Приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем

Изобретение относится к области спутниковой навигации и может быть использовано в трактах обработки информации навигационной аппаратуры потребителей (НАП) сигналов глобальных спутниковых систем (спутниковых навигационных систем GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия)). Приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем содержит антенный блок, состоящий из двух антенн, входы которых являются первым и вторым информационными входами приемника, и первого - второго малошумящих усилителей, опорный генератор, первый - третий аналоговые тракты, два блока автоматической регулировки усиления, в который дополнительно введены первый и второй сумматоры, первый и второй коммутаторы, встроенный имитатор сигналов с первым и вторым имитационными трактами, содержащие последовательно соединенные усилитель и по два смесителя каждый. Достигаемым техническим результатом изобретения является возможность калибровки группового времени запаздывания в канале приема и обработки литерных частот навигационных сигналов спутниковых систем, строгой оценки и учета в программно-математическом обеспечении НАП значений неравномерности группового времени запаздывания. 1 ил.

 

Изобретение относится к области спутниковой навигации и может быть использовано в трактах обработки информации навигационной аппаратуры потребителей (НАП) сигналов глобальных спутниковых систем (спутниковых навигационных систем (СНС)) GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия).

Известен приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем [1], содержащий две антенны, два полосовых фильтра-преселектора, первый-третий малошумящие усилители, сверхвысокочастотный коммутатор, опорный термостатированный генератор, выход которого подключен соответственно к выходам первого и второго формирователей сетки опорных частот, фазовращатель, первый-седьмой смесители, первый-третий усилители промежуточной частоты, первый-третий фильтры нижних частот (ФНЧ), первый-четвертый полосовые фильтры, первый-третий усилители нижних частот (УНЧ), первый и второй блоки автоматической регулировки усиления, первый-третий аналого-цифровые преобразователи.

Достоинством устройства [1] является возможность одновременного приема и независимой обработки сигналов навигационных спутников глобальных космических навигационных систем (КНС) "Глонасс" и "Навстар" в двух разных каналах обработки информации и, как следствие, существенное снижение промежуточных рабочих частот и частот дискретизации аналого-цифровых преобразователей.

Одним из недостатков устройства [1] является отсутствие в нем специального блока калибровки приемно-усилительного тракта, что не позволяет проводить в любой момент времени автоматизированный контроль целостности работы навигационных спутников систем "Глонасс" и GPS "Навстар", а также невозможность калибровки группового времени запаздывания (ГВЗ) в канале приема и обработки литерных частот навигационных сигналов (НС) систем ГЛОНАСС.

Известен приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем [2], содержащий антенный блок, состоящий из двух антенн, входы которых являются первым и вторым информационными входами приемника, и первого - второго малошумящих усилителей, опорный генератор, первый-второй аналоговые тракты, два блока автоматической регулировки усиления.

В соответствии с описанием устройства-прототипа [2] достоинством данного устройства является возможность работы с сигналом двух спутниковых навигационных систем - системы ГЛОНАСС и системы GPS. Блок калибратора 9 (см. чертеж) позволяет в любой момент времени осуществлять контроль целостности и работоспособности приемно-усилительного тракта и информационных каналов НАП, а также вести строгую оценку и учет в программно-математическом обеспечении НАП значений неравномерности группового времени запаздывания. Уменьшены затраты при технологической реализации данного устройства.

Однако приемник-прототип (патент РФ №2195685) может лишь определить разность ГВЗ частот GPS и 1610 МГц, находящейся в диапазоне литерных частот ГЛОНАСС в предположении, что ГВЗ этих литерных частот одинаковы. Но это предположение для реальных приемников не выполняется.

Основной недостаток прототипа заключается (вопреки утверждению авторов) в невозможности калибровки группового времени запаздывания (ГВЗ) в канале приема и обработки литерных частот навигационных сигналов (НС) систем ГЛОНАСС. Это объясняется тем, что встроенный блок калибровки формирует имитационный сигнал ГЛОНАСС на одной частоте 1610 МГц, не совпадающей ни с одной из литерных частот.

В заявляемом устройстве достигнута возможность решения следующих задач: возможность калибровки группового времени запаздывания (ГВЗ) в канале приема и обработки литерных частот навигационных сигналов (НС) спутниковых систем.

