Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей

Авторы патента:


Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей
Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей
Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей
Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей
Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей
Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей
Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей
Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей
Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей
Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей
Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей
Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей
Способ и устройство для приема радионавигационного сигнала с модуляцией с бинарной смещенной несущей

 


Владельцы патента RU 2446412:

СЕНТР НАСЬОНАЛЬ Д'ЭТЮД СПАТЬЯЛЬ (С.Н.Е.С) (FR)

Изобретение относится к обеспечению приема навигационного радиосигнала, модулированного несущей с частотой fp, поднесущей с частотой fsp и псевдослучайным кодом с частотой fc, причем указанный радиосигнал преобразуют в основную полосу частот в двух каналах I, Q. Отличительными особенностями приемника и способа является то, что генератор (23) модифицированных кодов осуществляет локальное генерирование модифицированных псевдослучайных кодов числом K, где K=α·fsp/fc, где α - заданное целое число, причем каждый из модифицированных кодов имеет на временном промежутке Тk, где Тk=1/α·fsp, форму псевдослучайного кода без поднесущей и сдвинут во времени относительно предыдущего модифицированного псевдослучайного кода на величину Тk, причем в каждом из каналов сигнал умножают на K модифицированных кодов и коррелируют в фазе и в квадратуре с использованием двух локально сгенерированных синфазной и квадратурной поднесущих. Достигаемый технический результат изобретения - низкое потребление вычислительных и энергетических ресурсов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для приема модулированных радионавигационных сигналов, передаваемых спутниками навигационной системы, обеспечивающих возможность независимого определения положения принимающего оборудования в собственной системе координат данной системы.

Уровень техники

К основным имеющимся в настоящее время радионавигационным системам относятся американская система GPS (Global Positioning System, Глобальная система позиционирования), российская система ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система) и новая европейская система GALILEO, образованная тридцатью спутниками, находящимися на средневысокой орбите.

Позиционирование (определение положения) принимающего терминала, в дальнейшем называемого в данном тексте приемником, в такой системе основано на знании расстояний, так называемых псевдодальностей, между данным приемником и несколькими спутниками системы (по меньшей мере, тремя для определения координат в трехмерной системе, а на практике - четырьмя для устранения неопределенности, связанной с расхождением часов системы и приемника). Каждую из величин псевдодальности определяют по положению спутника и измеренному времени распространения сигнала между спутником, оборудованным собственными часами, и приемником.

Положение спутников каждой из систем определяют при помощи сети наземных станций, независимых от приемников. Данные о положении спутников передаются на приемники самими спутниками. По данной информации каждый из приемников может оценить запаздывание принятых сигналов относительно часов спутников, которые все синхронизованы между собой. Таким образом, каждый из приемников может вычислить соответствующие значения псевдодальности по измеренным величинам запаздывания и известным положениям спутников. Следовательно, точность позиционирования непосредственно связана с точностью измерения такого запаздывания.

Как правило, такие сигналы формируют путем модуляции с небольшой постоянной скоростью двоичных данных, содержащих информацию, которая необходима приемнику для вычисления положения (идентификация спутника, привязка ко времени, поправка на возмущения в ионосфере, данные альманахов или эфемерид и т.п.), при помощи псевдослучайных двоичных последовательностей высокой частоты fc. Затем такие сигналы переносят в частотный диапазон передачи путем модуляции с использованием несущей с частотой fp.

Таким образом, приемник может извлечь данные, содержащиеся в принятом сигнале, посредством первой демодуляции при помощи локально сгенерированной несущей для переноса сигнала в основную полосу частот и посредством второй демодуляции при помощи локально сформированных псевдослучайных последовательностей. Измеренное значение запаздывания извлекают из измеренного значения запаздывания псевдослучайных последовательностей и измеренного значения запаздывания несущей.

Кроме того, в частности, для обеспечения возможности одновременной работы систем GPS и GALILEO в полосе частот, известной под названием полосы E2-L1-E1 (1559-1591 МГц), в которой для системы GALILEO оставлены всего две полосы частот шириной 4 МГц, расположенные по разные стороны от полосы L1, уже занятой системой GPS, необходимо определить особую модуляцию, так называемую модуляцию с бинарной смещенной несущей (Binary Offset Carrier, ВОС), которая отличается тем, что имеет спектр, состоящий из, по меньшей мере, двух основных частей, симметрично сдвинутых относительно центральной частоты полосы L1 (1575,42 МГц).

С другой стороны, в новом сигнале системы GPS, используемом в военных целях и известном под названием «код М» (M-code), используют модуляцию ВОС для полос L1 (1563-1587 МГц) и L2 (1215-1237 МГц).

В системе GALILEO также предусмотрена передача сигналов с модуляцией ВОС в полосе частот Е6 (1260-1300 МГц).

В формировании таких сигналов с модуляцией ВОС помимо вышеописанных псевдослучайных последовательностей используют прямоугольную поднесущую с частотой fsp. Сигнал с модуляцией ВОС обычно обозначают как BOC(m,n), где параметры m и n определяют соответственно отношение частоты fsp поднесущей данного сигнала с модуляцией ВОС к частоте двоичной псевдослучайной последовательности сигнала GPS, передаваемого в полосе L1, которая равна 1,023 МГц, и отношение частоты fc псевдослучайной последовательности данного сигнала с модуляцией ВОС к частоте двоичной псевдослучайной последовательности сигнала GPS, передаваемого в полосе L1, которая равна 1,023 МГц. Данные параметры обеспечивают, в частности, возможность сравнения сигнала с модуляцией ВОС с сигналом GPS, передаваемым в полосе L1. Кроме того, совпадение центральной частоты сигнала с модуляцией ВОС с центральной частотой полосы L1 облегчает создание двухрежимных приемников GPS/GALILEO.

