Система передачи и приема информационных сообщений по радионавигационному каналу импульсно-фазовой радионавигационной системы

 

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для передачи служебной информации, в частности контрольно-корректирующей информации в дифференциальных подсистемах спутниковых радионавигационных систем. Система содержит передатчик и приемник, связанные радионавигационным каналом. Передатчик содержит формирователь опорных сигналов, антенно-передающее устройство, блок сравнения, счетчик, регистр кода управления, блоки промежуточного хранения, записи сообщений и кодирования, формирователь корректирующих кодов и блок управления кодированием. Приемник содержит приемно-преобразовательное устройство, формирователь тактовых сигналов, счетчик, блоки формирования отсчета, хранения отсчетов пачки, хранения принятого сообщения, декодирования сообщения и корректировки сообщения, выходной блок хранения и блок управления декодированием. В передатчик введены блоки записи числа строк сообщения и управления формированием корректирующих кодов, а в приемник введены блоки хранения отсчетов строки, выделения начала сообщения и управления коррекцией сообщений. Передатчик системы формирует пачки импульсов радионавигационного сигнала и обеспечивает временную модуляцию шести последних импульсов пачек передаваемыми сообщениями и корректирующими кодами. Приемник принимает радионавигационный сигнал, выделяет передаваемые сообщения, обнаруживает и исправляет ошибки в принятых сообщениях. Система обеспечивает передачу и прием информационных сообщений переменной длины и повышение скорости передачи информации. 6 табл., 2 ил.

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для передачи и приема служебной информации по радионавигационному каналу, импульсно-фазовой радионавигационной системы (ИФРНС), в частности контрольно-корректирующей информации (ККИ) при реализации дифференциальных подсистем спутниковых радионавигационных систем (СРНС).

Известны различные системы передачи информации по радионавигационному каналу ИФРНС.

В [1, 2] описана система передачи информации в ИФРНС LORAN-C, использующая амплитудную манипуляцию 0/1 ("мерцания") двух первых импульсов в пачке импульсов навигационного сигнала LORAN-C для передачи сообщений о выходе параметров передающей станции ИФРНС за пределы технологических допусков. Для данной системы характерны ограниченность типов сообщений, которые могут быть переданы, и относительно невысокая помехоустойчивость передачи, обусловленная выбранным типом модуляции - простой амплитудной манипуляцией.

Существенно лучшими характеристиками обладает система передачи информации по радионавигационному каналу, используемая в ИФРНС "Чайка" [3]. В системе предусматривается формирование дополнительного к пачке импульсов навигационного сигнала служебного радиоимпульса, который манипулируется по фазе несущей в соответствии с передаваемым служебным сообщением с использованием для повышения помехоустойчивости биортогонального кода Рида-Миллера. К недостаткам этой системы, помимо необходимости формирования для передачи сообщений дополнительных служебных импульсов, следует отнести низкую эффективную скорость передачи информации, которая при существующих характеристиках ИФРНС согласно [3] не превышает 3 бод.

В определенной мере недостатков системы [3] лишена система передачи информации по радионавигационному каналу ИФРНС, описанная в [4]. Для передачи информации в системе предлагается использовать временную (фазовую) манипуляцию на ±1 мкс двух последних из восьми импульсов пачки импульсов навигационного сигнала LORAN-C. При этом в целях снижения потерь для основной функции системы - навигационной, обусловленных использованием радионавигационного сигнала для передачи информации, в [4] предлагается применять комбинации с нулевой суммой индексов модуляции на группе пачек импульсов навигационного сигнала.

Дальнейшим развитием системы [4] является система EUROFIX [5, 6], в которой для передачи информации используется трехуровневая (-1, 0, +1) временная (фазовая) модуляция с уровнем манипуляции ±1 мкс шести последних импульсов в пачке импульсов навигационного сигнала LORAN-C. Основное назначение системы - передача потребителям сообщений с контрольно-корректирующей информацией (ККИ) при реализации дифференциальной подсистемы спутниковой радионавигационной системы (СРНС). Для снижения потерь в реализации навигационной функции используются комбинации с нулевой суммой индексов модуляции в пределах каждой группы из шести импульсов. Для повышения помехоустойчивости передачи информации предусматривается сопровождение каждого сообщения корректирующими кодами, в частности кодом Рида-Соломона, обеспечивающими при приеме информации обнаружение и исправление ошибочно принятых элементов сообщения.

Система EUROFIX [6], в которой осуществляются передача и прием информационных сообщений по радионавигационному каналу ИФРНС, принята в качестве прототипа.

Структурная схема системы-прототипа представлена на фиг. 1. Система-прототип содержит передатчик 1 и приемник 2. В состав передатчика 1 входят антенно-передающее устройство (АПУ) 3, формирователь опорных сигналов (ФОС) 4, счетчик (Сч) 5, регистр кода управления (РКУ) 6, блок сравнения (БС) 7, блок промежуточного хранения (БПХ) 8, блок кодирования (БК) 9, блок управления кодированием (БУК) 10, формирователь корректирующих кодов (ФКК) 11 и блок записи сообщений (БЗС) 12. Вход сообщений БЗС 12 является информационным входом передатчика 1. Информационные входы-выходы БЗС 12, ФКК 11, БУК 10, БК 9 и БПХ 8 соединены шиной информационного обмена. Выход управляющего кода БПХ 8 соединен с соответствующим входом РКУ 6, выходы разрядов которого подключены к вторым входам соответствующих разрядов БС 7, первые входы разрядов которого соединены с выходами соответствующих разрядов Сч 5, вход тактовых импульсов которого подключен к первому выходу ФОС 4, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом импульса записи РКУ 6 и задающим входом БУК 10. Выход БС 7 соединен с входом задающих импульсов АПУ 3, выход навигационных сигналов которого является выходом радиосигналов передатчика 1.

В состав приемника 2 входят приемно-преобразовательное устройство (ППУ) 13, формирователь тактовых сигналов (ФТС) 14, блок формирования отсчета (БФО) 15, счетчик (Сч) 16, блок хранения отсчетов пачки (БХОП) 17, блок управления декодированием (БУД) 18, блок декодирования (БД) 19, блок хранения принятого сообщения (БХПС) 20, блок корректировки сообщения (БКС) 21 и выходной блок хранения (ВБХ) 22. Выход сообщений ВБХ 22 является информационным выходом приемника. Информационные входы-выходы ВБХ 22, БКС 21, БХПС 20, БД 19, БУД 18 и БХОП 17 соединены шиной информационного обмена. Кодовый вход БХОП 17 соединен с выходом БФО 15, управляющий и информационный входы которого соединены соответственно с выходом сигнального строба ППУ 13 и с выходами соответствующих разрядов Сч 16. Тактовый вход Сч 16 подключен к первому тактовому выходу ФТС 14, вход сигнала синхронизации которого соединен с выходом синхроимпульсов ППУ 13, а второй тактовый выход ФТС 14 соединен с задающим входом БУД 18. Вход навигационных сигналов ППУ 13 является входом радиосигналов приемника 2, который соединен радионавигационным каналом с выходом радиосигналов передатчика 1.

Система-прототип работает следующим образом.

В соответствии со стандартными процедурами, описанными, например, в [7; 8, стр.311-319; 9, разд. 2.4, 3.2, 3.3, гл.4], передатчик 1 формирует на выходе радиосигналов следующие с заданным периодом пачки импульсов навигационного сигнала, которые по радионавигационному каналу поступают на вход радиосигналов приемника 2.