Указанные преимущества заявляемого устройства перед прототипом достигаются за счет того, что в приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем, содержащий антенный блок, состоящий из одной антенны, вход которой является информационным входом приемника, малошумящего усилителя, опорный генератор, первый-второй аналоговые тракты, блок автоматической регулировки усиления, дополнительно введен сумматор, первый и второй коммутаторы, встроенный имитатор сигналов, содержащий последовательно соединенные усилитель и два смесителя, причем выход малошумящего усилителя соединен с первым входом сумматора, выход сумматора подключен к входу первого тракта РЧ первого аналогового тракта обработки сигналов СНС ГЛОНАСС и второго тракта РЧ второго аналогового тракта обработки сигналов СНС GPS, на второй вход сумматора поступает сигнал с выхода усилителя имитационного тракта, второй вход второго смесителя имитационного тракта соединен с цифровой частью 10, выход его подключен ко второму входу первого смесителя, а первый вход второго смесителя соединен с выходом второго коммутатора, который подключает второй смеситель имитационного тракта с соответствующими синтезаторами частоты первым ПЧ и вторым ПЧ, первый вход первого смесителя подключен к выходу первого коммутатора, который подключает первый смеситель имитационного тракта с соответствующими синтезаторами частоты первым ВЧ и вторым ВЧ. Выход первого смесителя подсоединен к первому входу усилителя, подключенного вторым входом к цифровой части 10 для управления уровнем имитационного сигнала.

Сущность изобретения поясняет чертеж.

На чертеже представлена функциональная схема приемника аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем, где 1 - антенна (Ан.), 2 - малошумящий усилитель (МШУ), 3 - сумматор (сумматор), 4 - первый тракт, радиочастоты (тракт 1 РЧ), 5 - первый смеситель радиочастоты (смеситель 1 РЧ), 6 - первый тракт первой промежуточной частоты (тракт 1 ПЧ1), 7 - первый смеситель промежуточной частоты (смеситель 1 ПЧ), 8 - первый тракт второй промежуточной частоты (тракт 1 ПЧ2), 9 - первый квантователь (квантователь 1), 10 - цифровая часть, 11 - первый синтезатор высокой частоты (СЧ 1 ВЧ), 12 - первый синтезатор промежуточной частоты (СЧ 1 ПЧ), 13 - опорный генератор (ОГ), 14 - второй тракт радиочастоты (тракт 2 РЧ), 15 - второй смеситель радиочастоты (смеситель 2 РЧ), 16 - второй тракт первой промежуточной частоты (Тракт 2 ПЧ1), 17 - второй смеситель промежуточной частоты (смеситель 2 ПЧ), 18 - второй тракт второй промежуточной частоты (тракт 2 ПЧ2), 19 - второй квантователь (квантователь 2), 20 - второй синтезатор высокой частоты (СЧ 2 ВЧ), 21 - второй синтезатор промежуточной частоты (СЧ 2 ПЧ), 23 - второй коммутатор (коммутатор 2), 22 - первый коммутатор (коммутатор 1), 26 - второй смеситель (смеситель 2), 25 - первый смеситель (смеситель 1), 24 - усилитель (усилитель).

Согласно изобретению приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем содержит антенный блок, который состоит из антенны 1, выход которой подключен к входу малошумящего усилителя 2, выходом соединенного с первым входом сумматора 3. Выход сумматора 3 подключен к входу первого тракта РЧ 4 аналогового тракта обработки сигналов СНС ГЛОНАСС и второго тракта РЧ 14 аналогового тракта обработки сигналов СНС GPS. На второй вход сумматора 3 поступает сигнал с выхода усилителя 24 имитационного тракта. Выход первого тракта РЧ 4 подсоединен к первому входу первого смесителя РЧ 5, второй вход которого соединен с выходом первого синтезатора ВЧ 11. Выход первого смесителя РЧ 5 служит входом первому тракту ПЧ1 6, выходом соединенного с входом первого смесителя ПЧ 7, второй вход которого соединен с выходом первого синтезатора ПЧ 12. Выход первого смесителя ПЧ 7 подключен к входу первого тракта ПЧ2 8, соединенного с входом первого квантователя 9, выход которого соединен с цифровой частью приемника 10. Вход первого синтезатора ВЧ 11, вырабатывающего частоту f₁ для первого смесителя имитационного тракта, подсоединен одновременно к выходу опорного генератора 13, выход которого подсоединен также к входу первого синтезатора ПЧ 12, вырабатывающего частоту f₃ для второго смесителя имитационного тракта, выход второго тракта РЧ второго аналогового тракта обработки сигналов СНС GPS подключен к первому входу второго смесителя РЧ 15, второй вход которого служит выходом второго синтезатора ВЧ 20, вырабатывающего частоту f₂ для первого смесителя имитационного тракта, подключенного к выходу опорного генератора 13. Выход второго смесителя РЧ 15 служит входом второму тракту ПЧ1 16, соединенного выходом с первым входом второго смесителя ПЧ 17, второй вход которого соединен с выходом второго синтезатора ПЧ 21, вырабатывающего частоту f₄ для второго смесителя имитационного тракта, подсоединенного одновременно к выходу опорного генератора 13. Выход второго смесителя ПЧ 17 подключен к входу второго тракта ПЧ2 18, соединенного с входом второго квантователя 19, выход которого соединен с цифровой частью приемника 10.

