Динамо-машины  Радионавигационные системы, спутниковая радионавигация 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

на 37 ед. (15 345 ООО и 15 345 037). Каждому НИСЗ соответствует свой временной сдвиг кода Х2 на /г, элементарных символов длительности TssO,! мкс.

Периоды укороченных псевдошумовых кодов Х\ и Хг составляют приблизительно 1,5 с, а период кода Р - около 267 сут. Каждый отдельный НИСЗ формирует свой отрезок (сектор) полного кода Р длиной 7 сут, причем возможна смена этих секторов сразу на всех НИСЗ в период обновления кодов (раз в 7 сут), что в сочетании с большой длиной кода Р и закрытием образующих полиномов кодов Х\ и Хг обеспечивает защиту высокоточного сигнала системы laquo;Навстар raquo; от несанкционированного использования.

Дальномерный код С/Л служит для измерений с более низкой точностью, не защищен от несанкционированного использования и формируется из двух последовательностей 10-разрядного регистра сдвига G\{t) и Ог(0 с образующими полиномами

G, {х) = 1 +х + х\ G2{x) = 1 +х + х + х + х + х + х gt;

по правилу XG{t)= G\{t) G2{t-\-iriiT\), где miT] - фазовый сдвиг, соответствующий г-му НИСЗ, а 71 = 107 - длительность элементарного символа кода С/А. Достоинство кода С/А (кода Голда) - простота его генерации при хороших взаимокорреляционных свойствах большого ансамбля сигналов. Двадцать периодов кода С/А составляют один элементарный символ служебной информации.

Коды С/А и Р формируются от одной и той же опорной частоты и привязаны к одному и тому же моменту времени с погрешностью 3 не, поэтому сигнал С/А может служить ключом для ускоренного вхождения в синхронизм по коду Р.

Сигнал, излучаемый г-м НИСЗ на частоте /г, можно представить в виде

Si,2{t)=BpXPit)Dit)cob{(iy2t + ф),

где Bp - амплитуда сигнала; со2 = 2л/2. Частоты /1, /г и коды Р на обеих частотах синхронны. гоивмгц

Рис. 4.3. Спектральная плотность сигналов системы laquo;Навстар raquo;

Спектры сигналов S/i и 5г системы laquo;Навстар raquo; изображены на рис. 4.3. Ожидаемые мощности принимаемых сигналов при минимальном угле возвышения 5 deg; и усилении антенны, равном нулю (круговая поляризация), следующие; -163 дБ-Вт(/1) и - 166 дБ-Вт (/г) для кода Р, -160 дБ-Вт (/,) для кода С/А.

Кроме описанных дальномерных кодов Р, У, С/А в системе laquo;Навстар raquo; предусмотрены нестандартные коды С/А (NSC) и Y{NSY), которые формируются при появлении неисправностей в бортовой аппаратуре какого-либо НИСЗ. Нестандартные коды отличаются от кодов исправных НИСЗ и не могут быть декодированы потребителем. Применение NSC и NSY в системе обеспечивает защиту потребителей от использования неправильной информации.

Состав передаваемой информации. Структура кадра передаваемой информации в системе laquo;Навстар raquo; показана на рис. 1.4. Скорость передачи информации 50 бит/с. Кадр состоит из пяти строк по 10 слов, содержащих по 30 бит информации каждое. Таким образом, один кадр передается в течение 30 с и содержит 1500 бит информации. В начале каждой строки передаются телеметрическая (ТМ) информация из 8 бит и специальное ключевое слово (Ключ), содержащее 22 бита. Навигационная информация, передаваемая в кадре, содержит поправки к временной шкале, эфемериды данного НИСЗ и альманах - эфемериды остальных спутников системы. Полностью альманах передается в течение 25 кадров (подробнее см. гл. 10).

Ключевое слово вводится в кадр передаваемой информации, чтобы ускорить вхождение в синхронизм по коду Р. Оно представляет собой число 6-секундных интервалов, равных длине строки, прошедших с момента исходного состояния кодов в начале недели на начало следующей строки. Каждая строка содержит четыре периода кода Xi{t), используемого для образования кода Р, поскольку период кода X\{t) равен 1,5 с. Поэтому, декодировав число, передаваемое ключевым словом в i-h строке кадра, и умножив его на 4, получим число периодов кода Xi{t), прошедших с момента исходного состояния кода Р в начале недели, к началу (г + 1)-й строки. Используя эту информацию, можно декодировать код Р в период следующей строки кадра. Декодирование же ключевого слова можно осуществить по легкообнаруживаемому сигналу, поскольку коды С/А, PhD синхронизированы по фазе и данные D передаются как по открытому, так и по закрытому сигналам.