Согласно [5, 6] в системе-прототипе при передаче сообщений используются комбинации с нулевой суммой индексов модуляции в пределах группы из шести импульсов. Соответственно, при основании кода модуляции m = 3 и длине посылки n = 6 число таких комбинаций A₀ (3,6) = 141, что позволяет с помощью одной пачки импульсов навигационного сигнала передать слово из семи бит (2⁷ = 128 < 141). В связи с этим в системе-прототипе принято, что каждое сообщение (P) состоит из 8 слов по 7 двоичных бит в каждом, всего из 56 бит. При этом каждое передаваемое по радионавигационному каналу полное сообщение (W) содержит информационную часть - P - и корректирующие коды.

Подлежащее передаче сообщение P поступает на информационный вход передатчика 1 и записывается (при наличии разрешения на запись) в БЗС 12 в виде блока из 8 семибитных слов. Затем по управляющим командам от БУК 10 производится модуляция задержки (фазы) последних шести импульсов в пачках радионавигационного сигнала передатчика 1 последовательно каждым из слов передаваемого сообщения, например, следующим образом. С третьего входа ФОС 4 на задающий вход БУК 10 поступает импульс, соответствующий моменту окончания второго радиоимпульса из пачки импульсов навигационного сигнала.

В БУК 10 устанавливается число символов (импульсов, модулированных по задержке информацией), подлежащих передаче, η = n = 6 и формируется команда на передачу первого из 8 слов из БЗС 12 в ФКК 11 и в БК 9. В ФКК 11 начинается в соответствии с алгоритмами, описанными, например, в [10, стр.128-133, 224-231, 435-446; 11, стр.304-310, 391-398], формирование корректирующих кодов. В БК 9 каждому слову из 1 = 7 двоичных бит ставится в соответствие априори установленная комбинация из n·q=12 двоичных бит, где n = 6 - число символов, модулируемых кодом по основанию m = 3, q = 2 - два бита, описывающих состояние каждого из n символов в троичной системе (-1, 0, 1). Из БК 9 комбинация из n х q символов записывается в БПХ 8.

С второго и третьего выходов ФОС 4 на вход импульса записи РКУ 6 и задающий вход БУК 10 поступают следующие импульсы, по которым с выхода управляющего кода БПХ 8 первые два бита из n пар переписываются в РКУ 6. В БУК 10 при этом уменьшается на единицу число символов η, подлежащих передаче, и производится проверка условия η = 0. При η > 0 БУК 10 вырабатывает команду на сдвиг в БПХ 8 записанной в нем комбинации 1 на два бита, подготавливая модуляцию следующего импульса навигационного сигнала. Одновременно записанный в РКУ 6 управляющий код поступает на вторые входы соответствующих разрядов БС 7, где он сравнивается с текущим состоянием соответствующих разрядов Сч 5, на вход тактовых импульсов которого поступают импульсы с первого выхода ФОС 4, обеспечивая период пересчета Сч 5, равный интервалу следования импульсов в пачке импульсов навигационного сигнала передатчика 1. При совпадении состояний соответствующих разрядов Сч 5 и РКУ 6 БС 7 формирует импульсы, поступающие на вход задающих импульсов АПУ 3, который формирует на своем выходе навигационных сигналов очередной импульс из пачки импульсов навигационного сигнала передатчика 1. При этом изменение состояния q разрядов РКУ 6 обеспечивает сдвиг момента формирования очередного импульса в АПУ 3 с шагом 1 мкс в пределах ±1 мкс.

Таким образом осуществляется передача одного символа.

Затем описанная выше процедура передачи символа повторяется, обеспечивая последовательную передачу в радионавигационный канал посылки из шести модулированных импульсов, что соответствует передаче одного двоичного слова из семи бит.

При выполнении условия η = 0 БУК 10 передает в БПХ 8 команду на установку на его выходе начального кода, соответствующего несмещенному состоянию импульса в пачке импульсов навигационного сигнала, которое по очередному импульсу от ФОС 4 переписывается в РКУ 6, после чего ФОС 4 прекращает выдачу импульсов: на тактовый вход Сч 5 - до начала формирования следующей пачки навигационного сигнала, а на вход записи РКУ б и задающий вход БУК 10 - до окончания формирования второго импульса следующей пачки. Одновременно БУК 10 увеличивает на единицу устанавливаемое в нем число переданных слов (λ_i) Затем в БУК 10 последовательно проводятся проверки выполнения условий λ_i≅8 и λ_i≅λ_o = 30, где согласно [5, 6] λ_o - полное число передаваемых слов в системе-прототипе, включающее собственно информационное сообщение и корректирующие коды.

Если λ_i<8, то при возобновлении поступления импульсов от ФОС 4 на задающий вход БУК 10 вся описанная выше процедура передачи слова повторяется, причем из БЗС 12 в ФКК 11 и в БК 9 передается каждый раз слово из сообщения P, номер которого задается величиной N_i= λ_i-1+1. Если λ_i= 8, что соответствует окончанию передачи информационной части сообщения W из 8 слов, то при возобновлении поступления импульсов из ФОС 4 в БУК 10 процедура передачи слова повторяется, но передача слов из БЗС 12 в ФКК 11 и в БК 9 прекращается и ФКК 11 по команде из БУК 10 переводится из режима формирования корректирующих кодов в режим пословной передачи этих кодов в БК 9.

Если λ_i = 30, то БУК 10 дает команду на обнуление ФКК 11, устанавливает значение λ = 0 и передает в БЗС 12 разрешение на запись следующего сообщения из 56 бит, после чего вся описанная выше процедура передачи очередного сообщения повторяется.

Пачки импульсов навигационного сигнала, в каждой из которых шесть последних импульсов промодулированы по задержке (фазе) указанным образом информационным сообщением, с выхода радиосигналов передатчика 1 по радионавигационному каналу поступают через вход радиосигналов приемника 2 на вход навигационного сигнала ППУ 13, который в соответствии с алгоритмами, описанными, например, в [9, с. 121- 142], производит обнаружение и слежение за принятым сигналом. При этом на выходе сигнального строба ППУ 13 формируются видеоимпульсы, соответствующие моментам приема в приемнике 2 маркерной позиции каждого отдельного импульса из состава навигационного сигнала передатчика 1, а на выходе синхроимпульсов ППУ 13 формируются видеоимпульсы, отслеживающие осредненное на интервале слежения значение моментов приема маркерных позиций импульсов навигационного сигнала передатчика 1 и, следовательно, синхронизированных с периодом и моментами начала приема в приемнике 2 пачек радиоимпульсов навигационного сигнала передатчика 1. Под маркерной позицией понимается априори определенная позиция в каждом импульсе навигационного сигнала передатчика 1, на которой в приемнике 2 производится отсчет радионавигационного параметра.

Видеоимпульсы с выхода синхроимпульсов ППУ 13 подаются на вход сигнала синхроимпульсов ФТС 14, который формирует на первом тактовом выходе синхронизированные с этими видеоимпульсами тактовые импульсы, которые поступают на тактовый вход Сч 16 и обеспечивают формирование периода пересчета Сч 16, синхронного и синфазного с усредненными моментами приема в приемнике 2 маркерных позиций импульсов навигационного сигнала передатчика 1. Циклически изменяющийся код с выходов соответствующих разрядов Сч 16 подается на информационные входы БФО 15, в котором при поступлении на его управляющий вход видеоимпульса с выхода сигнального строба ППУ 13 фиксируется текущее состояние соответствующих разрядов Сч 16.

При этом на выходе БФО 15 формируется отсчет, пропорциональный задержке (-1, 0, +1) мкс конкретного импульса из пачки относительно осредненных на интервале слежения моментов приема импульсов из пачек импульсов навигационного сигнала передатчика 1.

Затем, по управляющим командам от БУД 18 производится декодирование принятого сообщения, выделение и исправление ошибок в принятом сообщении и запись информационной части сообщения, например, следующим образом.

