2159448 - Устройство для приема сигналов спутниковых радионавигационных систем

Устройство для приема сигналов спутниковых радионавигационных систем

Реферат

Изобретение относится к области радионавигации, может быть использовано в навигационной аппаратуре потребителей спутниковых радионавигационных систем, работающей по сигналам GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 с кодовой модуляцией С/А кодом, с литерными частотами ГЛОНАСС i=-7-4 и i=0-12. Устройство содержит входной блок, включающий по крайней мере один полосовой фильтр, блок первого преобразования частоты сигналов, включающий по крайней мере один смеситель, каналы второго преобразования частоты сигналов соответственно GPS и ГЛОНАСС, каждый из которых содержит фильтр, смеситель и блок аналого-цифрового преобразования, выполненный в виде усилительного и порогового элементов. Устройство также содержит аппаратуру формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот. В этой аппаратуре блок формирования сигнала тактовой частоты, выполненный в виде блока деления частоты на восемь, подключен к выходу блока формирования сигнала третьей гетеродинной частоты, который выполнен в виде блока деления частоты на восемь и подключен к выходу блока формирования сигнала первой гетеродинной частоты. Блок формирования сигнала первой гетеродинной частоты и блок формирования сигнала второй гетеродинной частоты выполнены в виде перестраиваемых синтезаторов частоты, опорные входы которых подключены к выходу опорного генератора, а управляющие входы образуют управляющие входы устройства. Технический результат заключается в упрощении оборудования. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано в навигационной аппаратуре потребителей спутниковых радионавигационных систем (CPHC), а конкретно - в радиоприемных устройствах, осуществляющих одновременный прием сигналов CPHC ГЛОНАСС и GPS частотного диапазона L1 с кодовой модуляцией С/А кодом - кодом "стандартной точности".

Навигационная аппаратура потребителей CPHC ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) [1] и GPS (Global Positioning System) [2] в настоящее время широко используются для определения координат (широты, долготы, высоты) и скорости объектов, а также времени. При этом использование сигналов CPHC частотного диапазона L1 с кодовой модуляцией С/А кодом - кодом "стандартной точности" - обеспечивает "стандартную" точность определения.

Основные различия между CPHC GPS и ГЛОНАСС состоят в использовании различных, хотя и соседних частотных диапазонов, использовании отличающихся псевдошумовых модулирующих кодов и использовании соответственно кодового и частотного разделения сигналов различных спутников в системе. Так, в CPHC GPS в диапазоне частот L1 спутники излучают модулированные различными псевдошумовыми кодами сигналы на одной несущей частоте 1575,42 МГц, а спутники CPHC ГЛОНАСС излучают модулированные одним и тем же псевдошумовым кодом сигналы на различных несущих (литерных) частотах, лежащих в соседней частотной области.

Номиналы литерных частот в CPHC ГЛОНАСС формируются по правилу f_i = f₀+ if, где f₁ - номиналы литерных частот; f₀ - нулевая литерная частота; i - номера литерных частот; f - интервал между литерными частотами.

Для частот рассматриваемого диапазона L1: f₀ = 1602 МГц, f = 0,5625 МГц.

Распределение литерных частот среди функционирующих спутников CPHC ГЛОНАСС задается альманахом, передаваемым в кадре служебной информации.

Литерные частоты сигналов CHPC ГЛОНАСС вводятся в соответствии с "Интерфейсным контрольным документом" [1] . В настоящее время (с 1998 г.) введены литерные частоты диапазона от i = 0 до i = 12, в дальнейшем в соответствии с [1] предусматривается переход на диапазон литерных частот от i = -7 до i = 4. Смещение диапазона литерных частот сигналов CPHC ГЛОНАСС в другую частотную область связано с выделением новых частот для работы систем связи. В связи с этим возникает проблема обеспечения возможности работы аппаратуры, осуществляющей прием сигналов CPHC ГЛОНАСС, как в условиях указанного изменения диапазона литерных частот, так и в условиях усложнения помеховой обстановки, обусловленной работой систем связи в близком диапазоне частот.

Отмеченные выше различия между сигналами спутников CPHC GPS и ГЛОНАСС, вытекающие из кодового разделения при одной несущей в CPHC GPS и частотного разделения при нескольких несущих, определяемых литерными частотами, в CPHC ГЛОНАСС обуславливают различия в технических средствах, с помощью которых осуществляется прием и преобразование сигналов этих систем к виду, позволяющему осуществлять последующие радионавигационные измерения.

