УДК.621.396.НИИ РЭТ МГТУ им. Н.Э. Баумана Введение Программные приемники глобальной спутниковой навигационной системы (ГНСС) GPSявляются популярным направлением исследований в последние 15 лет [1, 2]. В то же время программные приемники ГНСС ГЛОНАСС встречаются гораздо реже. А проекты аналогичные SoftGNSS [3] для ГНСС GPS, являющиеся удобной базой для обучения и исследований, полностью отсутствуют.В данной статье описывается разработанный программный приемник ГНСС ГЛОНАСС [4], работающий в режиме пост-обработки по сигналам стандартной точности, излучаемым в диапазоне L1 или L2. Данный программный приемник представляет собой набор процедур и функций, реализующих обработку предварительно записанного сигнала, предназначенных для бесплатного открытого пакета математических вычислений Scilab (близкий аналог коммерческого пакета MATLAB). Данный программный приемник ГЛОНАСС решает следующую задачу: определение координат устройства, сделавшего запись сигналов спутников ГЛОНАСС в диапазоне L1 или L2. Строго говоря, определяются координаты фазового центра антенны, которая использовалась при записи сигналов. Для успешного определение координат требуется выполнение следующих условий: число видимых спутников должно быть не менее 4, длительность записи должна быть не менее 40 с. Постановка задачи При создании данного программного приемника была поставлена цель максимально использовать существующие решения в области программных приемников ГНСС, не ограничиваясь при этом только системой ГЛОНАСС. Одним из наиболее известных программных приемников, работающих в режиме пост-обработки, является проект SoftGNSS [3], разработанный DariusPlausinaitisи DennisM. Akosи предназначенный для работы с ГНСС GPS. Он распространяется вместе с [5] и подробно в ней описывается. Именно данный проект и был взят в качестве основы для разработки программного приемника ГЛОНАСС.Описание блока первичной обработки сигналов программного приемника ГЛОНАССПервой задачей любого навигационного приемника является поиск сигналов спутников, находящихся в его области видимости. В ГНСС ГЛОНАСС открытый сигнал стандартной точности (СТ-сигнал) диапазонов L1/L2 имеет следующий вид: (1) гдеНеобходимость поиска обусловлена тем, что для обработки сигнала спутника требуется, чтобы в приемнике генерировалась точная копия принимаемого сигнала. Для этого требуется определить неизвестную частоту Доплера Fд, принимаемого сигнала, и фазу дальномерного кода С(t) (называемую также задержкой дальномерного кода). Типовая схема поиска сигнала в навигационном приемнике представлена на рисунке 1. Рис. 1. Типовая схема поиска сигнала в навигационном приемнике Диапазон поиска по частоте Доплера определяется следующими факторами: взаимной скоростью движения приемника и навигационного космического аппарата (НКА), а также нестабильностью тактового генератора приемника. Для малоподвижных потребителей типовой диапазон поиска составляет: -10...+10 кГц.Диапазон поиска по дальномерному коду определяется его свойствами. В качестве дальномерного кода в ГНСС ГЛОНАСС используется М-последовательность с образующим полиномом вида 1+x5+x9 длиной 511 символов, называемая также псевдослучайной последовательностью (ПСП). Длительность дальномерного кода составляет 1 мс. Соответственно диапазон поиска по задержке составляет 0...1 мс.С целью упрощения процедуры поиска, диапазоны поиска по задержке и по частоте делят на ячейки. При этом требуется решить задачу выбора размера ячейки поиска.Шаг поиска по задержке выбирается исходя из допустимых потерь в отношении сигнал/шум на границе ячейки, вызванных рассогласованием фаз принимаемого дальномерного кода и генерируемого в приемнике. В типовом приемнике шаг поиска по задержке равен длительности одного символа дальномерного кода. При этом потери на границе ячейки поиска равны 3 дБ, что видно из графика на рисунке 2. Указанный шаг поиска обеспечивает разбиение всего диапазона поиска на 511 ячеек. Рис. 2. Потери в отношении сигнал/шум, вызванные рассогласованием фаз принимаемого дальномерного кода и генерируемого в приемнике Шаг поиска по частоте зависит от требуемого времени когерентного накопления принимаемого сигнала и допустимых потерь в отношении сигал/шум на границе ячейки поиска, вызванных рассогласованием по частоте.В хороших условиях приема время когерентного накопления может быть равно 1 мс, а шаг поиска по частоте может быть равен 1000 Гц (при этом потери на границе ячейки поиска будут равны 4 дБ, что видно из графика на рисунке 3). При заданных параметрах весь диапазон поиска разбивается на 21 ячейку. В общем случае нули функции, изображенной на рисунке 3 можно рассчитать по формуле: k*(1/T), где T – длительность когерентного накопления, а k – целое число. Это означает, что при увеличении длительности когерентного накопления приходится уменьшать шаг поиска по частоте Доплера для того, чтобы потери на границе ячейки поиска оставались такими же. Так, например, для когерентного накопления в течении 5 мс, шаг поиска будет равен 200 Гц (при потерях на границе ячейки поиска равных 4 дБ). Рис. 3. Потери в отношении сигнал/шум, вызванные рассогласованием по частоте Доплера принимаемого сигнала и сигнала, генерируемого в приемнике В процессе поиска сигнала происходит последовательный перебор всех ячеек поиска по частоте Доплера и по фазе дальномерного кода. В простейшем случае требуется перебрать 21*511 = 10731 ячейку. Число математических операций, которые требуется выполнить в каждой ячейке, в соответствии со структурной схемой на рисунке 1 можно оценить следующим образом.Пусть fs – частота дискретизации сигнала. Тогда при когерентном накоплении в течение 1 мс потребуется выполнить: 3 * (fs/1000) операций умножения, 2 * (fs/1000) операций сложения, 2 возведения в квадрат и заключительное суммирование (последние три операции можно не учитывать). Пусть, например, fs=30 МГц. Тогда потребуется примерно 90 000 операций умножения и 60 000 операций сложения. Для перебора 10 000 (округлим рассчитанное выше значение) ячеек потребуется 900 000 000 операций умножения и 600 000 000 операций сложения. Что весьма много даже по меркам современных персональных компьютеров. К тому же число математических операций резко возрастает в случаях, когда требуется увеличивать время когерентного накопления (одновременно возр
автор: Гаврилов А. И.
Инженерный вестник # 09, сентябрь 2012
77-48211/460196 Программный приемник ГЛОНАСС
Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл No. ФС77-51036.
ИНЖЕНЕРНЫЙ ВЕСТНИК
электронный научно-технический журнал
Инженерный вестник: 77-48211/460196 Программный приемник ГЛОНАСС
Комментариев нет:
Отправить комментарий