По окончании третьего импульса из пачки импульсов навигационного сигнала из ФТС 14 на задающий вход БУД 18 поступает импульс, после чего БУД 18 формирует команду на запись первого кода задержки импульса радионавигационного сигнала из БФО 15 в БХОП 17 и увеличивает на единицу число принятых кодов задержки η_i. Затем в БУД 18 производится проверка условия η_i≅ n = 6, где n - длина информационной посылки.

Если η_i< 6, то описанная выше процедура повторяется, обеспечивая последовательную запись в БХОП 17 кодов задержки шести последних импульсов из пачки импульсов навигационного сигнала.

Если η_i= 6, то БУД 18 дает команду на передачу комбинации из шести кодов задержки из БХОП 17 на вход БД 19, где каждой такой комбинации ставится в соответствие априори установленная комбинация из 1 = 7 двоичных бит, которая затем записывается как отдельное слово принятого сообщения в БХПС 20. Затем в БУД 18 увеличивается на единицу число принятых слов сообщения λ_i, после чего БУД 18 устанавливает исходное значение числа принятых символов η_i= 0 и производит проверку условия λ_i≅ λ₀= 30, где λ₀ - общее число слов, включающее информационную часть - 8 слов - и корректирующие коды.

Если λ_i< 30, то с началом приема в приемнике 2 следующей пачки импульсов навигационного сигнала от передатчика 1 описанная выше процедура приема слова повторяется, причем номер слова, записываемого в БХПС 20, задается величиной N_i= λ_i-1+1. Если λ_i= 30, что соответствует в системе-прототипе окончанию приема полного сообщения W, то БУД 18 вырабатывает команду на передачу всего принятого сообщения из БХПС 20 в БКС 21, где в соответствии с алгоритмами, описанными, например, в [10, стр. 185-209; 11, стр.315-337, 399-407], производится обнаружение и исправление ошибок в принятом сообщении. После окончания процедуры корректировки сообщения из БКС 21 в БУД 18 передается признак результата корректировки (РК).

Если РК = 1, что обозначает либо отсутствие ошибок, либо исправление всех обнаруженных ошибок в принятом сообщении, то БУД 18 формирует команду, по которой информационная часть принятого сообщения (P) - первые 8 семибитных слов - записываются из БКС 21 в ВБХ 22, и сопровождает эту команду записью в ВБХ 22 признака готовности сообщения, после чего в БУД 18 устанавливается исходное значение λ_i= 0 и обнуляются БХОП 17, БХПС 20 и БКС 21.

Если РК = -1, это означает, что число ошибок в принятом сообщении больше, чем позволяют исправить переданные в нем корректирующие коды. В этом случае все описанные в предыдущем абзаце процедуры повторяются, но БУД 18 записывает в ВБХ 22 признак ошибочного приема сообщения.

Затем описанные выше процедуры приема очередного сообщения повторяются.

Таким образом, в системе-прототипе за счет модуляции задержки (фазы) шести последних импульсов в пачке радионавигационного сигнала обеспечиваются передача и прием информационных сообщений по радионавигационному каналу ИФРНС.

При этом, как указано в [6], обеспечивается высокая достоверность передачи со средней эффективной скоростью V_пр. = 26,7 бод при потерях для реализации потребителями ИФРНС основной навигационной функции: максимальных - не более 0,79 дБ, средних - не более 0,41 дБ, что соответствует средним относительным затратам энергетики сигнала ИФРНС на передачу информации 15,4·10^-3 дБ/бод.

Поскольку основное назначение системы-прототипа - передача потребителям сообщений с контрольно-корректирующей информацией (ККИ) при реализации дифференциальной подсистемы СРНС, то формат сообщения из 56 бит в системе-прототипе унифицирован с девятым кадром сообщений стандарта RTCM [12].

Однако в [12] минимальная рекомендованная скорость передачи составляет 50 бод, тогда как система-прототип обеспечивает среднюю эффективную скорость передачи (V_пр. = 26,7 бод) примерно в 1,85 раза меньше.

Кроме того, система-прототип ориентирована на передачу только одного формата сообщений с жестко заданной длиной (56 бит), в то время как в [12] рекомендованы к использованию различные форматы сообщений, причем основной из них - кадр первого типа - является сообщением с переменной длиной.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи передачи информационных сообщений переменной длины при повышении скорости передачи, по крайней мере, до значений, удовлетворяющих рекомендациям [12].

Сущность изобретения заключается в том, что в системе передачи и приема информационных сообщений по радионавигационному каналу ИФРНС, содержащей передатчик и приемник, причем передатчик содержит антенно-передающее устройство, вход задающих импульсов которого соединен с выходом блока сравнения, первые входы разрядов которого соединены с выходами соответствующих разрядов счетчика, вход тактовых импульсов которого подключен к первому выходу формирователя опорных сигналов, второй выход которого соединен с входом импульсов записи регистра кода управления, выходы разрядов которого подключены к вторым входам соответствующих разрядов блока сравнения, а третий выход формирователя опорных сигналов соединен с задающим входом блока управления кодированием, информационные входы-выходы которого соединены шиной информационного обмена с информационными входами-выходами блока кодирования, формирователя корректирующих кодов, блока записи сообщений и блока промежуточного хранения, выход управляющего кода которого соединен с соответствующим входом регистра кода управления, причем вход сообщений блока записи сообщений является информационным входом передатчика, а выход навигационных сигналов антенно-передающего устройства является выходом радиосигналов передатчика, который радионавигационным каналом соединен с входом радиосигналов приемника, который содержит формирователь тактовых сигналов, вход сигнала синхронизации которого соединен с выходом синхроимпульсов приемно-преобразовательного устройства, выход сигнального строба которого подключен к управляющему входу блока формирования отсчета, информационные входы которого соединены с выходами соответствующих разрядов счетчика, тактовый вход которого подключен к первому тактовому выходу формирователя тактовых импульсов, второй тактовый выход которого соединен с задающим входом блока управления декодированием, информационные входы-выходы которого шиной информационного обмена соединены с информационными входами-выходами блока декодирования, блока хранения принятого сообщения, блока корректировки сообщения, выходного блока хранения и блока хранения отсчетов пачки, кодовый вход которого подключен к выходу блока формирования отсчета, причем вход навигационных сигналов приемно-преобразовательного устройства является входом радиосигналов приемника, а выход сообщений выходного блока хранения является информационным выходом приемника, в передатчик введены блок управления формированием корректирующих кодов и блок записи числа строк сообщения, информационные входы-выходы которых соединены с шиной информационного обмена, а входы сообщений блока записи сообщений и блока записи числа строк сообщений соединены между собой, при этом в приемник введены блок хранения отсчетов строки, блок выделения начала сообщений и блок управления коррекцией сообщений, информационные входы-выходы которых соединены с шиной информационного обмена.

Сущность изобретения, его реализуемость, возможность промышленного применения и решения поставленной технической задачи поясняются чертежами, представленными на фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 представлена структурная схема системы-прототипа, на фиг. 2 - структурная схема заявляемой системы.

Заявляемая система передачи и приема информационных сообщений по радионавигационному каналу ИФРНС в рассматриваемом примере реализации содержит, см. фиг.2, передатчик 1 и приемник 2. В состав передатчика 1 входят, как и в систему-прототип, антенно-передающее устройство (АПУ) 3, формирователь опорных сигналов (ФОС) 4, счетчик (Сч) 5, регистр кода управления (РКУ) 6, блок сравнения (БС) 7, блок промежуточного хранения (БПХ) 8, блок кодирования (БК) 9, блок управления кодированием (БУК) 10, формирователь корректирующих кодов (ФКК) 11 и блок записи сообщений (БЗС) 12. Вход сообщений БЗС 12 является информационным входом передатчика 1. Информационные входы-выходы БЗС 12, ФКК 11, БУК 10, БК 9 и БПХ 8 соединены шиной информационного обмена. Выход управляющего кода БПХ 8 соединен с соответствующим РКУ 6, выходы разрядов которого подключены к вторым входам соответствующих разрядов БС 7, первые входы разрядов которого соединены с выходами соответствующих разрядов Сч 5, вход тактовых импульсов которого подключен к первому выходу ФОС 4, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом импульса записи РКУ 6 и задающим входом БУК 10. Выход БС 7 соединен с входом задающих импульсов АПУ 3, выход навигационных сигналов которого является выходом радиосигналов передатчика 1.

