Устройство приема сигналов коррекции для сверхдлинноволновой фазовой радионавигационной системы

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ к плткнт

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

1 (25)4940420/09 .(22) 31..0591 (46).1511.93 Бюп. Мю 41-42 (75) Российский институт радионавигации и време(72) Бопошин СБ. Зарх АЗ„Семенов ГА; Тюкин С.Г. (73) Российский институт радионавигации и време(54) CTPOACTBO ПРИЕМА СИГНАЛОВ KOP(В) RU (11) 2003132 С1 (Si) 5 G01S5 02 G01S1 38

РЕКЦИИ ДЛЯ СВЕРХДЛИННОВОЛНОВОЙ

ФАЗОВОЙ РАДИОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕMbl (57) Сущность изобретения: устройство приема сигналов коррекции содержит приемник демодупя— тор, два демупьтиплексора, фазометрический блок опорный генератор, датчик времени и даты, блок памяти. блок сумматоров, блок фазовращателей

1 — 2-3-4-9, 6-7-8 — 9. 5-10-4, 3 — 7-8, 2 ил.

2003132

Изобретение ol носится к радиотехнике и может испо>!ьэаваться Б фазовых радианавигациагн!ых системах для определения местоположения подвижных объектов (судов, самолетов и т.д.). 5

Одним из способов решения задачи локальной навигации па сип!алам СДВ ФРНС с повыше,lloi! тач>!Остья местоопределения является дифференциалы!ый метод. Он закл>ачается в передаче с наземной контрольной станции и приеме на подвижном

Ооьекте сигнала коррекции (СК), содержащего инормац>>!а о фактических поправках (ФП1 на распространение радиоволны.

Извост>!О устройства приема сигналов

:, ОРi;:е ц;",! Д.I. f.,i, Г i - Pi i ilclloll>,3Уемое в диф<)>ере>!ц>>аль>>О»! системе Микро-Омега", Она состоит из В +г>р.>емника сигналов

Од>>апаласной модуляции, двух смесителей, опорно! а генератора, коммутатора, фазоследящих сис гам и фазсметрав, Недостаткам данного устройства является повышенные требования к стабильности опарнига ген"-.ð:.I гора (не хуже 10 ), чта связана с ад !Опаласной модуляцией, Известна устройство приема сигналов коррекции д>>я ..ÄD ФРНС, которое наиболее близка IIO техни Iåcl;oé сущности к заяв;>вема!>,, ус1райстау I< oыб>раннае за 30

npoToTип, Она содержит последовательно саедине>!Иые радиоприемник 1, демодулятор 2, дсмультиплексор 3 с управля>ащим входам и фаза:.-.1етрический! блок 4, опорный вход катарага саедгп>ен с выходам опорно- 35

ro генератора 5, Устройство работает следующим образам. Радиат>риемник I принимает сигналы контрольной станции (КС), несущая которых промадулирована па фазе низкочастотным 40 сигналом 20 Гц, фаза которого содержит инфармацию о фактической поправке на распространение радиоволн Ч для i-й

Опарг!ОЙ станци>>! (ОС) СДВ Ф РНС, i = 1, 2„... и, Пасредс Таам демодулятора 2 сигналы де- 45 мадулируются. КС передает сигналы коррекции в виде посылок, длительность и временное положение которых совпадает с длительностью и временным г!сложением посылок опорных станций СДВ ФРНС (см. фиг. 2а, б). Обычна КС передает сигналы коррекции не для всех ОС СДВ ФРНС, а талька для тех, которые могут использоваться в дифференциальной зоне КС потребителем, как правило, это 4, 5 станций (на фиг. 2, б представлан случай, когда КС. передает сигналы коррекции для первой, второй, пятой и седьмой станций СДВ ФРНС ОМЕГА, состоящей из восьми станций), Разделение сигналов модуляции 20 Гц в соответствии с временной диаграммой осуществляется демультиплексором 3, который управляется сигналами, поступающими из приемоиндикатора (ПИ) СДВ ФРНС (фиг, 2, в). Фазометрический блок 4 осуществляет выделение информации о поправках Чу! из сигналов модуляции 20 Гц, Каждый сигнал 20 Гц с

cooTâeTñT8óIoùåãо i-го канала демультиплексара 3 поступает на i-й канал фазометрического блока 4, который состоит из и фазовых детекторов с интегрирующими фильтрами низкой частоты, Опорный сигнал на фазовые детекторы поступает из опорного генератора 5. На выходе i-го фильтра НЧ сигнал представляет собой постоянное напряжение, пропорциональное разности фаз р.