Известны различные способы и устройства для приема таких сигналов с модуляцией ВОС. Как правило, приемник сигналов с модуляцией ВОС содержит первый модуль, называемый в дальнейшем описании радиочастотным модулем, выполненный с возможностью оцифровки принятого аналогового сигнала, и второй модуль, называемый в дальнейшем описании цифровым модулем, выполненный с возможностью демодуляции оцифрованного сигнала с целью извлечения из него информации, переданной спутником, и оценки различных времен запаздывания.

Так, в патентной публикации FR 2848743 описан способ обработки сигнала с модуляцией ВОС, включающий в себя первый этап обработки аналогового сигнала, состоящий в смещении двух основных частей сигнала по частоте одной к другой путем умножения исходного сигнала на аналоговый сигнал типа cos(ω.t) с целью обеспечения возможности оцифровки сигнала методом дискретизации с низким энергопотреблением, и второй этап обработки, состоящий в демодуляции оцифрованного таким образом сигнала путем корреляции сигнала с несущей, поднесущей и кодами, сгенерированными локально.

Описанная общая технология демодуляции сигнала с модуляцией ВОС обладает недостатком, связанным с использованием многочисленных операций интегрирования, которое приводит к потреблению большого количества энергии. Таким образом, приемник, используемый для осуществления данного способа, должен регулярно получать энергетическую подпитку, что ограничивает возможности его использования в автономном режиме.

Патентная публикация FR 2853967 описывает способ приема и обработки радионавигационного сигнала с модуляцией ВОС, осуществляемых приемником, который содержит канал синфазной и квадратурной (со сдвигом по фазе на 90°) корреляции несущей между принятым сигналом и двумя локально сгенерированными синфазной и квадратурной несущими, канал синфазной и квадратурной корреляции поднесущей между выходными сигналами канала корреляции несущей и двумя локально сгенерированными поднесущими, а также канал корреляции локально сгенерированного кода.

Недостаток данного метода обработки также заключается в чрезмерном потреблении энергии, необходимом для обеспечения демодуляции сигнала. В частности, в фазе сопровождения для работы каналов необходимо использование восьми интеграторов. Интегрирование же представляет собой операцию, связанную со значительным потреблением энергетических ресурсов.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в предложении способа и устройства для приема радионавигационного сигнала типа ВОС с низким потреблением вычислительных и энергетических ресурсов.

В частности, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в предложении способа и устройства для приема сигнала ВОС, демодуляция сигнала при которых связана с меньшим энергопотреблением, чем демодуляция сигнала в известных способах и устройствах.

Кроме того, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в предложении способа и устройства для приема сигнала ВОС, обеспечивающих быструю демодуляцию сигнала.

Дальнейшая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в предложении способа приема сигнала ВОС, обеспечивающего возможность как приема и обработки, так и сопровождения сигнала.

Дальнейшая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в предложении способа приема сигнала ВОС, обеспечивающего возможность демодуляции сигнала со слабой или сильной поднесущей.

Дальнейшая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в предложении способа и устройства для приема сигнала ВОС, содержащего две различные поднесущие.

Для решения поставленной задачи в соответствии с изобретением предлагается способ приема композитного навигационного радиосигнала, содержащего, по меньшей мере, сигнал, называемый сигналом с модуляцией ВОС, модулированный несущей с частотой fp, прямоугольной поднесущей с частотой fsp и псевдослучайным кодом с частотой fc, в котором:

- навигационный радиосигнал переносят на промежуточную частоту и оцифровывают,

- оцифрованный сигнал коррелируют в фазе и в квадратуре с использованием двух локальных синфазной и квадратурной несущих, сгенерированных гетеродином локальной несущей с цифровым управлением, таким образом, чтобы получить сигнал в основной полосе частот, содержащий канал, называемый каналом I, и канал, называемый каналом Q, находящийся в квадратуре по отношению к указанному каналу I,

отличающийся тем, что:

- при помощи цифрового генератора модифицированных кодов осуществляют локальное генерирование последовательных псевдослучайных кодов, называемых модифицированными кодами, числом K, где K=α·fsp/fc, а α - заданное целое число, причем каждый из модифицированных кодов имеет на временном промежутке Tk, где Tk=1/α.fsp, форму псевдослучайного кода без поднесущей, а два последовательно расположенных модифицированных кода сдвинуты во времени один относительно другого на величину Tk,

- в каждом из каналов сигнал в основной полосе частот умножают на модифицированные псевдослучайные коды, число которых равно K,

- в каждом из каналов результирующие сигналы, число которых равно K, интегрируют на заданном промежутке времени,

- в каждом из каналов результаты интегрирования, число которых равно K, чередуют во времени,

- в каждом из каналов полученный таким образом сигнал коррелируют в фазе и в квадратуре с использованием двух локально сгенерированных синфазной и квадратурной поднесущих,

- в каждом из каналов выходной сигнал канала корреляции поднесущей интегрируют на заданном промежутке времени.