В состав приемника 2 входят, как и в систему-прототип, приемно-преобразовательное устройство (ППУ) 13, формирователь тактовых сигналов (ФТС) 14, блок формирования отсчета (БФО) 15, счетчик (Сч) 16, блок хранения отсчетов пачки (БХОП) 17, блок управления декодированием (БУД) 18, блок декодирования (БД) 19, блок хранения принятого сообщения (БХПС) 20, блок корректировки сообщения (БКС) 21 и выходной блок хранения (ВБХ) 22. Выход сообщений ВБХ 22 является информационным выходом приемника. Информационные входы-выходы ВБХ 22, БКС 21, БХПС 20, БД 19, БУД 18 и БХОП 17 соединены шиной информационного обмена. Кодовый вход БХОП 17 соединен с выходом БФО 15, управляющий вход которого соединен с выходом сигнального строба ППУ 13, а информационные входы БФО 15 соединены с выходами соответствующих разрядов Сч 16. Тактовый вход Сч 16 подключен к первому тактовому выходу ФТС 14, вход сигнала синхронизации которого соединен с выходом синхроимпульсов ППУ 13, а второй тактовый выход ФТС 14 соединен с задающим входом БУД 18. Вход навигационных сигналов ППУ 13 является входом радиосигналов приемника 2, который соединен радионавигационным каналом с выходом радиосигналов передатчика 1.

В отличие от системы-прототипа в заявляемой системе в передатчик 1 введены блок управления формированием корректирующих кодов (БУФК) 23 и блок записи числа строк сообщений (БЗЧС) 24, информационные входы-выходы которых соединены с шиной информационного обмена передатчика 1, а вход сообщений БЗЧС 24 соединен с входом сообщений БЗС 12, а в приемник 2 введены блок хранения отсчетов строки (БХОС) 25, блок выделения начала сообщения (БВН) 26 и блок управления коррекцией сообщения (БУКС) 27, информационные входы-выходы которых соединены с шиной информационного обмена приемника 2.

Все элементы заявляемой системы могут быть реализованы с использованием стандартных или известных блоков, устройств, систем.

В качестве АПУ 3, ФОС 4, Сч 5, РКУ 6 и БС 7 передатчика 1 могут быть использованы соответствующие блоки модульной передающей станции "Чайка УМ", описанной в [7].

Остальные функциональные блоки передатчика 1 - БПХ 8, БК 9, БУК 10, ФКК11, БЗС 12, БУФК 23 и БЗЧС 24 могут быть реализованы средствами вычислителя центрального пульта управления [7] с использованием соответствующих пользовательских программ в составе его программно-математического обеспечения. Алгоритмы, реализующие функции соответствующих блоков, рассмотрены ниже, при описании работы заявляемой системы.

В качестве ППУ 13, ФТС 14, БФО 15 и Сч 16 приемника 2 могут быть использованы соответствующие функциональные блоки стандартного приемоиндикатора ИФРНС, описанного, например, в [13, стр. 82 - 86] или в [14].

Остальные функциональные блоки приемника 2 - БХОП 17, БУД 18, БД 19, БХПС 20, БКС 21, ВБХ 22, БХОС 25, БВН 26 и БУКС 27 могут быть реализованы средствами вычислителя приемоиндикатора [14] с использованием соответствующих пользовательских программ в составе его программно-математического обеспечения. Алгоритмы, реализующие функции соответствующих блоков, рассмотрены ниже, при описании работы заявляемой системы.

Шины информационного обмена и соответствующие входы-выходы функциональных блоков передатчика 1 и приемника 2 могут быть реализованы в виде системной шины ЭВМ типа класса ISA или PSA.

Вход управляющего кода РКУ 6 и соответствующий ему выход БПХ 8, задающие входы БУК 10 и БУД 18, а также выход БФО 15 и кодовый вход БХОП 17 могут быть выполнены с использованием интерфейса типа S-232 или по ГОСТ 18977-79, или по ГОСТ 26765.52-87.

Входы сообщений БЗС 12 и БЗЧС 24 и выход сообщений ВБХ 22 могут быть реализованы с использованием стандартных СОМ-портов типа RS-232.

Заявляемая система работает следующим образом.

В соответствии со стандартными процедурами, описанными, например, в [7], передатчик 1 формирует на своем выходе радиосигналов периодически следующие пачки импульсов навигационного сигнала, которые по радионавигационному каналу поступают на вход радиосигналов приемника 2.

В заявляемой системе используются комбинации с нулевой суммой индексов модуляции в пределах строки из четырех групп по шесть импульсов (n = 24) при основании кода модуляции m = 5 и величиной временного сдвига между соседними позициями в алфавите сигнала (минимальным энергетическим расстоянием) d = 0,7. Соответственно число таких комбинаций A₀ (5,24) ≈ 3,409·10¹⁵, что позволяет передать с помощью одной строки из четырех пачек навигационных импульсов 51 двоичный бит информации (2⁵¹ < 3,409·10¹⁵). В связи с этим в заявляемой системе принято, что каждое информационное сообщение (P) состоит из λ_инф слов по 51 двоичных бит в каждом, всего из λ_инф ·51 бит. При этом число слов λ_инф= var, а каждое передаваемое по радионавигационному каналу полное сообщение (W) содержит информационную часть - P - и корректирующие коды.

Подлежащее передаче сообщение P поступает на информационный вход передатчика 1 и записывается (при наличии разрешения на запись) в БЗС 12 в виде блока из λ_инф 51-битных слов. Одновременно число информационных слов в сообщении λ_инф записывается в БЗЧС 24. Записанное в БЗЧС 24 значение λ_инф передается в БУК 10 и в БУФК 23. В БУК 10 в соответствии с этим значением устанавливается априори заданное число слов полного передаваемого сообщения (W) λ_p, включающее информационные слова (λ_инф) и корректирующие кoды (λ_к). B БУФК 23 в соответствии с величиной λ_p устанавливается априори определенная команда управления структурой ФКК 11. Эта команда передается в ФКК 11, где в соответствии с ней перекоммутируются элементы ФКК 11 для генерации корректирующих кодов в объеме λ_k= λ_p-λ_инф, соответствующем числу слов корректирующих кодов в передаваемом сообщении. Затем по управляющим командам от БУК 10 производится модуляция задержки (фазы) последних шести импульсов в пачках импульсов навигационного сигнала передатчика 1 последовательно каждым из слов передаваемого сообщения, например, следующим образом.

С третьего выхода ФОС 4 на задающий вход БУК 10 поступает импульс, соответствующий моменту окончания второго импульса из пачки импульсов навигационного сигнала. В БУК 10 устанавливается число символов, подлежащих передаче, η = n = 24 и формируется команда на передачу первого из λ_инф слов из БЗС 12 в ФКК 11 и в БК 9. В ФКК 11 начинается в соответствии с алгоритмами, описанными, например, в [10, стр. 128-133, 224-231, 435-446; 11, стр.304-310, 391-398], формирование корректирующих кодов. В БК 9 каждому слову из 1 = 51 двоичных бит ставится в соответствие априори установленная комбинация из n·q= 72 двоичных бит, где n = 24 - число символов (импульсов, модулированных по задержке информацией), модулируемых кодом по основанию m = 5, q =3 - три бита, описывающих состояние каждого из n символов в пятеричной системе (-2, -1, 0, 1, 2). Из БК 9 комбинация из n · q символов записывается в БПХ 8.