Офнч! = А . p где p =-(Ч --pa!I ): А — коэффициент пропорциональности;, ppI> — фаза опорного сигнала.

Если потребитель работает в гиперболическом режиме использования СДВ

ФРНС, когда радионавигационным параметром является разность фаз сигналов, принятых ат двух ОС СДВ ФРНС, то при дальнейшей обработке информации <р! для пары станций фаза опорного генератора исчезает из результата:

pgs = Б = — Ч", =

Если же потребитель работает в дальномерном режиме, то фаза его опорного генератора равна нулю, т.е. p = Ч

Таким образом, выходной сигнал каждого Иа канала фазометрического блока 4 садвржит информацию о фактической поправке для i-й опорной станции, используемой в зоне данной контрольной станции.

Помехозащищенность обеспечивается наличием интегрирующих фильтров, эквивалентная паласа пропускания которых весьма узкая 0,02-0,05 Гц, но это приводит к задержке информации на выходе фильтров, постоянная времени которых т= 50-20 с. Первые отсчеты берутся через t =ЗА =

=(150-60) с после появления сигналов коррекции. Для потребителя относительно тихоходного (корабли, вертолеты) запаздывание не имеет значения, но скоростные самолеты, например сверхзвуковые, за время запаздывания в 100 с перемещаются на 34-102 км при скорости V. = M - 3M (1200 — 3600 км/ч) и зэ время запаздывания могут выйти из дифференциальной зоны действия данной контрольной станции.

2003132

20

30

40 быть использован типовой бортовой хронометр либо таймер,.реализуемый на микросхеме типа КР580ВИ53. Блок памяти 7

50 зом.

Посредством радиоприемника 1 прини55

Таким образом, недостатком устройства-прототипа является пониженное быстродействие.

Целью устройства приема сигналов коррекции для СДВ ФРНС является повышение быстродействия.

Цель достигается тем, что в устройство, . содержащее последовательно соединенные радиоприемник, демодулятор, первый демультиплексор с управляющими входом и фазометрический блок, а также опорный генератор, дополнительно введены последовательно соединенные датчик. времени и даты, блок памяти с входом выбора используемой контрольной станции и с управляю- 1 . щим входом; соединенным о управляющим входом первого демультиплексора, второй демультиплексор, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого демультиплексора, и блок сумматоров. второй вход которого соединен с выходом фазометрического блока, блок фазовращателей, сигнальный и управляющий входы которого и выход соединены соответственно с выходом опорного генератора, с выходом второго демультиплексора, с опорным входом фазометрического блока.

Введение датчика времени и даты, блока памяти, где хранятся значения прогноэируемых поправок на распространение. радиоволн, второго демультиплексора и блока фазовращателей обеспечивает уменьшение диапазона фазового сдвига между сигнальным и опорным напряжениями фазометрического блока, т,е.-уменьшение динамическогО диапазона напряжений на входах интегрирующих фильтров фазометрического блока, а введение блока сумматоров обеспечивает безынерционное восстановление значений фактических по-. правок, выделяемых из сигналов коррекции, что в совокупности приводит к увеличению быстродействия.

Отличительные признаки являются новыми flo сравнению с прототипом. Совокуп- 4 ность признаков, позволяющая получить указанный положительный эффект, не обна-ружена, поэтому предлагаемое техническое решение можно считать соответствующим критерию-"существенности отличий".

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы работы предлагаемого устройства.