Способ по изобретению заменяет методы обработки сигналов, используемые в настоящее время большинством приемников радионавигационных сигналов с модуляцией ВОС, в которых для каждого из каналов I и Q предусмотрен этап корреляции принятого сигнала с использованием локально сгенерированных псевдослучайных кодов с их синфазной и квадратурной поднесущими, этапом генерирования модифицированных кодов, что обеспечивает возможность осуществления этапа корреляции принятого сигнала с использованием модифицированных кодов до этапа корреляции полученных сигналов с использованием двух локально сгенерированных синфазной и квадратурной поднесущих.

Такой способ позволяет сократить число операций интегрирования, необходимых для демодуляции принятого сигнала с модуляцией ВОС. В частности, генерирование K модифицированных кодов, где K=α·fsp/fc, a α - заданное целое число, позволяет свести демодуляцию сигнала с модуляцией ВОС, содержащего несущую, поднесущую и псевдослучайные коды, к демодуляции сигнала, содержащего только несущую и поднесущую. Другими словами, этап демодуляции кода, предусмотренный в известных решениях, заменен на этап генерирования модифицированных кодов, объединенный с этапом демодуляции поднесущей. Таким образом, устранен этап корреляции по коду, предусмотренный в известных решениях, что позволяет сократить число операций интегрирования, необходимых для демодуляции сигнала с модуляцией ВОС.

Таким образом, способ по изобретению позволяет сократить потребление энергоресурсов по сравнению с известными решениями.

Каждый из модифицированных кодов имеет на временном промежутке Tk, где Tk=1/α·fsp, форму псевдослучайного кода без поднесущей и сдвинут во времени относительно следующего модифицированного псевдослучайного кода на величину Tk. Это означает, что сумма K модифицированных кодов, сгенерированных таким образом, представляет собой код без поднесущей, расположенный на временном промежутке длительностью 1/fc.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения корреляция сигнала в основной полосе частот такими K модифицированными кодами и интегрирование полученных сигналов на заданном промежутке времени могут быть осуществлены путем генерирования первого модифицированного кода, умноженного на сигнал в основной полосе частот и перенесенного в первый блок интегрирования. Затем первый модифицированный код сдвигают на промежуток времени Tk, чтобы обеспечить временное смещение данного кода на величину Tk с получением второго модифицированного кода. Второй модифицированный код умножают на сигнал в основной частотной полосе и переносят во второй блок интегрирования. Данная операция может быть повторена вплоть до генерирования последнего модифицированного кода и интегрирования последнего полученного сигнала.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения генератор модифицированного кода может быть заменен на генератор псевдослучайного кода, соединенный с модулем, выполненным с возможностью последовательного объединения K блоков интегрирования.

Способ по изобретению обеспечивает возможность приема радионавигационного сигнала с обеспечением оцифровки сигнала и демодуляции оцифрованного сигнала.

Как правило, процесс приема радионавигационного сигнала включает в себя первую фазу обработки, называемую фазой получения сигнала, и вторую фазу обработки, называемую фазой сопровождения сигнала.

В преимущественном варианте осуществления изобретения способ по изобретению включает в себя операции, при которых:

- по выходным сигналам каналов вычисляют оценочное значение энергии,

- по указанным выходным сигналам каналов вычисляют оценочное значение фазы несущей.

Две данные операции позволяют оценить запаздывание псевдослучайного кода на основе оценки энергии, а также коррекцию фазы несущей в процессе обработки получаемого сигнала.

После получения оценки запаздывания кода и фазы поднесущей способ по изобретению обеспечивает возможность сопровождения сигнала.

В оптимальном варианте осуществления изобретения в фазе сопровождения:

- вычисляют оценочное значение фазы несущей по выходным сигналам каналов,

- вычисляют оценочное значение фазы поднесущей по выходным сигналам каналов,

- в случае уменьшения оценочного значения указанной энергии с течением времени производят корректировку фазы несущей и запаздывания кода,

- осуществляют демодуляцию навигационных данных, переданных при помощи сигнала с модуляцией ВОС.

Способ по изобретению обеспечивает возможность получения сигнала и сопровождения сигнала. Данные две фазы обработки осуществляют с минимальным потреблением энергоресурсов благодаря ограниченному числу операций интегрирования, необходимых для демодуляции сигнала.

Оценка энергии сигнала может быть получена при помощи любых известных средств.

В варианте осуществления изобретения оценку энергии получают путем вычисления суммы квадратов каждого из выходных сигналов каналов.

Оценка фазы поднесущей может быть получена при помощи любых известных средств.

В оптимальном варианте осуществления изобретения оценку фазы поднесущей получают при помощи модуля оценки с функцией типа арктангенса.

Способ по изобретению включает в себя операцию генерирования K модифицированных псевдослучайных кодов, где K=α·fsp/fc. Параметр K определяет разбиение, производимое поднесущей на участке псевдослучайного кода. Таким образом, значение целого числа α зависит от формы поднесущей, в частности от знака поднесущей. Способ по изобретению обеспечивает возможность обработки любого сигнала с модуляцией ВОС при любом разбиении участка псевдослучайного кода поднесущей.