Второй вход второго смесителя 26 имитационного тракта соединен с цифровой частью 10 и выходом подключен ко второму входу первого смесителя 25, а первый вход второго смесителя 26 соединен с выходом второго коммутатора 23. Второй коммутатор 23 подключает второй смеситель 26 имитационного тракта с соответствующими синтезаторами частоты первым ПЧ 12 и вторым ПЧ 21 аналоговых трактов обработки сигналов СНС ГЛОНАСС и GPS. Первый вход первого смесителя 25 подключен к выходу первого коммутатора 22, который подключает первый смеситель 25 имитационного тракта с соответствующими синтезаторами частоты первым ВЧ 11 и вторым ВЧ 20. Выход первого смесителя 25 подсоединен к первому входу усилителя 24, подключенного вторым входом к цифровой части 10 для управления уровнем второго имитационного сигнала.

Аналоговый тракт предназначен для фильтрации и усиления радиочастотного сигнала, преобразования его в сигнал промежуточной частоты, дальнейшей фильтрации на промежуточной частоте и квантования в двух независимых каналах обработки сигналов СНС GPS, ГЛОНАСС. Аналоговая часть каждого из двух (или нескольких) трактов приема представляет собой супергетеродинные приемники с двукратным преобразованием частоты, выполнена по классической схеме и обеспечивает усиление и преобразование входного сигнала, поступающего из антенного блока.

Тракт 4 РЧ, смеситель 5 РЧ, тракт 6 ПЧ1, смеситель 7 ПЧ, тракт 8 ПЧ2 выполнены по схемам предлагаемых в (3) и аналогах, являются классическими и широко используются специалистами в области построения навигационной.

Квантователь 9 выполнен по схеме малоразрядного АЦП, имеет аналогичную структуру АЦП, предлагаемых в Справочнике (4) или аналоге (1), и является известной для специалиста.

Заметим, что тракт 14 РЧ, смеситель 15 РЧ, тракт 16 ПЧ1, смеситель 17 ПЧ, тракт 18 ПЧ2 имеют аналогичную структуру и состав элементов.

Все выходы к цифровой части 10 приемника могут быть информационными. Заявляемое устройство работает следующим образом.

Сигналы навигационных спутников, принятые антенной, усиливают малошумящим усилителем МШУ, далее сигналы поступают на вход сумматора 3. Для реализации задачи калибровки группового времени запаздывания (ГВЗ) в тракте обработки сигналов СНС GPS и на литерных частотах в тракте обработки сигналов СНС ГЛОНАСС на второй вход сумматора подают сигнал от встроенного имитационного тракта. Имитационный сигнал по команде управления от цифровой части приемника вместе с сигналом от МШУ подают на входы идентичных аналоговых трактов обработки сигналов СНС GPS и ГЛОНАСС. В каждом из них на входе включен тракт РЧ 4, 14, в которых входные сигналы усиливают и предварительно фильтруют на несущей радиочастоте. Затем радиочастоты дважды понижают гетеродинированием в смесителях РЧ 5, 20, усиливают и фильтруют в трактах ПЧ1 6, 16, подвергают повторному преобразованию частоты вниз с помощью смесителей ПЧ 7, 21 и трактов ПЧ2 8 и 18, где производят окончательные усиления и фильтрацию. Из трактов ПЧ2 аналоговые сигналы поступают в двухбитовые аналого-цифровые преобразователи - квантователи 9, 19 и далее в цифровую часть приемника. Гетеродинные сигналы для смесителя РЧ формируют синтезаторы ВЧ 11, 20, а для смесителя ПЧ - синтезаторы ПЧ 12, 21. Все синтезаторы синхронизируют общим опорным генератором приемника ОГ 13. Эти же синтезаторы переносят имитационные сигналы на несущие радиочастоты спутников (преобразование частоты вверх) в имитационном тракте смесителями 25, 26 через коммутаторы 22, 23, переключающие (по командам управления от цифровой части) режим калибровки GPS или ГЛОНАСС.