Заявляемое устройство содержит (фиг.

1) последовательно соединенные радиоприемник 1, демодулятор 2, первый демультиплексор 3 с управляющим входом и фазометрический блок 4, опорный генератор 5, последовательно соединенные датчик времени и даты 6, блок памяти 7 с входом выбора используемой контрольной станции и с управляющим входом, соединенным с управляющим входом первого демультиплексора 3, второй демультиплексор 8, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого демультиплексора 3, и блок сумматоров 9, второй вход которого соединен с выходом фаэометрического блока 4, а выход является выходом устройства, блок фаэовращателей 10, сигнальный и управляющий входы которого и выход соединены соответственно с выходом опорного генератора 5, с выходом второго демультиплексора 8, с опорным входом фазометрического блока 4

B качестве радиоприемника 1 может быть использован любой радиоприемник соответствующего диапазона частот и чувствительности. Для передачи сигналов коррекции обычно используется средневолновый диапазон 150 кГц — 2,4

МГц, а в качестве радиопередатчиков контрольных станций используются радиомаяки, что позволяет в качестве радиоприемников применять типовые приемники радиопеленгаторов, Тип демодулятора 2 зависит от вида модуляции сигналов коррекции, В большинстве случаев используется фазов а я модуляция, Поэтому в качестве демадулятора 2 используется фазовый дискриминатор.

Демультиплексоры 3, 8 могут быть реалиэованы на микросхемах типа К500ИД164М.

Фазометрический блок 4 реализуется в виде фазовых детекторов, фильтров НЧ и АЦП, преобразующих постоянное (медленно меняющееся) напряжение в цифровой код. В качестве датчика времени и даты 6 может может быть реализован на регистрах типа

К589ИР12, Сумматоры блока сумматоров 9 могут быть реализованы, например, в виде комбинационных сумматоров, Фазовращатели блока фазовращателей 10 реализуются в виде электронных фазовращаталей.

Устройство работает следующим обрамаются сигналы коррекции контрольной станции, представля1ощие собой радиопосылки в соответствии с временной диаграммой (фиг. 2, б), где представлен случай передачи поправок для 1, 2, 5 и 7 опорных станций СДВ ФРНС ОМЕГА, США). Несущая каждой -й посылки промодулирована по фазе низкочастотным сигналом 20 гц, фаза которого численно равна фазсвой по2003132 правке Ч, для i-й опорной станции. Принятые сигналы демодулируются демодулятором 2 и разуплотня ются демультиплексором 3. Выход демультиплексора 3 — это многоканальный выход. Каждый -й канал соответствует i-му сигналу коррекции. Демультиплексор 3 управляется сигналами, поступающими из стандартного приемоиндикатора (ПИ) СДВ ФРКС (фиг. 2, в), которые соответствуют по времени i ì сегментам временной диаграммы, Таким образом на i-ом выходе демультиплексора 3 сигнал имеет вид посылки напряжения час-, тоты модуляцйи 20 Гц с фазой H ..Этот сигнал поступает на сигнальный вход Ио фазового детектора фазометрического бло:-. ка 4. На опорный вход 1-го фазового детек-. тора поступает напряжение 20 Гц с выхода опорного генератора 5 через i-й-фазовращатель блока фаэовращателей 10. Фазовый сдвиг i-го фазовращателя определяется i-ым управляющим сигналом, поступающим на уп ра вл я ющий вход фазо вращателя из блока памяти 7 в момент времени, соответствующий временному сегменту i-го сигнала коррекции (фиг, 2, г), через второй демул ьтиплексор 8. Упра вля ющий сигнал является цифровым кодом значения прогнозируемой поправки на распространение радиоволн Ч, для 1-й опорной станции СДВ