С второго и третьего выходов ФОС 4 на вход импульса записи РКУ 6 и задающий вход БУК 10 поступают следующие импульсы, по которым с выхода управляющего кода БПХ 8 первые три бита из n троек переписываются в РКУ 6. В БУК 10 при этом уменьшается на единицу число символов η,, подлежащих передаче, и производится проверка условия η_i= 0. При η₁> 0. БУК 10 вырабатывает команду на сдвиг в БПХ 8 записанной в нем комбинации на три бита, подготавливая модуляцию следующего импульса навигационного сигнала. Одновременно записанный в РКУ 6 управляющий код поступает на вторые входы соответствующих разрядов БС 7, где он сравнивается с текущим состоянием соответствующих разрядов Сч 5, на тактовый вход которого поступают импульсы с ФОС 4, обеспечивая период пересчета Сч 5, равный интервалу следования импульсов в пачке импульсов навигационного сигнала передатчика 1. При совпадении состояний соответствующих разрядов Сч 5 и РКУ 6 БС 7 формирует импульсы, поступающие на вход задающих импульсов АПУ 3, который формирует на своем выходе навигационных сигналов очередной импульс из пачки импульсов навигационного сигнала передатчика 1. При этом изменение состояния q разрядов РКУ 6 обеспечивает сдвиг момента формирования очередного импульса в АПУ 3 с шагом 0,7 мкс в пределах ±1,4 мкс.

Таким образом осуществляется передача одного символа.

Затем описанная выше процедура передачи символа повторяется, обеспечивая последовательную передачу в радионавигационный канал посылки из шести модулированных импульсов.

При выполнении условия η_i = 18, 12, 6, 0 БУК 10 передает в БПХ 8 команду на установку на его выходе управляющего кода начального кода, соответствующего несмещенному состоянию импульса в пачке импульсов навигационного сигнала, которое по очередному импульсу от ФОС 4 переписывается в РКУ 6, после чего ФОС 4 прекращает выдачу импульсов: на тактовый вход Сч 5 - до начала формирования следующей пачки импульсов навигационного сигнала, а на вход записи РКУ 6 и задающий вход БУК 10 - до окончания формирования второго импульса следующей пачки. При выполнении условия η_i= 0, что соответствует окончанию передачи строки из 24 символов (двоичного слова из 51 бита), БУК 10 увеличивает на единицу устанавливаемое в нем число переданных слов (λ_i). Затем в БУК 10 последовательно проводятся проверки выполнения условий λ_i≅ λ_инф и λ_i≅ λ_p, где λ_p - полное число передаваемых слов в заявляемой системе, включающее собственно информационное сообщение и корректирующие коды.

Если λ_i< λ_инф, то при возобновлении поступления импульсов от ФОС 4 на задающий вход БУК 10 вся описанная выше процедура передачи слова повторяется, причем из БЗС 12 в ФКК 11 и в БК 9 передается каждый раз слово из сообщения P, номер которого задается величиной N_i= λ_i-1+1. Если λ_i= λ_инф, что соответствует окончанию передачи информационной части сообщения W из λ_инф слов, то при возобновлении поступления импульсов из ФОС 4 в БУК 10 процедура передачи слова повторяется, но передача слов из БЗС 12 в ФКК 11 и в БК 9 прекращается и ФКК 11 по команде из БУК 10 переводится из режима формирования корректирующих кодов в режим пословной передачи этих кодов в БК 9.

Если λ_i= λ_p, то БУК 10 дает команду на обнуление ФКК 11, БЗЧС 24 и БУФК 23, устанавливает значение λ = 0 и передает в БЗС 12 разрешение на запись следующего сообщения, после чего описанная выше процедура передачи очередного сообщения повторяется.

Пачки импульсов навигационного сигнала, в каждой из которых шесть последних импульсов модулированы по задержке (фазе) указанным образом информационным сообщением, с выхода радиосигналов передатчика 1 по радионавигационному каналу поступают через вход радиосигналов приемника 2 на вход навигационного сигнала ППУ 13, который в соответствии с алгоритмами, описанными, например, в [9, стр. 121-142], производит обнаружение и слежение за принятым сигналом.

При этом на выходе сигнального строба ППУ 13 формируются видеоимпульсы, соответствующие моментам приема в приемнике 2 маркерной позиции каждого отдельного импульса из состава пачки импульсов навигационного сигнала передатчика 1, а на выходе синхроимпульсов ППУ 13 формируются видеоимпульсы, отслеживающие осредненное на интервале слежения значение моментов приема маркерных позиций радиоимпульсов навигационного сигнала передатчика 1 и, следовательно, синхронизированные с периодом и моментами начала приема в приемнике 2 пачек радиоимпульсов навигационного сигнала передатчика 1. Под маркерной позицией понимается априори определенная позиция в каждом импульсе навигационного сигнала передатчика 1, на которой в приемнике 2 производится отсчет радионавигационного параметра.

Видеоимпульсы с выхода синхроимпульсов ППУ 13 подаются на вход сигнала синхроимпульсов ФТС 14, который формирует на первом тактовом выходе синхронизированные с этими видеоимпульсами тактовые импульсы, которые поступают на тактовый вход Сч 16 и обеспечивают формирование периода пересчета Сч 16, синхронного и синфазного с усредненными моментами приема в приемнике 2 маркерных позиций импульсов навигационного сигнала передатчика 1. Циклически изменяющийся код с выходов соответствующих разрядов Сч 16 подается на информационные входы БФО 15, в котором при поступлении на его управляющий вход видеоимпульса с выхода сигнального строба ППУ 13 фиксируется текущее состояние соответствующих разрядов Сч 16.

При этом на выходе БФО 15 формируется отсчет, пропорциональный задержке (-1,4; -0,7; 0; +0,7; +1,4) мкс конкретного импульса из пачки относительно осредненных на интервале слежения моментов приема импульсов пачек навигационного сигнала передатчика 1.

Затем по управляющим командам от БУД 18 производится декодирование принятого сообщения, выделение и исправление ошибок в принятом сообщении и запись информационной части сообщения, например, следующим образом.

По окончании третьего импульса из пачки импульсов навигационного сигнала из ФТС 14 на задающий вход БУД 18 поступает импульс, после чего БУД 18 формирует команду на запись первого кода задержки импульса радионавигационного сигнала из БФО 15 в БХОП 17 и увеличивает на единицу число принятых кодов задержки η_i. Затем в БУД 18 производится проверка условия η_i ≅ n = 24, где n - длина строки в заявляемой системе.

Если η_i < 6, 12, 18, 24, то описанная выше процедура повторяется, обеспечивая последовательную запись в БХОП 17 кодов задержки шести последних импульсов из пачки импульсов навигационного сигнала.

Если η_i = 6, 12, 18, 24, то БУД 18 дает команду на передачу комбинаций из шести кодов задержки из БХОП 17 в БХОС 25, где при этом последовательно формируется комбинация из кодов задержек навигационных импульсов в пределах одной строки, состоящей из четырех посылок (пачек) по шесть импульсов в каждой.

Если η_i = 24, то БУД 18 дает команду на передачу комбинации кодов задержки из БХОС 25 на вход БД 19, где каждой такой строке ставится в соответствие априори установленная комбинация (слово) из 1 = 51 двоичных бит. Полученное слово передается в БВН 26, где производится его анализ с целью обнаружения в начале слова преамбулы - специальной кодовой посылки, с которой в соответствии с [12] начинается каждое информационное сообщение.

Если преамбула не обнаружена, то признак этого передается из БВН 26 в БУД 18, где в этом случае устанавливается значение η_i = 18 и формируется команда в БХОС 25, по которой в БХОС 25 стираются шесть кодов задержек, принятых первыми, остальные коды сдвигаются соответственно на шесть позиций вправо, после чего повторяются описанные выше процедуры приема кодов задержки последних шести импульсов из следующей пачки импульсов навигационного сигнала, формирования слова в БХОС 25 и обнаружения преамбулы.