Известно, например из [3, фиг. 1], устройство для приема сигналов CPHC GPS, содержащее малошумящий усилитель, фильтр, первый смеситель, усилитель первой промежуточной частоты, квадратурный смеситель, два квантователя для синфазного и квадратурного каналов, формирователь сигнала первой гетеродинной частоты (1401,51 МГц), а также блок деления, формирующий из сигнала первой гетеродинной частоты сигнал второй гетеродинной частоты.

Устройство решает техническую задачу приема и преобразования сигналов CPHC GPS к виду, позволяющему потребителю осуществлять в дальнейшем соответствующие радионавигационные измерения. Устройство не позволяет решить задачу приема сигналов CPHC ГЛОНАСС.

Известно, например из [4, с. 147-148], устройство для приема сигналов CPHC ГЛОНАСС ("одноканальная аппаратура потребителей "АСН-37"). Устройство содержит входной фильтр, малошумящий усилитель, первый смеситель, усилитель промежуточной частоты, фазовый демодулятор, второй смеситель с фазовым подавлением зеркального канала, ограничитель, синтезатор литерных частот, формирователи гетеродинных частот. Синтезатор литерных частот формирует свои выходные сигналы в соответствии с литерными частотами принимаемых сигналов CPHC ГЛОНАСС. Шаг литерных частот, формируемых синтезатором, составляет 0,125 МГц. Сигнал первой гетеродинной частоты формируется в результате умножения частоты выходного сигнала синтезатора на четыре, а сигнал второй гетеродинной частоты - в результате деления частоты выходного сигнала синтезатора на два.

Устройство решает техническую задачу приема и преобразования сигналов CPHC ГЛОНАСС к виду, позволяющему потребителю осуществлять соответствующие радионавигационные измерения. Устройство не позволяет решить задачу приема сигналов CPHC GPS.

Несмотря на различия, существующие между CPHC GPS и ГЛОНАСС, их близость по баллистическому построению орбитальной группировки навигационных спутников и используемому частотному диапазону позволяет ставить и решать задачи, связанные с созданием интегрированной навигационной аппаратуры потребителей, работающей по сигналам этих двух систем. Достигаемый при этом результат состоит в повышении надежности, достоверности и точности определения местоположения объекта, в частности, за счет возможности выбора рабочих созвездий навигационных спутников с лучшими значениями геометрических факторов [2, с. 160]. Все это обуславливает актуальность задачи разработки интегрированных приемных устройств, работающих по сигналам обеих систем, и оптимизации технических решений, направленных на упрощение и минимизацию этих устройств.

Среди таких интегрированных приемных устройств известно, см., например, [4, с. 158-161, рис.9.8], устройство, решающее задачу приема сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 и преобразование их к виду, позволяющему с помощью цифрового процессора (процессора первичной обработки и навигационного процессора) осуществить последующие радионавигационные измерения и определение местоположения объекта. Устройство содержит частотный разделитель ("диплексер"), осуществляющий частотное разделение сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС, полосовые фильтры и малошумящие усилители каналов GPS и ГЛОНАСС, смеситель, СВЧ коммутатор, подключающий на сигнальный вход смесителя сигналы CPHC GPS или ГЛОНАСС, СВЧ коммутатор, подключающий на опорный вход смесителя сигнал первого гетеродина для канала GPS или канала ГЛОНАСС. В этом устройстве за счет соответствующего формирования частоты гетеродинного сигнала первая промежуточная частота является постоянной для сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС и весь дальнейший тракт устройства реализован как общий для этих сигналов.

Особенностью устройства является то, что прием и преобразование сигналов каждой из систем осуществляется последовательно во времени с использованием одного и того же радиоприемного тракта, что увеличивает время, затрачиваемое на получение навигационной информации.

Известно устройство для приема сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС, описанное в [5, c. 835-844, фиг. 2], в котором решается задача одновременного приема сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС. Функционально законченная часть этого устройства, решающая задачу приема сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 и формирование выходных сигналов, используемых при осуществлении последующих радионавигационных измерений, принята в качестве прототипа.

Структурная схема устройства для приема сигналов CPHC, принятого в качестве прототипа, представлена на фиг. 1.