В общем случае поднесущая сигнала с модуляцией ВОС имеет два уровня. Значение целого числа α зависит от числа уровней поднесущей. В данном случае для поднесущей с двумя уровнями значение целого числа α должно быть кратным 4.

Таким образом, в оптимальном варианте осуществления изобретения значение целого числа α устанавливают равным четырем.

Однако для поднесущей с большим числом уровней значение целого числа α должно быть установлено равным числу, кратному такому числу уровней данной поднесущей.

Способ по изобретению обеспечивает возможность приема сигнала с модуляцией ВОС в одном канале и возможность приема сигнала с модуляцией ВОС в двух каналах, а именно в пилотном канале и канале данных. С этой целью способ по изобретению включает в себя операцию генерирования модифицированных псевдослучайных кодов для пилотного канала и операцию генерирования модифицированных псевдослучайных кодов для канала данных. Все остальные операции для каждого из каналов, т.е. пилотного канала и канала данных, аналогичны описанным выше.

Дальнейшая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в предложении приемника композитного навигационного радиосигнала, содержащего, по меньшей мере, сигнал, называемый сигналом с модуляцией ВОС, модулированный несущей, прямоугольной поднесущей и псевдослучайным кодом.

Для решения поставленной задачи в соответствии с изобретением предлагается приемник композитного навигационного радиосигнала, содержащего, по меньшей мере, сигнал, называемый сигналом с модуляцией ВОС, модулированный несущей с частотой fp, прямоугольной поднесущей с частотой fsp и псевдослучайным кодом с частотой fc, содержащий:

- контур синфазной и квадратурной корреляции остаточной несущей между указанным сигналом с модуляцией ВОС и двумя локальными синфазной и квадратурной несущими, сгенерированными гетеродином локальной несущей, таким образом, чтобы получить сигнал в основной полосе частот, содержащий канал, называемый каналом I, и канал, называемый каналом Q, находящийся в квадратуре по отношению к указанному каналу I,

отличающийся тем, что содержит:

- цифровой генератор псевдослучайных кодов, число которых равно K, называемых модифицированными кодами, где K=α·fsp/fc, a α - заданное целое число, причем каждый из модифицированных кодов имеет на временном промежутке Tk, где Tk=1/α·fsp, форму псевдослучайного кода без поднесущей и сдвинут во времени относительно предыдущего модифицированного псевдослучайного кода на величину Tk,

- контур синфазной и квадратурной корреляции между сигналом в основной полосе частот и модифицированными псевдослучайными кодами, число которых равно K,

- контур синфазной и квадратурной корреляции между результирующими сигналами и двумя локально сгенерированными синфазной и квадратурной поднесущими.

В оптимальном варианте приемник по изобретению содержит модуль оценки фазы несущей, модуль оценки фазы поднесущей и модуль оценки энергии.

В оптимальном варианте приемник по изобретению содержит модуль оценки фазы поднесущей, использующий функцию типа арктангенса.

Способ по изобретению в оптимальном варианте осуществляют в приемнике по изобретению и при помощи приемника по изобретению.

Изобретение также охватывает способ приема радионавигационного сигнала и приемник радионавигационного сигнала, отличающиеся всеми или некоторыми из вышеупомянутых или нижеупомянутых признаков.

Краткое описание чертежей

Другие особенности, цели и преимущества изобретения станут ясны из нижеследующего описания одного из вариантов осуществления изобретения, приведенного в качестве примера и не вносящего каких-либо ограничений, содержащего ссылки на прилагаемые чертежи. На чертежах:

- на фиг.1 представлена условная схема приемника радионавигационного сигнала по изобретению,

- фиг.2 схематически иллюстрирует сигналы модуляции сигнала ВОС, результирующий сигнал с модуляцией ВОС и модифицированные псевдослучайные коды, сгенерированные в соответствии с изобретением,

- на фиг.3 представлена условная схема радиочастотного модуля приемника по одному из вариантов осуществления изобретения, выполненного с возможностью преобразования принятого радиосигнала в цифровой сигнал в основной частотной полосе,

- на фиг.4 представлена условная схема цифрового модуля приемника по одному из вариантов осуществления изобретения,

- на фиг.5 представлена условная схема цифрового модуля приемника по одному из вариантов осуществления изобретения в фазе сопровождения.

Осуществление изобретения

Приемник по фиг.1 содержит антенну 1, выполненную с возможностью приема радиосигналов, поступающих от спутника, и радиочастотный модуль 2, выполненный с возможностью преобразования формы принятого радиосигнала для его обработки цифровым модулем 4. Радиочастотный модуль 2 выполняет функции усиления, фильтрации и спектрального преобразования принятого сигнала с использованием известных технологий. Радиочастотный модуль 2 соединен с модулем 3 оцифровки, который выполнен с возможностью дискретизации сигнала, поступающего из радиочастотного модуля 2. Такой оцифрованный сигнал поступает на синфазный и квадратурный каналы цифрового модуля 4. Цифровой модуль 4 выполняет функции сужения сигнала и данных. Тот же модуль 4 может также выполнять операции сближения частей спектра для сигналов с высокой частотой поднесущей. Цифровой модуль 4 позволяет подавать на, по меньшей мере, три выхода 40, 41 и 42 соответственно данные, передаваемые принятым сигналом, оценку фазы несущей и оценку величины запаздывания.