Если преамбула обнаружена, то в БВН 26 выполняется процедура выделения числа информационных слов сообщения λ_инф, которое в соответствии с [12] передается в первом слове каждого сообщения, после чего признак обнаружения преамбулы и значение λ_инф передаются из БВН 26 в БУД 18 и в БУКС 27. В БУД 18 в соответствии с этим значением устанавливается априори заданное число слов полного передаваемого сообщения λ_p= λ_инф+λ_k, включающее информационные слова и корректирующие коды. В БУКС 27 в соответствии с величиной λ_инф устанавливается априори определенная команда управления структурой БКС 21.

Эта команда передается в БКС 21, где в соответствии с ней перекоммутируются элементы для обеспечения обнаружения и исправления ошибок в передаваемом сообщении объемом λ_p слов. Затем БУД 18 увеличивает на единицу число принятых слов сообщения λ_i и дает команду на передачу слова принятого сообщения из БХОС 25 в БХПС 20, после чего БУД 18 устанавливает исходное значение числа принятых символов η_i= 0 и производит проверку условия λ_i≅ λ_p. Если λ_i< λ_p, то с началом приема в приемнике 2 следующей пачки импульсов навигационного сигнала от передатчика 1 описанная выше процедура приема слова и записи его в БХПС 20, исключая алгоритм поиска и обнаружения преамбулы, повторяется, причем номер слова, записываемого в БХПС 20, задается величиной N_i= λ_i-1+1. Если λ_i= λ_p, то соответствует в заявляемой системе окончанию приема полного сообщения W, то БУД 18 вырабатывает команду на передачу всего принятого сообщения из БХПС 20 в БКС 21, где в соответствии с алгоритмами, описанными, например, в [10, стр. 185-209; 11, стр.315-337, стр.399-407], производится обнаружение и исправление ошибок в принятом сообщении. После окончания процедуры корректировки сообщения из БКС 21 в БУД 18 передается признак результата корректировки (РК).

Если РК = 1, что обозначает либо отсутствие ошибок, либо исправление всех обнаруженных ошибок в принятом сообщении, то БУД 18 формирует команду, по которой информационная часть принятого сообщения (P) - первые λ_инф слов - записываются из БКС 21 в ВБХ 22, и сопровождает эту команду записью в ВБХ 22 признака готовности сообщения, после чего в БУД 18 устанавливается исходное значение λ_i= 0 и обнуляются БХОП 17, БХПС 20, БКС 21 и БХОС 25.

Если PK =-1, это означает, что число ошибок в принятом сообщении больше, чем позволяют исправить переданные в нем корректирующие коды. Тогда все, описанные в предыдущем абзаце процедуры повторяются, но БУД 18 записывает в ВБХ 22 признак ошибочного приема сообщения.

Затем описанные выше процедуры приема очередного сообщения повторяются.

Таким образом, в заявляемой системе за счет модуляции задержки (фазы) шести последних импульсов в пачке импульсов навигационного сигнала обеспечивается передача и прием информационных сообщений по радионавигационному каналу ИФРНС.

При этом средняя эффективная скорость передачи информации в заявляемой системе (V_з.с.) за счет использования при передаче сообщений переменной длины, основания кода модуляции m = 5 и длины информационной посылки n = 24 увеличивается по сравнению с системой-прототипом (V_пр.) в ζ_Σ = (2,77 - 5,96) раз.

Для подтверждения указанного эффекта рассмотрим подробнее принципы организации передачи информационных сообщений в заявляемой системе.

Исходными посылками при формировании системы-прототипа являлись следующие требования: - обеспечение высокой достоверности и надежности передачи ККИ всем потребителям в рабочей зоне конкретной дифференциальной подсистемы GPS; - сохранение блинкирования (мерцания) первых двух импульсов из пачки LORAN-C; - минимизация потерь качества навигационных определений потребителем, использующим для них приемоиндикаторы ИФРНС.

Исходя из условия сохранения указанных требований и удобного с позиций практической реализации принципа временной (фазовой) манипуляции шести последних импульсов пачки навигационного сигнала рассмотрим пути повышения скорости передачи ККИ по радионавигационному каналу ИФРНС при использовании следующих допущений.

Во-первых, сохраняя общий принцип реализации в каждом слове из n импульсов комбинаций с нулевой суммой индексов модуляции, рассмотрим использование слов длиной больше шести.

Во-вторых, сохраняя принцип использования малых коэффициентов модуляции, рассмотрим варианты применения кодов модуляции по основанию больше трех.

Для определения объемов двоичных комбинаций, передаваемых строками с нулевой суммой индексов модуляции при произвольном основании кода модуляции и произвольной длине строки, рассмотрим следующую комбинаторную задачу: определить полное число наборов целых чисел {a_-M,Λ,a_+M}, удовлетворяющих ограничениям:
причем a₀ может отсутствовать (четные m = 2М) или присутствовать (нечетные m = 2М +1),
n - длина строки,
m - основание кода модуляции,
a_k - число повторений символа k в строке.

Для заданного набора {a_-M,Λ,a_+M} существует строк.

Общее количество строк, удовлетворяющих условию (1), будет

Сумма распространяется по всем наборам при выполнении (1).

Введем комплексные переменные z и t и рассмотрим формальную сумму

Не трудно видеть, что она совпадает с (2). Выражение (3) легко преобразуется к виду

Заменой t _→ eⁱΘ (4) приводится к виду


Эти интегралы с высокой степенью точности вычисляются численными методами при умеренных m и n (по функциям трапеций).

Для больших n приведем ассимптотики


Рассмотрим поведение скорости передачи информации:

где 1^(m,n) - число двоичных бит информации, передаваемых одной строкой при соответствующих m и n.

Из ассимптотик ясно, что

При умеренных n рассмотрим отношение скоростей V(m₁,n)/V(m₂,n) для различных пар m₁ и m₂. Из (7) видно, что скорость передачи информации, во-первых, с ростом n стремится к постоянной, зависящей от основания кода модуляции (при этом выигрыш при переходе к большим n уменьшается с ростом n), и, во-вторых, скорость возрастает с увеличением основания кода модуляции при больших n по логарифмическому закону, поэтому и здесь выигрыш будет падать" с ростом основания кода модуляции. Соответствующие результаты сведены в таблицу 1 (представлена ниже), где V(3,6) - скорость передачи информации в системе-прототипе.

Из таблицы 1 видно, что существенный выигрыш в скорости передачи информации обеспечивается с ростом m и n лишь в области относительно небольших m ≅ 6 и n ≅ 30.

Как указывалось выше, средняя эффективная скорость передачи в системе-прототипе (26,7 бит/с) примерно в 1,85 раза меньше минимально допустимой согласно рекомендациям RTCM, эффективной скорости передачи ККИ - 50 бит/с. Из проведенного анализа следует, что минимально допустимая эффективная скорость передачи при m = 4 не достигается в пределах проведенного рассмотрения, при m = 5 обеспечивается для n = 24 и при m = 6 обеспечивается для n = 12.

С учетом полученных оценок эффективной скорости передачи ККИ рассмотрим величину потерь для радионавигационной функции при модуляции временным (фазовым) сдвигом шести импульсов пачки сигнала ИФРНС при основании кода модуляции m = 5, 6. При длине строки n_o = 6 потери будут определяться уменьшением крутизны преобразования в точке взятия отсчета радионавигационного параметра и могут быть описаны выражением

где Δϕ_cp - среднее смещение фазы несущей импульса сигнала ИФРНС за счет модуляции.