Устройство, принятое в качестве прототипа, содержит (фиг. 1) входной блок 1, вход которого является сигнальным входом устройства, блок 2 первого преобразования частоты сигналов, первый 3 и второй 4 каналы второго преобразования частоты сигналов соответственно CPHC GPS и ГЛОНАСС, а также аппаратуру 5 формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот, содержащую отдельный блок формирования сигнала тактовой частоты - генератор сигнала тактовой частоты и три отдельных блока формирования сигналов гетеродинных частот - три синтезатора частоты (на фиг. 1 не показаны).

Входной блок 1 решает задачу предварительной фильтрации входных сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС и включает по крайней мере один полосовой фильтр (на фиг. 1 не показан).

Блок 2 решает задачу первого преобразования частоты сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС и включает по крайней мере один смеситель (на фиг. 1 не показан).

Канал 3 второго преобразования частоты сигналов (канал второго преобразования частоты сигналов CPHC GPS) содержит последовательно соединенные фильтр 6, смеситель 7 и блок 8 аналого-цифрового преобразования, выход которого образует выход канала - выход преобразованных сигналов CPHC GPS.

Канал 4 второго преобразования частоты сигналов (канал второго преобразования частоты сигналов CPHC ГЛОНАСС) содержит последовательно соединенные фильтр 9, смеситель 10 и блок 11 аналого-цифрового преобразования, выход которого образует выход канала - выход преобразованных сигналов CPHC ГЛОНАСС.

Входы фильтров 6 и 9, являющиеся входами соответственно первого 3 и второго 4 каналов второго преобразования частоты сигналов, подключены к выходу блока 2 первого преобразования частоты сигналов. Вход блока 2 подключен к выходу блока 1. Опорный вход смесителя (на фиг. 1 не показан) блока 2 первого преобразования частоты сигналов, образующий опорный вход блока 2, соединен с выходом сигнала первой гетеродинной частоты аппаратуры 5, образованным выходом блока формирования сигнала первой гетеродинной частоты (на фиг.1 не показан). Опорные входы смесителей 7 и 10 первого 3 и второго 4 каналов второго преобразования частоты сигналов подключены соответственно к выходам сигналов второй и третьей гетеродинных частот аппаратуры 5, образованными выходами соответствующих блоков формирования сигналов второй и третьей гетеродинных частот (на фиг. 1 не показаны).

Выходы каналов 3, 4 второго преобразования частоты сигналов и выход сигнала тактовой частоты аппаратуры 5, образованный выходом блока формирования сигнала тактовой частоты (на фиг. 1 не показан), являются выходами устройства-прототипа.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 с входной антенны (на фиг.1 не показана) через входной блок 1, осуществляющий частотную фильтрацию сигналов данного частотного диапазона, поступают на вход блока 2 первого преобразования частоты сигналов. В блоке 2 сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 преобразуются по частоте с помощью смесителя, входящего в состав блока 2.

Для первого преобразования частоты, осуществляемого в блоке 2, в устройстве-прототипе используется сигнал первой гетеродинной частоты f_r1 = 1416 МГц, поступающий с соответствующего выхода аппаратуры 5. В аппаратуре 5 сигнал первой гетеродинной частоты f_r1 синтезируется с помощью отдельного блока формирования сигнала первой гетеродинной частоты - первого синтезатора частоты (на фиг. 1 не показан).

Преобразованные в блоке 2 сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 поступают на входы первого 3 и второго 4 каналов второго преобразования частоты сигналов, то есть на входы фильтров 6 и 9. Каждый из этих фильтров осуществляет фильтрацию сигналов одной из систем, а именно, фильтр 6 - фильтрацию сигналов CPHC GPS, а фильтр 9 - фильтрацию сигналов CPHC ГЛОНАСС.

Отфильтрованные с помощью фильтров 6 и 9 от внеполосных помех и разделенные по системам (GPS и ГЛОНАСС) сигналы в каждом из каналов 3 и 4 поступают на сигнальные входы смесителей 7 и 10 соответственно.

Для второго преобразования частоты, осуществляемого в каналах 3 и 4, в устройстве-прототипе используются сигналы второй и третьей гетеродинных частот f_r2 = 173,9 МГц и f_r3 = 178,8 МГц, синтезируемые с помощью соответствующих отдельных блоков формирования сигналов второй и третьей гетеродинных частот - второго и третьего синтезаторов частот (на фиг.1 не показаны), входящих в состав аппаратуры 5. При этом сигнал второй гетеродинной частоты f_r2 = 173,9 МГц используется для преобразования сигналов CPHC GPS в смесителе 7 первого канала 3, а сигнал третьей гетеродинной частоты f_r3 = 178,8 МГц используется для преобразования сигналов CPHC ГЛОНАСС в смесителе 10 второго канала 4.