ФРНС на текущий момент времени суток и данную дату. Значение прогнозируемых поправок для j-й контрольной станции хранится в блоке памяти 7, Источником прогнозируемых поправок являются годовые таблицы поправок, опубликованныедля всех станций СДВ ФРНС на весь земной шар. Считывание из блока памяти 7 осуще-. ствляется по сигналам от датчика времени и даты 6, коду выбора j-й контрольной станции и управляющему сигналу, соответствующему временному сегменту 1-й опорной станции СДВ ФРНС, На выходе f-го фазового детектора блока 10 напряжение пропорционально разности фаз л ул = Й (Poп+ ) .л

Ugp(l) = А { И вЂ” аког — И ), где А — коэффициент передачи фазового детектора;

ip« — начальная фаза сигнала опорного генератора, которая в дальномерном режиме использования СДВ ФРНС равна нулю, т.е. р =% — Ф

На выходе интегрирующего фильтра низкой частоты, подключенного к выходу фазового детектора, происходит накопление медленно меняющегося напряжения Офд(1), Посредством АЦП выходное напряжение фильтра Оф ч преобразуется в параллельный код значения р, поступающий на один из двух входов I-ro сумматора блока сумматоров 8. На другой вход l-го сумматора по5 ступает код значения прогнозируемой поправки Vi, Таким образом, выходной сигнал 1-го сумматора U 2:,(!) представляет собой код значения поправки на распространение радиоволн для )-й опорной станции

СДВ. ФРНС

Офд- Офнч(1) = 5 сц, подставив в него выражения Uyx (t) =

=Офд(1 - ехр(-tз/хф )) и Офд = climax .

После чего будем иметь

climax ехр("tg/ 7$ ) = 5 ехр(тз/ тф ) = @max/5 з/ ф =1п(4,8)

1з = гф !п(4,8) = 1,57 ф

Выигрыш В по сравнению с прототипом составляет !

В = = 1,9 раза.

1з 3Тф тз 1,57 тф

Таким образом, быстродействие заявляемого устройства выше, чем устройства-прототипа.

50 (56) Зарубежная радиоэлектроника М 11, 1977, с. 42.

Патент Франции

N 2186549, кл, G 01 S 1/38, 1969.

Дальнейшая обработка осуществляется. уже в бортовой ЭВМ, Первый отсчет берется обычно через такое время ь, чтобы погрешность д из-за инерционности фильтра НЧ была не более 5 ф, от значения V . Макси20 мальное значение поправки Vimsx = 100 сц (сц — сотые доли цикла. 1 цикл соответствует

360 или 100 цс), Таким образом д E 5 сц. В устройстве-прототипе. время задержки

t >ЗА, т.к. Оф() = Офд(1 - exp(-t 3/ тф)), 25 тф- постоянная фильтра, то при t 3 = 3 гф

i напряжение на выходе фильтра Оф () =

=0,95Офд.

В заявляемом устройстве максимальное значение напряжения на входе фильтра

30 соответствует максимальной погрешности прогноза поправок Ф, т.е. р п,х = (И

-Ф )max. Среднеквадратическое значение погрешности прогноза поправок для СДВ

Ф РН С o = 8 сц (7), т.е. ф;вах = 3 8 = 24 сц, Время задержки t3 найдем из выражения

2003132

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ПРИЕМА СИГНАЛОВ

КОРРЕКЦИИ ДЛЯ СВЕРХДЛИННОВОЛНОВОЙ ФАЗОВОЙ РАДИОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ, содержащее последовательно соединенные радиоприемник, демодулятор, первый демультиплексор и фазометрический блок, опорный генератор, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия, введены последовательно соединенные датчик времени и даты, блок памяти, второй демультиплексор, управляющий вход которого объединен с управляющими входами блока памяти и первого демультиплексора, и блок сумматоров, второй вход которого соединен с выходом фазометрического блока, блок фазовращателей, сигнальный и управляющий входы и выход которого соединены соответственно с выходом опорного генератора, выходом второго

10 демультиплексора и опорным входом фазометрического блока, а второй вход блока памяти является входом сигнала выбора контрольной станции.

2003132

Составитель Е.Погиблова

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор В.Петраш

Редактор В.Трубченко

Тираж Подписное

НПО " Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3233

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. Ул.Гегерине, 101