В таблице 2 (представлена ниже) приведены H_s из (8) для m = 5, 6 при различных базах разрешения d, которые определяют величину временного сдвига между соседними позициями в алфавите сигнала (минимальное энергетическое расстояние).

Для сравнения укажем, что для системы-прототипа (d = 1 мкс, m = 3) H_s ≈ 0,41 дБ.

При использовании для передачи ККИ строк с нулевой суммой индексов модуляции длиной n = μn₀, где μ = 1, 2,..., появляются дополнительные потери, обусловленные случайными смещениями отсчета РНП, во-первых, из-за некратности интервала усреднения в приемоиндикаторе ИФРНС длительности строки и, во-вторых, из-за асинхронности моментов формирования отсчета РНП с началом строки.

В первом приближении эти потери могут быть определены как

где σ_пи - СКО единичных измерений РНП в приемоиндикаторе ИФРНС при отсутствии информационной модуляции,

Δ_max - максимальное смещение импульса сигнала ИФРНС за счет модуляции,
c = T_сгл·T_сл^-1,
T_сгл - постоянная времени измерителя РНП в приемоиндикаторе ИФРНС,
T_сл^-1 - период следования пачек импульсов сигнала ИФРНС.

В таблице 3 (представлена ниже) приведены значения σ_см и H_см при d=0,8; 0,7; 0,6 мкс и типовых для современных приемоиндикаторов σ_пи ≈ 50 нс и с = 40 для позиций, в которых обеспечивается достижение минимально допустимой эффективной скорости передачи ККС: m=5, n=24 и m=6, n=12.

Соответственно, полные потери для радионавигационной функции, обусловленные использованием сигнала ИФРНС для передачи информации с использованием строк длиной n > 6, будут определяться как
H_Σ= H_s+H_см. (11)
Из анализа данных, приведенных в табл. 2 и табл. 3, видно, что минимально допусти мая эффективная скорость передачи обеспечивается для равных d при m = 5 и n = 24 с меньшими потерями, чем при m=6 и n=12.

В таблице 4 (представлена ниже) приведены значения H_Σ для m/n = 5/24 и m/n = 6/12 при d = 0,7 и 0,6.

Рассмотрим вероятность ошибки приема единичной посылки P₀ при d = 0,7; 0,6 для частного случая приема ККИ на удалении 600 км от станции ИФРНС, что примерно соответствует типовой границе рабочей зоны дифференциальной подсистемы СРНС. Мощность излучения передающей станции примем равной P_изл = 150 кВт, что соответствует минимальной излучаемой мощности станций ИФРНС "Чайка" и LORAN-C. Тогда на удалении S напряженность поля полезного сигнала составит [9, стр. 208, 209]

где W - коэффициент затухания, который для S ≈ 600 км над типовой сушей равен [13, стр.41-43] W₆₀₀ ≈0,45.

Тогда, подставляя в (12) соответствующие значения P_изл в кВт и S в км, получим

Затем, используя типовое для диапазона ИФРНС f= 100 кГц значение напряженности поля атмосферных шумов [15, стр. 108] в полосе Δf = 28 кГц Е_шАТМ ≈0,2 мВ>/м, получим среднее значение отношения сигнал/шум в точке приема сигнала:

Согласно [16] для случая различения фазоманипулированных сигналов

где Φ - интеграл вероятности,
ϕ_M - разность фаз различаемых сигналов.

При d = 0,7 и d = 0,6 получим соответственно
P₀^(0,7)≈1,3·10^-5, (16)
P₀^(0,6)≈1,4·10^-4, (17)
С учетом последующего повышения достоверности передачи ККИ за счет использования, так же как это делается в системе-прототипе, корректирующих кодов типа Рида-Соломона и P₀^(0,7), и P₀^(0,6) являются удовлетворительными. Но, учитывая возможность обеспечения увеличения зоны дифференциальной подсистемы СРНС, можно отдать предпочтение использованию модуляции с d = 0,7 мкс. При этом относительные потери в энергетике сигнала при реализации навигационной функции из-за использования радионавигационного сигнала для передачи информации будут равны: в системе-прототипе - 15,4·10^-3 дБ/бод, в заявляемой системе - 14,2·10^-3 дБ/бод.

При этом в соответствии с (5) и данными табл. 1 средняя эффективная скорость передачи информации в заявляемой системе (V_з.с.) за счет обеспечения при передаче информации основания кода модуляции m = 5 и длины строки n = 24 увеличивается по сравнению с системой-прототипом (V_пр), в
ζ1 ≈ 1,82 (раз). (18)
Как указывалось выше, основное назначение рассматриваемой системы - передача потребителям сообщений с ККИ при реализации дифференциальной подсистемы СРНС.

При этом, как следует из описания ее работы, заявляемая система в отличие от системы-прототипа обеспечивает передачу и прием сообщений переменной длины. Это позволяет использовать в заявляемой системе для передачи ККИ не жестко заданный кадр из 56 бит, как в системе-прототипе, а кадр переменной длины, соответствующий рекомендованному в [12] к использованию кадру первого типа.

Реализация дифференциальной подсистемы СРНС требует передачи ККИ по всем космическим аппаратам (КА) СРНС, видимым с позиции расположения передатчика ККИ. Согласно, например, [17] среднее число одновременно видимых КА при работе по одной из двух существующих СРНС (GPS и ГЛОНАСС) равно 8.

При этом, в случае использования как в системе-прототипе для передачи ККИ для каждого КА отдельного сообщения жестко заданной длины (56 бит), для передачи информации по 8 КА потребуется l_пр. = 56 х 8 = 448 бит. Если для тех же целей использовать сообщение переменной длины, аналогичное первому типу кадра [12] , то потребуется передать вместе с заголовком сообщения, включающем согласно [12], в том числе преамбулу и число информационных слов сообщения, l_з.с.= (48+40 х 8) = 368 бит. При прочих равных условиях это обеспечивает уменьшение затрат времени на передачу заданного объема информации, что эквивалентно увеличению V_з.с. по сравнению с V_пр. в
ζ₂= l_пр/l_з.c≈ 1,23 (раз) (19)
В связи с тем, что заявляемая система в отличие от системы-прототипа обеспечивает передачу сообщений переменной длины (λ_p= var), рассмотрим подробнее выбор числа слов λ_к зависимости от числа слов λ_инф. При этом, как и в системе-прототипе, используем в качестве корректирующих циклические коды Рида-Соломона, так как они обладают наименьшей избыточностью и для них разработаны практически реализуемые схемы кодеров и декодеров [11, стр.391- 407].

При использовании заявляемой системы по основному назначению, то есть для пере дачи ККИ в дифференциальной подсистеме СРНС, наиболее жесткие требования к достоверности передачи сообщений предъявляются в случае (предельном для работы в условиях ограничений [12]) посадки самолетов по 1-ой категории. В частности, согласно [18] вероятность ошибки при передаче ККИ в указанном случае не должна превышать
P_ош≅P_доп=3,3·10^-7. (20)
Согласно [17] число одновременно видимых КА СРНС изменяется от 4 до 10. Следовательно, объем информации, передаваемой в сообщении, соответствующем кадру первого типа [12], изменяется от l₄ = 40 х 4+48 = 188 бит до l₁₀ = 40 х 10+48 = 448 бит. В заявляемой системе для передачи таких объемов информации потребуется λ_инф = 4 - 9 слов. Кроме того, в [12] предусматривается использование и других кадров сообщений объемом (60 - 150) бит, для передачи которых в заявляемой системе потребуется использовать λ_инф ≥ 2 слов. Поэтому в последующем анализе рассмотрим значения λ_p, обеспечивающие передачу как 2 ≅ λ_инф ≅ 10 слов, так и соответствующих значений λ_к слов, при которых для данного сообщения выполняется условие (20).