Преобразованные с помощью смесителей 7 и 10 сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС далее поступают на входы блоков 8 и 11 аналого-цифрового преобразования, где преобразуются в цифровой вид. Преобразование в цифровой вид осуществляется в устройстве-прототипе с тактовой частотой F_T, определяемой сигналом тактовой частоты, формируемым в аппаратуре 5 (на фиг.1 связь блоков 8, 11 с аппаратурой 5 не показана).

Сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС, преобразованные в каналах 3 и 4 в цифровой вид, и сигнал тактовой частоты, сформированный в аппаратуре 5 с помощью отдельного блока формирования сигнала тактовой частоты, например, с помощью кварцевого генератора (на фиг.1 не показан), являются выходными сигналами устройства-прототипа.

Выходные сигналы устройства используются для осуществления последующих радионавигационных измерений и получения навигационной информации. При осуществлении радионавигационных измерений сигналы CPHC подвергаются корреляционной цифровой обработке. Сигнал тактовой частоты, сформированный в устройстве, используется при этом в качестве сигнала, из которого формируются тактовые сигналы для цифровой корреляционной обработки.

Для осуществления цифровой обработки без потерь навигационной информации выходные сигналы устройства-прототипа согласованы по частоте и спектру. Согласование обеспечивается путем выбора определенных значений тактовой и гетеродинных частот. Так, в устройстве-прототипе значение тактовой частоты, определяющей частоту аналого-цифрового преобразования, то есть частоту дискретизации по времени, выбрано f_T = 57,0 МГц. С учетом этой частоты выбраны согласованные значения гетеродинных частот f_r2 = 173,9 МГц и f_r3 = 178,8 МГц для второго преобразования частоты сигналов, а именно таким образом, чтобы средняя частота сигналов CPHC ГЛОНАСС и GPS на второй промежуточной частоте была бы близка к 14,25 МГц. Это обеспечивает возможность цифрового преобразования сигналов в блоках 8, 11 с помощью 4-битовых аналого-цифровых преобразователей с тактовой частотой f_T = 57,0 МГц (4 х 14,25 МГц), а также дает возможность использовать в последующей цифровой обработке специализированные цифровые фильтры, выделяющие двухбитовые синфазную и квадратурную выборки с частотой 28,5 МГц (2 х 14,25 МГц) [5, c. 837].

Таким образом, в устройстве-прототипе формируются следующие сигналы тактовой и гетеродинных частот: тактовой - 57,0 МГц, первой гетеродинной - 1416 МГц, второй гетеродинной - 173,9 МГц, третьей гетеродинной - 178,8 МГц.

Формирование указанных сигналов тактовой и гетеродинных частот осуществляется в устройстве-прототипе посредством аппаратуры 5, сложность выполнения которой обусловлена тем, что ни тактовая, ни какая-либо из гетеродинных частот не может быть получена из другой гетеродинной частоты, используемой в устройстве-прототипе, путем простого умножения или деления. Поэтому гетеродинные частоты формируются (синтезируются) в аппаратуре 5 с помощью трех отдельных формирователей (синтезаторов) гетеродинных частот, а тактовая частота - с помощью отдельного генератора тактовой частоты. Каждый из формирователей (синтезаторов) гетеродинных частот представляет собой самостоятельное радиотехническое устройство, сложность реализации которого обусловлена высокими требованиями, предъявляемыми к стабильности синтезируемых частот (относительная нестабильность частоты 10^-11-10^-12 за 1 с [6]), поскольку от этого в значительной степени зависят выходные характеристики приемного устройства в целом. Такое решение - применение в аппаратуре формирования тактовой и гетеродинных частот трех отдельных синтезаторов гетеродинных частот и отдельного генератора тактовой частоты, а также высокое значение формируемой тактовой частоты (57,0 МГц), приводящее к усложнению оборудования, используемого при последующей цифровой обработке сигналов, - затрудняет использование устройства-прототипа в качестве приемного устройства для портативных (переносных, карманных) приемоиндикаторов, определяющих местоположение объекта по сигналам CPHC GPS и ГЛОНАСС.