Цифровой модуль 4 осуществляет сужение сигнала данных при помощи корреляции с локально сгенерированными эталонными сигналами. Для данной операции необходимы временная привязка локально сгенерированного эталонного сигнала и оценка расхождения по фазе между несущей и локальным эталоном.

Сигнал, модулированный в соответствии с методикой ВОС, содержит несущую с частотой fp, поднесущую с частотой fsp и псевдослучайный код с частотой fc.

Фиг.2е иллюстрирует структуру радионавигационного сигнала с модуляцией ВОС. Такой сигнал может быть получен, например, с использованием псевдослучайного кода, представленного на фиг.2а, поднесущей, представленной на фиг.2b, и несущей, представленной на фиг.2d.

На фиг.2с представлен псевдослучайный код в сочетании с поднесущей. В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения отношение m/n равно 1, а число модифицированных псевдослучайных кодов равно 4.

Прием сигнала, модулированного с использованием такой модуляции ВОС, включает в себя этапы оцифровки принятого сигнала с получением цифрового сигнала в основной полосе частот и этапы демодуляции оцифрованного сигнала.

Операция оцифровки сигнала включает в себя этап дискретизации сигнала на частоте fe дискретизации. Как известно, для выполнения критерия Шеннона-Найквиста во избежание искажения спектра частота дискретизации должна быть больше или равна ширине спектральной полосы сигнала. Поскольку спектр сигнала с модуляцией ВОС имеет широкую частотную полосу, для выполнения данного критерия необходима высокая частота fe, в результате чего дискретизация сигнала связана с большим энергопотреблением. В связи с этим в соответствии с оптимальным вариантом осуществления изобретения после оцифровки сигнала предусмотрен этап переноса частей сигнала с модуляцией ВОС одной к другой с целью сужения частотной полосы, что позволяет снизить частоту обработки корреляций и, следовательно, уменьшить энергопотребление.

Описанные этапы оцифровки сигнала могут быть осуществлены радиочастотным модулем оцифровки сигнала, например, таким, как представлен на фиг.3.

На выходе приемной антенны 1 предпочтительно предусмотрена полосовая фильтрация сигнала при помощи полосового фильтра 31, устраняющая шумы и помехи, выходящие за пределы частотной полосы приема. Такой полосовой фильтр 31 может быть осуществлен с использованием любых известных технологий, например в виде керамического фильтра. Как показано на фиг.3, полученный сигнал предпочтительно усиливают при помощи малошумящего усилителя 32.

В соответствии с оптимальным вариантом осуществления изобретения перед оцифровкой полученный сигнал умножают на сигнал гетеродина для снижения его частоты до промежуточной частоты fIF. Для этого сигнал, поступающий с выхода усилителя 32, умножают на сигнал формы cos(2π.(fp-fIF).t), вырабатываемый гетеродином 43, при помощи умножителя 33, выполненного с возможностью осуществления умножения усиленного сигнала на такой сгенерированный гетеродином сигнал.

Полученный сигнал предпочтительно фильтруют при помощи полосового фильтра 34, который может представлять собой фильтр любого типа.

Затем полученный сигнал оцифровывают при помощи аналого-цифрового преобразователя 36.

Полученный сигнал умножают в первом канале, так называемом канале I, на сигнал формы cos(2π·fIF·t), сгенерированный осциллятором 40 с цифровым управлением, при помощи умножителя 41, выполненного с возможностью умножения оцифрованного сигнала на сигнал, сгенерированный осциллятором. Тот же сигнал также умножают во втором канале, так называемом канале Q, на сигнал формы sin(2π·fIF·t), сгенерированный осциллятором 40 с цифровым управлением, при помощи умножителя 41', выполненного с возможностью умножения оцифрованного сигнала на сигнал, сгенерированный осциллятором.

В каждом из каналов I и Q полученный сигнал фильтруют при помощи фильтра 39, 39', представляющего собой фильтр низких частот или полосовой фильтр. Такие фильтры 39, 39' могут быть фильтрами любого типа.

При высокой частоте поднесущей в качестве возможного варианта для уменьшения частоты обработки может быть использован сигнал типа cos2(π.ω.t).

Таким образом, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения в каждом из каналов полученный сигнал умножают на сигнал формы cos2(π.ω.t), где ω зависит от частоты поднесущей, синхронизованный с псевдослучайным кодом и имеющий частоту дискретизации. Такой сигнал может быть сформирован, например, цифровым осциллятором 37. Перемножение сигналов, поступающих с выхода фильтров 39, 39', с сигналом, сформированным цифровым осциллятором 37, производят при помощи двух умножителей 35, 35', предусмотренных соответственно в каждом из каналов I и Q.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения сигнал еще раз фильтруют при помощи полосовых фильтров 38, 38', предусмотренных соответственно в каждом из каналов I и Q.

Таким образом, получают сигнал, подготовленный к демодуляции.

В случае приема сигнала с модуляцией ВОС с целью определения положения приемника демодуляцию сигнала осуществляют для того, чтобы обеспечить возможность измерения величины запаздывания распространения сигнала по разности времени передачи кода спутником и времени приема того же кода приемником.

Кроме того, радиосигнал, передаваемый движущимся спутником и принимаемый приемником, подвергается воздействию доплеровского эффекта, величина которого приемнику неизвестна.