Таким образом, минимальный объем данных, необходимый для рещения навигационной задачи, заключен в строках 1, 2, 3, со-

3 Зак. 1929

держащих поправку к временной шкале, эфемеридную информацию и ключевые слова.

Следует отметить, что военное ведомство США считает недопустимым использование потенциальным противником информации, передаваемой даже по сигналу CjA. Поэтому в системе laquo;Навстар raquo; предусмотрены специальные меры загрубления информации, содержащейся в открытом сигнале. Меры организации ограниченной доступности selective availability) включают

введение ошибок в излучаемые спутниками сигналы. Эти ошибки могут быть выявлены и исключены потребителями при использовании дополнительных фильтров.

Предпосылки для дальнейшего улучшения сигнала. Описанная структура сигналов системы laquo;Навстар raquo; позволяет определять координаты, скорость и поправку к временной шкале военного потребителя с высокой точностью. Для достижения этих результатов применен сложный код Я, для ускорения синхронизации по которому в кадре информации передаются ключевые слова, содержащие данные о фазе принимаемого сегмента кода Р, декодируемые по легкообнаруживае-мому сигналу С/А. Применение кода Р позволяет решать проблему высокой помехозащищенности труднообнаруживаемого сигнала.

Однако ввиду того, что открытый сигнал недостаточно защищен от организованных помех, в условиях их воздействия ускоренная синхронизация по коду Р невозможна. В этом случае синхронизация по коду Р возможна только при расположении на потребителе высокостабильных генераторов со

стабильностью не хуже 10

что для большого класса

потребителей неприемлемо.

К недостаткам выбранных сигналов следует отнести также и то обстоятельство, что сигнал типа CjA и кодовое разделение излучений спутников не являются оптимальными для гражданских потребителей, одним из основных требований которых является простота аппаратуры потребителя. Известно, что сигналы с временным разделением, использующие, например, код BINOR [17, 24, 100], позволяют получать приемлемую точность место-определения при дешевой одноканальной аппаратуре.

Поэтому выбор пары сигналов (Р и С/Л) представляет собой в некоторой степени компромиссное совмещение в одной системе требований, предъявляемых военными (высокоточными) и гражданскими потребителями, одним из основных требований которых является простота аппаратуры.

Сигнал системы laquo;Глонасс raquo; (190, 188, 175]

Измеряемые параметры. Спутниковая навигационная система laquo;Глонасс raquo; предназначена для пассивного определения координат, местоположения и скорости объектов различного назначения.

Аппаратура потребителей (АП) будет производить измерения РНП: квазидальности и радиальной квазискорости до четырех и более спутников. В составе навигационного сообщения с каждого спутника передаются эфемеридная информация о положении спутнмка и временные поправки относительно шкалы системы laquo;Глонаг : raquo;, ? также информация о состоянии всех спутников системы. По результатам измерений производится опре-1 деление трех координат и составляющих вектора скорости П, 1 а также привязка его временной шкалы к времени системы.

Разделение излучений спутников. Спутники и системы laquo;Глонасс raquo; излучают навигационные сигналы в диапазоне I 1602,5625...1615,5 МГц. Разделение излучений спутников - час-К тотное (квазичастотное). Спутники опознаются по номиналь-ному значению несущей частоты навигационного сигнала, кото-рое определяется следующим выражением:

/, = /о + А/,

где fe = 0, 1,- 2,..., 24 - номер литера несущей частоты; /о=1602 МГц, Д/ = 562,5 кГц - разнос частот соседних спутников.

Литер fe = 0 предназначен для проверки резервных НИСЗ на орбите при восполнении орбитальной группировки системы и не используется потребителями. Распределение литеров fe=l, 2, 24 между НИСЗ системы содержится в альманахе системы (неоперативная информация в навигационных данных).