Особенностью устройства-прототипа является также то, что решения, реализуемые в нем при приеме и обработке принимаемых сигналов, основываются на использовании сигналов CPHC ГЛОНАСС определенного диапазона литерных частот (с номерами литер от i = 0 до i = 24) и соответствующего этому диапазону значения тактовой частоты F_T = 57 МГц. При этом в устройстве-прототипе не предусмотрены технические средства для приема сигналов CPHC ГЛОНАСС с номерами литер в диапазоне от i = -7 до i = -1, вводимыми в соответствии с [1]. Возможное решение задачи приема сигналов CPHC ГЛОНАСС с литерными частотами, включающими в себя и указанные дополнительные литерные частоты, в рамках структуры устройства-прототипа может быть достигнуто за счет расширения (примерно на 30%) полосы пропускания радиочастотного тракта для сигналов CPHC ГЛОНАСС и соответствующего увеличения тактовой частоты. При этом, однако, возникают проблемы с обеспечением помехозащищенности, а увеличение тактовой частоты приводит к увеличению мощности, потребляемой при осуществлении цифровой обработки.

В этой связи очевидна актуальность задачи упрощения оборудования, осуществляющего в приемном устройстве формирование сигналов тактовой и гетеродинных частот, например, уменьшение числа синтезаторов гетеродинных частоты и снижение значения тактовой частоты. Актуально также обеспечение возможности работы приемного устройства в условиях указанного изменения диапазона литерных частот сигналов CPHC ГЛОНАСС у потребителя без конструктивной его доработки. От решения этих задач зависит возможность создания серийных малогабаритных (портативных, карманных) приемоиндикаторов, определяющих местоположение объекта по сигналам CPHC ГЛОНАСС и GPS, в том числе приемоиндикаторов, жизненный цикл которых приходится на период изменения в соответствии с [1] диапазона литерных частот сигналов CPHC ГЛОНАСС.

Задачей заявляемого изобретения является создание устройства, осуществляющего одновременный прием и преобразование сигналов CPHC ГЛОНАСС и GPS частотного диапазона L1, с более простым по сравнению с прототипом оборудованием для формирования тактовой и гетеродинных частот, с обеспечением возможности приема и обработки сигналов CPHC ГЛОНАСС в условиях вводимых в соответствии с [1] новых диапазонов литерных частот сигналов (i=0-12 и i=-7-4). Полоса пропускания радиочастотного тракта, определяющая помехозащищенность приемного устройства, при этом максимально сужена, а тактовая частота, согласованная со спектром принимаемых сигналов, уменьшена по сравнению с прототипом. При этом учитывается, что спектры обрабатываемых сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС включают по четыре боковых лепестка по обе стороны от несущей для обеспечения возможности при последующей цифровой обработке реализовать так называемый "узкий коррелятор", улучшающий обработку сигналов CPHC при наличии мешающих сигналов [7,8,9].

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для приема сигналов спутниковых радионавигационных систем, содержащем входной блок, включающий по крайней мере один полосовой фильтр, подключенный к выходу входного блока, блок первого преобразования частоты сигналов, включающий по крайней мере один смеситель, подключенные к выходу блока первого преобразования частоты сигналов первый и второй каналы второго преобразования частоты сигналов соответственно CPHC GPS и ГЛОНАСС, каждый из которых содержит последовательно соединенные фильтр, вход которого является входом канала, смеситель и блок аналого-цифрового преобразования, выход которого является выходом канала, а также аппаратуру формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот, содержащую блок формирования сигнала первой гетеродинной частоты, блок формирования сигнала второй гетеродинной частоты, блок формирования сигнала третьей гетеродинной частоты и блок формирования сигнала тактовой частоты, причем выход сигнала первой гетеродинной частоты аппаратуры формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот, образованный выходом блока формирования сигнала первой гетеродинной частоты, подключен к опорному входу смесителя блока первого преобразования частоты сигналов, выход сигнала второй гетеродинной частоты, образованный выходом блока формирования сигнала второй гетеродинной частоты, подключен к опорному входу смесителя первого канала второго преобразования частоты сигналов, а выход сигнала третьей гетеродинной частоты, образованный выходом блока формирования сигнала третьей гетеродинной частоты, подключен к опорному входу смесителя второго канала второго преобразования частоты сигналов, при этом выходы первого и второго каналов второго преобразования частоты сигналов и выход сигнала тактовой частоты аппаратуры формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот, образованный выходом блока формирования сигнала тактовой частоты, являются выходами устройства, а вход входного блока - сигнальным входом устройства, в каналах второго преобразования частоты сигналов каждый из блоков аналого-цифрового преобразования выполнен в виде последовательно соединенных усилительного элемента и порогового элемента, в аппаратуре формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот блок формирования сигнала тактовой частоты выполнен в виде блока деления частоты на восемь, причем вход блока формирования сигнала тактовой частоты подключен к выходу блока формирования сигнала третьей гетеродинной частоты, выполненного в виде блока деления частоты на восемь, вход блока формирования сигнала третьей гетеродинной частоты подключен к выходу блока формирования сигнала первой гетеродинной частоты, при этом блок формирования сигнала первой гетеродинной частоты и блок формирования сигнала второй гетеродинной частоты выполнены в виде перестраиваемых синтезаторов частоты, опорные входы которых подключены к выходу опорного генератора, а управляющие входы образуют управляющие входы устройства.