В связи с этим демодуляцию сигнала производят с использованием корреляции принятого сигнала с модуляцией ВОС с несущей, поднесущей и кодами, сгенерированными в приемнике. Такую поднесущую и коды, генерируемые в приемнике, формируют таким образом, чтобы они содержали величину запаздывания и результат воздействия доплеровского эффекта заранее неизвестной величины.

В первой фазе, так называемой фазе получения, оценивают энергию функции автокорреляции между принятым сигналом и локально сгенерированным сигналом и ищут ее максимум. Такой максимум энергии соответствует минимуму расфазировки (сдвига фаз) между принятым сигналом и сгенерированным сигналом. Такой минимальный сдвиг фаз указывает на то, что значения запаздывания и доплеровского смещения, используемые для оценки значения энергии, близки к соответствующим реальным значениям.

Затем, во второй фазе, так называемой фазе сопровождения, производят тонкую корректировку полученных значений.

Как показано на фиг.4, оцифрованный сигнал представляет собой комплексный сигнал, содержащий канал I и канал Q.

Способ по изобретению, осуществляемый в приемнике и при помощи приемника по изобретению, включает в себя первый этап умножения оцифрованного сигнала в каждом из каналов I и Q на соответствующие синфазный и квадратурный сигналы, генерируемые с частотой остаточной несущей генератором несущей.

Как видно из фиг.4, приемник по одному из вариантов осуществления изобретения может содержать предназначенные для осуществления данного этапа умножитель 7, выполненный с возможностью умножения сигнала в основной полосе частот канала I на сигнал формы cos(2π·fPres·t), умножитель 7', выполненный с возможностью умножения сигнала в основной частотной полосе канала Q на тот же сигнал, умножитель 8, выполненный с возможностью умножения сигнала в основной частотной полосе канала I на сигнал формы sin(2π·fPres·t), и умножитель 8', выполненный с возможностью умножения сигнала в основной частотной полосе канала Q на тот же сигнал.

Сигналы формы cos(2π·fPres·t) и sin(2π·fPres·t) генерируют в соответствии с известными технологиями при помощи осциллятора с цифровым управлением.

В канале I приемник по данному варианту осуществления изобретения содержит сумматор 9, выполненный с возможностью осуществления суммирования сигналов, поступающих с выходов умножителей 7 и 8'. В канале Q приемник по данному варианту осуществления изобретения содержит сумматор 9', выполненный с возможностью осуществления суммирования сигналов, поступающих с выходов умножителей 7' и 8.

Способ по изобретению, осуществляемый в приемнике и при помощи приемника по изобретению, включает в себя последующий этап генерирования K модифицированных кодов, где K=α·fsp/fc, а α - заданное целое число. Параметр K определяет разбиение, производимое поднесущей с частотой fsp, на участке псевдослучайного кода с частотой fc.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, проиллюстрированным на фиг.2a-2i, частота поднесущей равна частоте псевдослучайного кода. Кроме того, поднесущая содержит два уровня. В соответствии с оптимальным вариантом осуществления изобретения целое число α берут равным 4, в результате чего генератор модифицированных кодов по изобретению позволяет генерировать 4 модифицированных псевдослучайных кода. Каждый из кодов имеет на временном участке Tk, где Tk=1/4·fsp, знак псевдослучайного кода без поднесущей. Другими словами, каждый из кодов имеет форму зубца длительностью Tk. Зубцы разных псевдослучайных кодов последовательно сдвинуты во времени один относительно другого на величину Tk.

На фиг.2f-2i представлены сгенерированные таким образом четыре модифицированных псевдослучайных кода.

Генерирование K модифицированных псевдослучайных кодов осуществляет генератор 23 модифицированных кодов. Такой генератор 23 выполнен с возможностью формирования зубцов длительностью Tk, последовательно сдвинутых один относительно другого на величину Tk.

В каждом из каналов I и Q сигналы, поступающие с выходов сумматоров 9 и 9', умножают на такие K модифицированных псевдослучайных кодов при помощи соответствующих умножителей 10, 10'.

В каждом из каналов I и Q результаты таких операций умножения, полученные в разное время, суммируют при помощи суммирующих элементов 11, 11'.

В каждом из каналов I и Q K результатов, полученных на выходе суммирующих элементов 11, 11', чередуют во времени при помощи элементов 12, 12' чередования таким образом, чтобы получить на выходе данных элементов чередования единый сигнал.

На следующем этапе в каждом из каналов параллельно проводят две операции: с одной стороны, умножение вектора, образованного из K элементов, на сигнал типа cos(2π·fsp·t+φ), синхронизованный по возрастающему фронту псевдослучайного кода, сгенерированного приемником, а с другой стороны, умножение вектора, образованного из K элементов, на сигнал в квадратуре типа sin(2π·fsp·t+φ), синхронизованный по возрастающему фронту псевдослучайного кода, сгенерированного приемником. В канале I данные операции умножения осуществляют умножители 13, 14, а в канале Q - умножители 13', 14'.

На следующем этапе предусмотрено суммирование K элементов в каждом из каналов суммирующими элементами 15, 16, 15', 16'.

Последний этап обеспечивает возможность генерирования сигналов в четырех каналах II, IQ, QI, QQ. В дальнейшем описании символы II, IQ, QI, QQ обозначают сигналы, присутствующие в каждом из каналов II, IQ, QI, QQ.