Каждый НИСЗ системы laquo;Глонасс raquo; на своей несущей частоте излучает бифазно манипулированный двоичной последовательностью навигационный радиосигнал. Фазовая манипуляция несущего колебания осуществляется на л радиан с максимальной погрешрюстью не более plusmn;0,2 радиана. Двоичная модулирующая последовательность является суммой по модулю 2 дальномерного кода, навигационных данных и вспомогательного меандрового колебания. Для каждого НИСЗ все составляющие элементы передаваемого сигнала (несущая частота, дальномерный код, навигационные данные, меандровые колебания) получены от одного бортового эталона частоты.

Дальномерный код представляет собой псевдослучайную (ПС) последовательность максимальной длины регистра сдвига и имеет следующие характеристики: номинальный период повторения 1 мс, номинальная скорость передачи символов 511 кбит/с.

Дальномерная ПС последовательность (ПСПД) формируется девятиразрядным регистром сдвига. Код начального состояния регистра сдвига соответствует наличию laquo;1 raquo; во всех разрядах регистра. Начальным символом в периоде ПС сигнала является первый символ в группе ПИИЮО, номинально повторяющейся через 1 мс. Образующий полином соответствует дальномерному коду и имеет вид G{x)=\-x

Наряду с данными [190] в литературе [175, 188] приводятся сведения о наличии в системе laquo;Глонасс raquo; частоты /г и защищенного сигнала,

аналогичного сигналу Я системы laquo;Навстар raquo;. Защищенный сигнал системы laquo;Глонасс raquo; представляет собой фазоманипулированную несущую с частотой следования элементов кода 5,11 Мбит/с и передается на двух частотах fi и fj. Разнос частот соседних спутников составляет 9/16 МГц на частоте fi и 7/16 МГц на частоте /г [188].

Энергетические характеристики радиолинии приема сигнала пониженной точности для потребителя с изотропной антенной приведены в табл. 4.1.

Состав навигационного сообщения. Навигационное сообщение передается в виде потока цифровой двоичной информации (ЦИ), преобразованной в относительный код. Скорость передачи информации 50 символов в секунду. Структурно ЦИ сформирована (см. рис. 1.5) в виде суперкадров длительностью 2,5 мин. Суперкадр состоит из 5 кадров по 30 с, и каждый кадр содержит 15 строк. Каждая строка содержит двоичные символы ЦИ и метку времени (MB).

Длительность строки ЦИ равна 2 с, и из них 0,3 с в конце строки занимает MB в виде укороченной ПС последовательности (ПСПМВ), состоящей из 30 символов длительностью 10 мс. Псевдослучайная последовательность метки времени описывается образующим полиномом g{x)= 1+х-\-х н имеет вид 111110001101110101000010010110.

Остальную часть строки (1,7 с) занимает собственно ЦИ с символьной частотой 50 Гц, сложенная по модулю 2 с меандром двойной символьной частоты 100 Гц (бидвоичный код). Таким образом, каждая строка содержит 85 двоичных символов ЦИ. Наряду с информационными символами в каждой строке передаются избыточные символы кода Хемминга (КХ), позволяющие проверять достоверность символов ЦИ в строке.

Проверка достоверности цифровой информации строк заключается в исправлении одиночных ошибок (неверен один разряд строки) и обнаружении четного числа ошибок. Каждая строка

Таблица 4.1

Энергетические характеристики радиолинии НИСЗ - П СРНС laquo;ГЛОНАСС raquo;

В передающей антенне принято правое вращение плоскости поляризации.

представляет собой 85-разрядный код, причем старшие 77 разрядов содержат информационные символы (fees, 84, ю, Ьэ), а младшие 8 разрядов - проверочные символы КХ (Ре, Рт,

р2, р.).

Для исправления однократных ошибок в 85-разрядных кодовых строках формируются контрольные суммы с /=1, 2,..., 7:

mod2,

а для обнаружения четного числа ошибок формируется контрольная сумма :

cs =1 Zj Pi) mod2 ф( 2 bi) mod2.

C2=(2 pi) mod2 ф2б,

Штрих около знака суммы означает, что суммирование производится не по всем индексам. Правило отбора индексов (i) для контрольных сумм С/ приведено в табл. 4.2. Правила выявления ошибок следующие:

а) строка считается неискаженной, если все контрольные суммы С[, С7, равны нулю либо лишь одна из контрольных сумм Ci, Су равна единице и при этом =1;

б) если две или более контрольных сумм Ci, Сг равны единице и с = 1, то рассчитывается величина

/кор = С7СбС5С4СяС2С\ +8 - k,

Т а б л И ц а 4.2

Правило отбора информационных символов для формирования контрольных сумм