По сравнению с устройством-прототипом [2] в заявляемом приемнике аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем достигнуты следующие преимущества: возможность калибровки группового времени запаздывания (ГВЗ) в канале приема и обработки литерных частот навигационных сигналов (НС) спутниковых систем и осуществлять строгую оценку и учет в программно-математическом обеспечении НАП значений неравномерности группового времени запаздывания.

Все предлагаемые новые решения проверены экспериментально на реальных сигналах спутниковых систем путем натурного моделирования предлагаемого устройства, а также доказана его работоспособность. В настоящее время проводятся испытания разработанного приемника со встроенным имитатором сигналов, выполненным в виде интегральной микросхемы (СБИС).

Таким образом, отличительной особенностью данного устройства является наличие тракта имитационного сигнала, необходимого для реализации встроенной системы контроля приемника, а также для калибровки ГВЗ приемного тракта.

Источники информации

1. М.Н.Басюк, Э.И.Отоладзе, В.Ю.Садырин, A.M.Смаглий. Приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем. - Патент РФ 2100821.

2. М.Н.Басюк, Р.В.Пиксайкин, И.В.Хожанов. Приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем. - Патент РФ 2195685.

3. Радиоприемные устройства/ Под ред. А.П.Жуковского, Москва: «Высшая школа», 1989, стр.93.

4. Справочник. Цифровые радиоприемные системы, Москва: Радио и связь, 1990, стр.43.

Приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем, состоящий из антенны, вход которой является информационными входами приемника, малошумящего усилителя, вход которого подключен к выходу антенны, опорного генератора, первого и второго аналоговых трактов обработки сигналов спутниковых навигационных систем (СНС), соответственно, ГЛОНАСС и GPS, осуществляющих фильтрацию и усиление радиочастотного сигнала, преобразование его в сигнал промежуточной частоты, дальнейшую фильтрацию на промежуточной частоте и квантование, при этом каждый из аналоговых трактов обработки СНС представляет собой независимый канал для приема сигналов ГЛОНАСС и GPS в виде супергетеродинного приемника с двукратным преобразованием частоты, содержащего последовательно соединенные тракт радиочастоты, смеситель радиочастоты, первый тракт промежуточной частоты, смеситель промежуточной частоты, второй тракт промежуточной частоты и аналого-цифровой преобразователь-квантователь, выход которого является информационным выходом приемника, кроме того, каждый из аналоговых трактов обработки сигналов СНС также содержит синтезатор высокой частоты и синтезатор промежуточной частоты, отличающийся тем, что в него дополнительно введены сумматор, первый и второй коммутаторы, встроенный имитационный тракт для калибровки группового времени запаздывания во втором аналоговом тракте обработки сигналов СНС GPS и литерных частотах в первом тракте обработки сигналов СНС ГЛОНАСС, содержащий усилитель и два смесителя, причем выход малошумящего усилителя соединен с первым входом сумматора, выход сумматора подключен к входу тракта радиочастоты первого аналогового тракта обработки сигналов СНС ГЛОНАСС и тракта радиочастоты второго аналогового тракта обработки сигналов СНС GPS, на второй вход сумматора поступает сигнал с выхода усилителя имитационного тракта, второй вход второго смесителя имитационного тракта является входом для формирования имитационного сигнала, выход второго смесителя имитационного тракта подключен ко второму входу первого смесителя, первый вход второго смесителя соединен с выходом второго коммутатора, который подключает второй смеситель имитационного тракта к синтезатору промежуточной частоты первого аналогового тракта обработки сигналов СНС, вырабатывающему частоту f3 и синтезатору промежуточной частоты второго аналогового тракта обработки сигналов СНС, вырабатывающему частоту f4, первый вход первого смесителя подключен к выходу первого коммутатора, который подключает первый смеситель имитационного тракта к синтезатору высокой частоты первого аналогового тракта обработки сигналов СНС, вырабатывающему частоту f1, и второму синтезатору высокой частоты второго аналогового тракта обработки сигналов СНС, вырабатывающему частоту f2, выход первого смесителя имитационного тракта подсоединен к первому входу усилителя, второй вход которого является входом управления уровнем имитационного сигнала, причем в первом аналоговом тракте обработки сигналов СНС второй вход смесителя радиочастоты соединен с выходом синтезатора высокой частоты, второй вход смесителя промежуточной частоты соединен с выходом синтезатора промежуточной частоты, во втором аналоговом тракте обработки сигналов СНС второй вход смесителя радиочастоты соединен с выходом синтезатора высокой частоты, второй вход смесителя промежуточной частоты соединен с выходом синтезатора промежуточной частоты, при этом входы синтезаторов высокой частоты и промежуточной частоты первого и второго аналоговых трактов обработки сигналов СНС подключены к выходу опорного генератора.