В фазе получения приемник по изобретению использует данные четыре выходных канала для оценки запаздывания и доплеровской частоты, а также для инициализации контуров кода и несущей.

Приемник по изобретению содержит модуль 18 оценки энергии. Данный модуль 18 оценки энергии выполнен с возможностью оценки величины энергии Е по формуле

Оценка величины энергии модулем 18 оценки энергии позволяет определить, осуществляется ли сопровождение на основном пике функции автокорреляции или на ее вторичном пике. В частности, уменьшение энергии свидетельствует о сопровождении на вторичном пике.

В таком случае используют модуль 20 коррекции фазы и запаздывания, выполненный с возможностью внесения корректировки в оценочное значение запаздывания кода и в оценочное значение фазы несущей.

Модуль 20 коррекции выполнен с возможностью подачи фазы несущей и запаздывания кода, схематически представленных на фиг.4 и 5 соответственно модульным блоком 22 и модульным блоком 21. В соответствии с оптимальным вариантом осуществления изобретения данная фаза несущей и данное запаздывание кода могут проходить осуществляемую по известным технологиям фильтрацию соответственно фильтром 52 контура несущей и фильтром 51 контура кода.

Оценку фазы несущей осуществляют с использованием функции типа арктангенса. Приемник по изобретению содержит модуль 17 оценки фазы несущей. Данный модуль 17 оценки фазы несущей выполнен с возможностью оценки фазы по формуле δφ=arctg(QQ/IQ). В соответствии с другим вариантом изобретения оценка фазы несущей может быть получена другими эквивалентными средствами.

В фазе сопровождения помимо модуля 17 оценки фазы несущей и модуля 18 оценки энергии для обеспечения возможности отслеживания кода также используют модуль 19 оценки фазы поднесущей. В соответствии с изобретением фаза поднесущей пропорциональна запаздыванию кода. Оценка поднесущей может быть произведена по, по меньшей мере, одной из пар (II, IQ), (QI, QQ). В варианте, представленном на фиг.5, модуль 19 оценки фазы поднесущей производит оценку фазы поднесущей только по паре (II, IQ).

Модуль 17 оценки фазы несущей также обеспечивает возможность демодуляции навигационных данных, передаваемых сигналом с модуляцией ВОС. Такие демодулированные данные схематически представлены на фиг.5 и обозначены ссылочным номером 53.

Приемник по изобретению может содержать электронные контуры, выполненные по известным технологиям с возможностью реализации различных вышеописанных модулей. В частности, описанные функции могут быть реализованы при помощи интегральных электронных схем, аналоговых схем, программных средств или комбинации программных средств и электронных схем.

Способ по изобретению и приемник по изобретению обеспечивают возможность приема сигнала с модуляцией ВОС как с низкой, так и с высокой частотой поднесущей.

Способ и приемник по изобретению обеспечивают возможность приема композитного радионавигационного сигнала, содержащего один или несколько сигналов с модуляцией ВОС.

Способ и приемник по изобретению, в частности, могут быть использованы и предназначены для использования для приема сигналов, передаваемых системами GALILEO и GPS.

Способ и приемник по изобретению обеспечивают возможность приема радиосигнала, в частности радионавигационного сигнала, требующего более низкого потребления энергоресурсов, чем известные способы и приемники.

1. Способ приема композитного навигационного радиосигнала, содержащего, по меньшей мере, сигнал с модуляцией с бинарной смещенной несущей (ВОС), модулированный несущей с частотой fp, прямоугольной поднесущей с частотой fsp и псевдослучайным кодом с частотой fc, меньшей частоты fsp, в котором:
переносят навигационный радиосигнал на промежуточную частоту и оцифровывают указанный сигнал,
коррелируют оцифрованный сигнал в фазе и в квадратуре с использованием двух локальных синфазной и квадратурной несущих, сгенерированных гетеродином (40) локальной несущей с цифровым управлением, таким образом, чтобы получить сигнал в основной полосе частот, содержащий канал I и канал Q, находящийся в квадратуре по отношению к указанному каналу I,
отличающийся тем, что
осуществляют, посредством цифрового генератора (23) модифицированных кодов, локальное генерирование последовательных псевдослучайных модифицированных кодов, число которых равно K, где K=α·fsp/fc, а α - заданное целое число, причем каждый из модифицированных кодов имеет на временном промежутке Тk, где Тk=1/α·fsp, форму псевдослучайного кода без поднесущей, а два последовательных модифицированных кода сдвинуты во времени один относительно другого на величину Tk,
умножают, в каждом из каналов, сигнал в основной полосе частот на модифицированные псевдослучайные коды, число которых равно K,
интегрируют, в каждом из каналов, результирующие сигналы, число которых равно K, на заданном промежутке времени,
чередуют, в каждом из каналов, результаты интегрирования, число которых равно K, во времени,
коррелируют, в каждом из каналов, полученный таким образом сигнал в фазе и в квадратуре с использованием двух локально сгенерированных синфазной и квадратурной поднесущих для получения выходных сигналов каналов,
интегрируют, в каждом из каналов, выходной сигнал канала на заданном промежутке времени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения возможности оценки запаздывания псевдослучайного кода и коррекции фазы несущей:
осуществляют оценку запаздывания на основе вычислений энергии по выходным сигналам (II, IQ, QI, QQ) каналов,
вычисляют оценочное значение фазы несущей по результатам интегрирования указанных выходных сигналов (II, IQ, QI, QQ) каналов.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в фазе сопровождения:
вычисляют оценочное значение фазы несущей по выходным сигналам (II, IQ, QI, QQ) каналов,
вычисляют оценочное значение фазы поднесущей по выходным сигналам (II, IQ, QI, QQ) каналов,
производят корректировку фазы несущей и запаздывания кода в случае уменьшения оценочного значения указанной энергии с течением времени,
осуществляют демодуляцию навигационных данных, переданных при помощи сигнала с модуляцией ВОС.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанная оценка значения энергии состоит в вычислении суммы квадратов каждого из выходных сигналов (II, IQ, QI, QQ) каналов.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанную оценку фазы поднесущей осуществляют с помощью функции типа арктангенса.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что указанное целое число α устанавливают равным четырем.