Каждое слово в заявляемой системе передается строкой из 24 импульсов. В соответствии с (16) вероятность ошибочного приема одного импульса P₀ ≅ 1,3·10^-5. Тогда вероятность ошибки при приеме одной строки из 24 импульсов будет равна [19, стр.444]
P_с=1-(1-P₀)²⁴≈3,12·10^-4. (21)
При приеме сообщений, содержащих корректирующие коды Рида-Соломона, будут исправлены все ошибочно принятые слова при условии, что число таких слов (кратность ошибок) не превышает [10, 11]

То есть, ошибки приема сообщения после его коррекции в БКС 12 заявляемой системы будут иметь место тогда, когда кратность ошибок превысит К. Соответственно, вероятность такой ситуации при приеме сообщений длиной λ_p слов будет равна [19]

В таблице 5 (представлена ниже) приведены значения P_ош(λ_p, k) при λ_p = 4-15 и k = 1-4.

Из анализа данных табл. 5, с учетом (22), следует, что при передаче λ_инф = 2-10 слов условие (20) выполняется, если λ_k и λ_p не меньше, чем значения, приведенные в таблице 6 (представлена ниже).

В четвертой строке табл. 6 приведены значения V_з.с. при передаче сообщений длиной λ_p слов. Там же в пятой строке приведены значения общего коэффициента увеличения средней эффективной скорости передачи информации в заявляемой системе по отношению к системе-прототипу (ζ_Σ).
Из анализа данных табл. 5 и табл. 6 следует, что заявляемая система в отличие от системы-прототипа во всех случаях обеспечивает при необходимой достоверности эффективную скорость передачи информации, удовлетворяющую рекомендациям [12] . При этом, по отношению к системе-прототипу скорость передачи информации увеличивается в ζ_Σ = (2,77 - 5,96) раз.

Таким образом, введение в заявляемой системе новых блоков и новых связей между ними обеспечивает передачу сообщений переменной длины при увеличении эффективной скорости передачи информации до значений, удовлетворяющих рекомендациям [12].

Совокупность указанных положительных особенностей заявляемой системы обеспечивает расширение возможностей по ее использованию, передачу сообщений переменной длины и повышение скорости передачи информации.

Из проведенного рассмотрения видно, что заявляемая система технически реализуема, решает поставленные задачи и может найти применение в дифференциальных подсистемах СРНС, в системах связи, в системах передачи телеметрической информации и т.п.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. LORAN-C User Handbook, USCG COMDTINST M16562.3, May 1980, Washington, DC 20402.

2. Specification of the Transmitted LORAN-C signal, USCG COMDTINST M16562.4, July 1981, Washington, DC 20593.

3. Рождественский A.B., Цесельский И.О., Креславский А.С. Принципы построения системы передачи служебной дискретной информации по радиоканалам ИФРНС "Чайка"// "Вопросы радиоэлектроники", серия ОВР, вып.4, 1991.

4. Feldman D. A., Letts M.A. and Wenzel R.J. The coast guard two-pulse LORAN-C communications system//Navigation, vol.23, N 4, Winter 1976-1977.

5. Offermans G.W.A., Helwig A.W.S. & dr. van Willigen D. Eurofixs: test results of a costeffective DGNSS augmentation system // Proc. of the NELS 1997, Tehnical Symposium / Worcshop, Voorburg, Netherlands. Apr. 16-17, 1997,
6. Offermans G.W.A., Helwig A.W.S., van Essen R.F., dr. van Willigen D. Integration as pects of DGNSS and LORAN-C for lands applications //Proc. of the 53-rd Annual Meeting of the Institute of Navigation, Albuquerque, NM, June 30-Jule2, 1997.

7. Балясников Б. Н. , Соколов В.Е., Демидов Е. Я. и др. "Чайка - УМ": основные направления проектирования // "Радионавигация и время", N 1, 1998.

8. Давыдов П. С. , Криницын В.В., Хресин И.Н. и др. Радионавигационные системы летательных аппаратов / Под ред. П.С. Давыдова.- М.: "Транспорт", 1980.

9. Кинкулькин И.Е., Рубцов В.Д., Фабрик М.А. Фазовый метод определения координат. - М.: Сов. радио, 1979.

10. Берлекамп Э. Алгебраическая теория кодирования. - М.: "Мир", 1978.

11. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки. - М.: "Мир", 1976.

12. RTCM Recommendet Standards for Differential NAVSTAR GPS Service. Version 2.2, January 3,1996.

13. Быков В.И., Никитенко Ю.И. Судовые радионавигационные устройства. - М.: "Транспорт", 1976.

14. Фрэнк P.Л. Современные разработки по системе ЛОРАН-С // ТИИЭР, т.71, N10, октябрь 1983, стр.8-23/Пер. с англ. М.: "Мир".

15. Быков В. И. , Никитенко Ю.И. Импульсно-фазовые радионавигационные системы в судовождении. - М.: "Транспорт", 1985.

16. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1983.

17. Lowe D. , Walsh D., Capaccio St., Daly P. et al. Real time differential positioning of aircraft using GPS and GLONASS // Proc. ION - 96, 19-21 Yune, 1996.

18. Breeuwer Е. et al. Differential GPS Interoperability // Information Paper for the Second Meeting of ICAO-s GNSS Panel, Montreal, Canada, 14-24 Nov., 1995.

19. Бронштейн И. Н. , Семендяев К.А. Справочник по математике. - М.: "Наука", 1986.

Формула изобретения

Система передачи и приема информационных сообщений по радионавигационному каналу импульсно-фазовой радионавигационной системы, содержащая передатчик и приемник, причем передатчик содержит антенно-передающее устройство, вход задающих импульсов которого соединен с выходом блока сравнения, первые входы разрядов которого соединены с выходами соответствующих разрядов счетчика, вход тактовых импульсов которого подключен к первому выходу формирователя опорных сигналов, второй выход которого соединен с входом импульсов записи регистра кода управления, выходы разрядов которого подключены к вторым входам соответствующих разрядов блока сравнения, а третий выход формирователя опорных сигналов соединен с задающим входом блока управления кодированием, информационные входы-выходы которого соединены шиной информационного обмена с информационными входами-выходами блока кодирования, формирователя корректирующих кодов, блока записи сообщений и блока промежуточного хранения, выход управляющего кода которого соединен с соответствующим входом регистра кода управления, причем вход сообщений блока записи сообщений является информационным входом передатчика, а выход навигационных сигналов антенно-передающего устройства является выходом радиосигналов передатчика, который радионавигационным каналом соединен с входом радиосигналов приемника, который содержит формирователь тактовых сигналов, вход сигнала синхронизации которого соединен с выходом синхроимпульсов приемно-преобразовательного устройства, выход сигнального строба которого подключен к управляющему входу блока формирования отсчета, информационные входы которого соединены с выходами соответствующих разрядов счетчика, тактовый вход которого подключен к первому тактовому выходу формирователя тактовых импульсов, второй тактовый выход которого соединен с задающим входом блока управления декодированием, информационные входы-выходы которого шиной информационного обмена соединены с информационными входами-выходами блока декодирования, блока хранения принятого сообщения, блока корректировки сообщения, выходного блока хранения и блока хранения отсчетов пачки, кодовый вход которого подключен к выходу блока формирования отсчета, причем вход навигационных сигналов приемно-преобразовательного устройства является входом радиосигналов приемника, а выход сообщений выходного блока хранения является информационным выходом приемника, отличающаяся тем, что в передатчик введены блок управления формированием корректирующих кодов и блок записи числа строк сообщения, информационные входы-выходы которых соединены с шиной информационного обмена, а входы сообщений блока записи сообщений и блока записи числа строк сообщений соединены между собой, при этом в приемник введены блок хранения отсчетов строки, блок выделения начала сообщения и блок управления коррекцией сообщений, информационные входы-выходы которых соединены с шиной информационного обмена.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5