагаются таким образом, что бы плоскости излучения образовали полусферу. Внутри этой полусферы образуется область, в которой формируется навигационное поле аналогичное внешнему и позволяющее определять местоположение с помощью обычного навигационного приемника.
Контрольную антенну размещают на опорно-поворотном устройстве (18). В рабочем объеме размещения контрольной антенны создается пространственно-разнесенное навигационное поле. Совокупность антенн для излучения сигналов от ИС повторяет баллистическую структуру орбитальной группировки СНС, которая реализуется в специальном программном обеспечении «Среда создания сценария» ПЭВМ(1). С выхода контрольной антенны по коаксиальным кабелям через контактный переключатель (20) сигнал поступает на вход анализатора спектра (19) для измерения уровня мощности навигационного сигнала. Для постановки помех применяются генераторы помех (2-3). С выхода генераторов помех сигнал по коаксиальному кабелю поступает на входы блоков усилителей мощности (4-5) для усиления уровня сигнала помех, затем по коаксиальным кабелям сигнал поступает на входы антенн для излучения сигналов помех (9-12). Линия визирования антенн для излучения сигналов помех также направлена в место расположения фазового центра контрольной антенны. Свободное перемещение антенн для излучения сигналов помех внутри БЭК позволяет имитировать различные направления прихода сигнала помех. С выхода контрольной антенны по коаксиальным кабелям через контактный переключатель (20) сигнал помех поступает на вход анализатора спектра для измерения уровня мощности сигнала помех.
В устройстве n-антенны излучения сигналов от ИС, m-антенны излучения сигналов помех, опорно-поворотное устройство, с установленными на нем антенной контрольной и активной приемной антенной, размещены внутри безэховой экранированной камеры.
На сегодняшний день количество НКА одной ГНСС (ГЛОНАСС, GPS, Galileo), находящихся в зоне видимости НАП и включаемых в решение навигационной задачи не превышает 12-ти НКА (с вероятностью 0,95 на интервале времени равному периоду обращения НКА вокруг Земли). В связи с этим количество ВЧ-выходов имитатора сигналов целесообразно иметь равным 12. Количество поддиапазонов для каждой навигационной системы не превышает 3-х, поэтому на каждом ВЧ-выходе достаточно иметь по 4 канала для формирования навигационных сигналов различных поддиапазонов.
Число каналов имитатора сигналов СНС, который используется в комплексе, кратно 4.
Калибровка комплекса заключается в измерении времени прохождения навигационного сигнала в тракте между выходами ИС через многопозиционный переключатель (7) и выходом контрольной антенны (16) с применением контактного переключателя (20) и векторного анализатора цепей (21) или с применением в измерении времени прохождения навигационного сигнала в тракте между выходами ИС и выходом активной приемной антенны (17) с применением навигационного модуля (22). Измеренные задержки сигнала учитываются в программном обеспечении ИС.
Автоматизация работы комплекса осуществляется с применением ПЭВМ.
ПЭВМ 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). СПО ПЭВМ обеспечивает разработку сценариев имитации для испытаний НАП СНС любых групп потребителей в пределах динамических характеристик.
ИС представляет собой многоканальный генератор высокочастотных (ВЧ) сигналов сложной формы. ВЧ-сигналы, генерируемые имитатором сигналов СНС, аналогичны сигналам НКА и соответсвуют требованиям интерфейсных контрольных документов на соответствующую СНС, например, имитатор разработки ЗАО «КБ НАВИС» СН-3803М.
Генераторы помех представляют собой векторные генераторы сигналов, диапазон рабочих частот от 1 до 2 ГГц, уровень мощности выходного сигнала не менее 20 дБм.
Блоки усилителей мощности представляют собой набор из двух типовых ВЧ усилителей с коэффициентом усиления 30 дБ, например, ВЧ усилители, разработанные ЗАО «КБ НАВИС» ТДЦК.468364.045
Многопозиционный переключатель представляет собой типовой коаксиальный ВЧ переключатель до 2 ГГц.
БЭК представляет собой радиочастотную безэховую камеру, стены, потолок и пол которой покрывает радиопоглощающий пористый материал. Размеры БЭК обеспечивают возможность расположения приемных антенн относительно излучающих антенн на расстояниях дальнего поля, при этом в месте размещения испытываемой НАП обеспечивается коэффициент безэховости не более минус 40 дБ в рабочем объеме размером 0,5×0,5 м.
Антенны для излучения сигналов помех представляют собой типовые пассивные рупорные антенны с рабочим диапазоном частот 1-2 ГГц и коэффициентом усиления от 6 до 10 дБи.
Антенны для излучения сигналов от ИС представляют собой пассивные спиральные антенны с диапазоном рабочих частот от 1,1 до 1,7 ГГц, коэффициент усиления от 8 до 12 дБи, разработанные ЗАО «КБ НАВИС» ТДЦК.464679.001
Антенна контрольная представляют собой пассивную антенну с правозаходной круговой поляризацией, диапазон рабочих частот от 1,1 до 1,7 ГГц, коэффициент усиления антенны в рабочем диапазоне частот 3 дБи.
Опорно-поворотное устройство представляет собой типовой двухосевой азимутально-угломестный позиционер.
Анализатор спектра представляет собой типовой анализатор спектра с диапазоном рабочих частот от 1 до 2 ГГц.
Контактный переключатель представляет собой типовой ВЧ переключатель с диапазоном рабочих частот от 1 до 2 ГГц.
Векторный анализатор цепей представляет собой типовой векторный анализатор цепей с диапазоном рабочих частот от 1 до 2 ГГц.
Активная приемная антенна представляет собой активную антенну с правозаходной круговой поляризацией с диапазоном рабочих частот LI, L2, L3, L5, например антенна ТДЦК.464629.010, разработанная в ЗАО «КБ НАВИС».
Навигационный модуль представляет собой многочастотный спутниковый приемник, например ПСНМ, разработанный в ЗАО «КБ НАВИС».
Технико-экономический результат от внедрения и использования полезной модели по сравнению с прототипом заключается в том, что разработанный и реализованный комплекс позволяет создать навигационное поле с помощью разнесенных в пространстве источников навигационных сигналов и постановки помех с направлений близких к направлениям излучения навигационного сигнала, что в большей степени соответствует реальной обстановке, в которой планируется применять НАП. Предлагаемый комплекс также позволяет производить испытания навигационных помехозащищенных приемников снабженных антенной решеткой, которая позволяет изменять диаграмму направленности антенны.