7. Приемник навигационного радиосигнала, содержащего, по меньшей мере, сигнал с модуляцией с бинарной смещенной несущей (ВОС), модулированный несущей с частотой fp, прямоугольной поднесущей с частотой fsp и псевдослучайным кодом с частотой fc, содержащий:
контур синфазной и квадратурной корреляции остаточной несущей между указанным сигналом с модуляцией ВОС и двумя локальными синфазной и квадратурной несущими, сгенерированными гетеродином (40) локальной несущей, таким образом, чтобы получить сигнал в основной полосе частот, содержащий канал I и канал Q, находящийся в квадратуре по отношению к указанному каналу I,
отличающийся тем, что содержит:
цифровой генератор (23) псевдослучайных модифицированных кодов, число которых равно K, где K=α·fsp/fc, а α - заданное целое число, причем каждый из модифицированных кодов имеет на временном промежутке Тk, где Тk=1/α·fsp, форму псевдослучайного кода без поднесущей и сдвинут во времени относительно предыдущего модифицированного псевдослучайного кода на величину Тk,
контур синфазной и квадратурной корреляции между сигналом в основной полосе частот и модифицированными псевдослучайными кодами, число которых равно K,
контур синфазной и квадратурной корреляции между результирующими сигналами и двумя локально сгенерированными синфазной и квадратурной поднесущими.

8. Приемник по п.7, отличающийся тем, что содержит модуль (17) оценки фазы несущей, модуль (19) оценки фазы поднесущей и модуль (18) оценки энергии.

9. Приемник по п.8, отличающийся тем, что модуль (19) оценки фазы поднесущей использует функцию типа арктангенса.

10. Приемник по п.8, отличающийся тем, что модуль (18) оценки энергии выполнен с возможностью вычисления суммы квадратов выходных сигналов (II, IQ, QI, QQ) каналов.

11. Приемник по любому из пп.7-10, отличающийся тем, что указанное целое число α равно четырем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к беспроводной связи, в частности к спутниковым системам определения местоположения и навигации. .

Изобретение относится к определению местоположения на основе сигналов, принимаемых от геолокационных спутников. .

Изобретение относится к объединенному использованию локальной системы (174) определения местоположения, локальной системы RTK (150) и региональной, широкодиапазонной или глобальной дифференциальной системы (100) определения местоположения с измерениями несущей фазы (WADGPS).

Изобретение относится к определению местоположения на основе сигналов, принимаемых от геостационарных спутников. .

Изобретение относится к способу получения и ресиверу для радионавигационного сигнала, модулированного СВОС распространяющимся колебательным сигналом. .

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для определения местоположения с использованием системы абсолютного позиционирования и системы относительного позиционирования.

Изобретение относится к глобальной спутниковой навигационной системе. .

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)).

Изобретение относится к системам определения положения, в частности к определению местоположения мобильных приемников. .

Изобретение относится к области радиочастотной идентификации и относится к использованию встроенных или прикрепленных к предметам меток. .

Изобретение относится к беспроводной связи

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для определения координат, скорости и углов пространственной ориентации подвижных объектов

Изобретение относится к области навигации и определения местоположения устройства, в частности, методом трилатерации с использованием прогнозирования линий связи в пределах прямой видимости (LOS) и фильтрации трасс в пределах прямой видимости

Изобретение относится к области радионавигации и, в частности, к комплексным дальномерным радиотехническим системам (ДРТС) ближней навигации (БН)

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системе передачи данных

Изобретение относится к области радиотехники, а именно, к способу и устройству, предназначенным для получения более точной оценки местоположения путем использования набора измерений. Технический результат заключается в повышении точности оценки местоположения беспроводного терминала. Для этого сначала получают первоначальную оценку местоположения, и для терминала выполняют измерения. Затем первоначальную оценку местоположения корректируют с помощью измерений, чтобы получить исправленную оценку местоположения для терминала. Корректировку осуществляют путем получения вектора измерений на основании первоначальной оценки местоположения и измерений, формирования матрицы наблюдений для измерений, определения матрицы весовых коэффициентов, получения вектора поправки на основании вектора измерений, матрицы наблюдений и матрицы весовых коэффициентов и корректировки первоначальной оценки местоположения с помощью вектора поправки. 7 н. и 33 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 табл.
Наверх