Способ формирования сигнала спутниковой навигационной системы

Изобретение относится к области радионавигации, а именно к формирователям навигационных радиосигналов спутниковых навигационных систем, и может быть использовано при создании навигационной аппаратуры системы ГЛОНАСС, предназначенной для излучения через единую антенну навигационных сигналов с частотным и кодовым разделением.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения может быть выбран способ формирования сигнала в имитаторе навигационных радиосигналов из патента на полезную модель RU 122976, публикация 2013 г., ИСС им. Акад. М.Ф. Решетнева. В блоке цифрового формирования навигационного сигнала данного имитатора формируют несколько трактов модулированного сигнала, объединяемых в дальнейшем в сумматоре в единый навигационный сигнал. В каждом тракте по входящей информации цифровой синтезатор с аналоговым выходом формирует сигнал, поступающий через смеситель в модулятор псевдослучайной последовательности. Как и было указано выше, способ формирования сигнала из патента RU 122976 предназначен для использования в имитаторе навигационных сигналов, то есть в устройстве, моделирующем работу спутниковой навигационной системы в целом, но не ее отдельных элементов. То есть использование данного способа для формирования навигационного сигнала в реальной спутниковой навигационной системе может быть затруднено, в частности, из-за того, что использование отдельных трактов для передачи сигналов усложняет бортовую аппаратуру и снижает ее эксплуатационную надежность. В свою очередь, в предлагаемом изобретении становится возможным преодолеть данные недостатки, расширив область применения способов цифрового формирования навигационного сигнала, и повысить качество навигационного сигнала в целом.

Предложен способ формирования сигнала спутниковой навигационной системы в квадратурном модуляторе из синфазной и квадратурной составляющих, полученных путем цифрового синтеза частоты по управляющим сигналам. То есть предложен способ формирования сигнала, объединяющего в себе функции прецизионного синхросигнала и информационного сигнала. В отличие от аналога, синфазную и квадратурную составляющие (компоненты) навигационного сигнала генерируют путем цифрового синтеза частоты в программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) из сигналов стандартной и/или высокой точности с частотным и/или кодовым разделением по управляющим сигналам от микроконтроллера мультиплексного канала обмена и микроконтроллера управления и обработки информации. Структурная схема цифрового формирователя сигнала приведена на чертеже.

Управляющие сигналы и информация из микроконтроллера мультиплексного канала обмена 1 и микроконтроллера управления и обработки информации 2 поступают в ПЛИС 3, где методом цифрового синтеза частоты генерируются отсчеты синфазной 3_I и квадратурной 3_Q составляющих (компонент) группового навигационного сигнала. Использование цифрового синтеза частоты позволяет создать из опорной частоты требуемую частоту или набор частот, согласно управляющим сигналам и программной логике выбора цифровых отсчетов. Использование ПЛИС 3, по сравнению с использованием микросхем с жесткой логикой, позволяет производить оперативную и гибкую отладку алгоритмов работы и удаленно корректировать работу всей схемы формирования сигнала. Также ПЛИС 3 обеспечивает дополнительное цифровое выравнивание амплитуды группового сигнала, а также его дополнительную цифровую фильтрацию, благодаря чему становится возможным использовать усилители в энергетически выгодном режиме насыщения.

Для спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС могут быть предложены следующие формулы цифрового синтеза: для синфазной - и соответственно квадратурной - составляющих, где - сигнал стандартной точности с кодовым разделением, - сигнал стандартной точности с частотным разделением, - сигнал высокой точности с кодовым разделением, - сигнал высокой точности с частотным разделением, dƒ - разность несущих частот сигналов с частотным и кодовым разделением, Гц, ƒ_cd - несущая частота сигнала с кодовым разделением, Гц. Согласно интерфейсному контрольному документу системы ГЛОНАСС сигнал стандартной точности предназначен для свободного использования отечественными и зарубежными гражданскими потребителями, в свою очередь, сигнал высокой точности используют по согласованию с уполномоченным государственным органом. По аналогии, термины сигналы стандартной и высокой точности возможно будет использовать при анализе работы и проектировании оборудования иных спутниковых навигационных систем.

Цифровые отсчеты синфазной и квадратурной составляющих (компонент) группового навигационного сигнала по единому тракту передачи сигнала поступают в цифроаналоговые преобразователи 4_I,Q, формирующие аналоговые сигналы, задаваемые синтезатором частоты дискретизации системы 5. Необходимость формирования единого тракта передачи сигнала обусловлена тем, что генерируемый навигационный сигнал, кроме передачи информации, используется также для проведения навигационных измерений, то есть объединяет в себе функции прецизионного синхросигнала и информационного сигнала. Полученные аналоговые компоненты группового навигационного сигнала, также по единому тракту передачи сигнала, пропускаются через фильтры нижних частот 6_I,Q и поступают в квадратурный модулятор 8, в котором происходит модуляция несущего радиосигнала, задаваемого синтезатором несущей частоты 7.

Предложенную обработку исходных сигналов и информации используют для формирования навигационного сигнала с одновременным частотным и кодовым разделением каналов передачи информации, характерного для спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС. Использование цифрового синтеза частоты на базе ПЛИС 3 для исходных сигналов с частотным и кодовым разделением каналов позволит решить проблему совмещения частотного и кодового разделения каналов в одном сигнале без использования излишне сложных схемотехнических и алгоритмических решений. Цифровой синтез сигнала в ПЛИС 3 обеспечивает передачу сигналов с частотным и кодовым разделением на разных несущих частотах в едином тракте. В свою очередь, наличие единого тракта позволит устранить расхождение параметров между несколькими трактами - параметров задержки, компенсировать возможные задержки от старения - изменения параметров тракта во время эксплуатации, температурного влияния на изменение задержек, что в сумме дает большой диапазон задержек. Также при предложенном цифровом синтезе сигнала станет возможна полная компенсация ошибки формирования навигационного сигнала на этапе автономных и комплексных испытаний элементов спутниковой навигационной системы за счет дополнительной цифровой регулировки и становится возможным удаленное выполнение независимой юстировки каналов формирования навигационного сигнала.