В частных случаях выполнения заявляемого устройства усилительный и пороговый элементы блоков аналого-цифрового преобразования каналов второго преобразования частоты сигналов могут быть выполнены, например, в виде усилителя с автоматической регулировкой усиления и двухбитового квантователя по уровню, а также в виде усилителя с постоянным коэффициентом усиления и бинарного квантователя по уровню.

Сущность заявляемого изобретения, возможность его осуществления и промышленного использования поясняются чертежами и частотными диаграммами, представленными на фиг. 1 -5, где: на фиг. 1 изображена структурная схема устройства, принятого в качестве прототипа; на фиг. 2 представлена структурная схема заявляемого устройства в одном из возможных вариантов его реализации; на фиг. 3 представлены частотные диаграммы, поясняющие распределение частотных полос сигналов CPHC GPS (фиг. 3а) и сигналов CPHC ГЛОНАСС с номерами литерных частот первого диапазона i=0-12 (фиг. 3б) и второго диапазона i=-7-4 (фиг. 3в) до первого преобразования частоты; на фиг. 4 представлены частотные диаграммы, поясняющие распределение частотных полос сигналов CPHC GPS (фиг. 4а,б) и ГЛОНАСС (фиг. 4в,г) в заявляемом устройстве после первого преобразования частоты сигналов для первого (фиг. 4а, в) и второго (фиг. 4б,г) режимов работы, соответствующих приему сигналов CPHC ГЛОНАСС первого и второго диапазонов литерных частот с номерами литер i=0-12 и i=-7-4 соответственно; на фиг. 5 представлены частотные диаграммы, поясняющие распределение частотных полос сигналов CPHC GPS (фиг. 5а,б) и ГЛОНАСС (фиг. 5в,г) в заявляемом устройстве после второго преобразования частоты для первого (фиг. 5а, в) и второго (фиг. 5б,г) режимов работы, соответствующих приему сигналов CPHC ГЛОНАСС первого и второго диапазонов литерных частот с номерами литер i=0-12 и i=-7-4 соответственно.

Заявляемое устройство для приема сигналов спутниковых радионавигационных систем в рассматриваемом примере реализации содержит (см. фиг. 2) входной блок 1, вход которого является сигнальным входом устройства, блок 2 первого преобразования частоты сигналов, первый 3 и второй 4 каналы второго преобразования частоты сигналов соответственно CPHC GPS и ГЛОНАСС, а также аппаратуру 5 формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот.

В канале 3 блок 8 аналого-цифрового преобразования выполнен в виде последовательно соединенных усилительного элемента 12 и порогового элемента 13.

В канале 4 блок 11 аналого-цифрового преобразования выполнен в виде последовательно соединенных усилительного элемента 14 и порогового элемента 15.

Аппаратура 5 формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот содержит блок 16 формирования сигнала первой гетеродинной частоты, блок 17 формирования сигнала второй гетеродинной частоты, блок 18 формирования сигнала третьей гетеродинной частоты, блок 19 формирования сигнала тактовой частоты и опорный генератор 20.

Выход сигнала тактовой частоты аппаратуры 5 (F_T), образованный выходом блока 19 формирования сигнала тактовой частоты, и выходы первого 3 (GPS) и второго 4 (ГЛОНАСС) каналов второго преобразования частоты сигналов являются выходами устройства.

В аппаратуре 5 блок 19 формирования сигнала тактовой частоты выполнен в виде блока деления частоты на восемь. Вход блока 19 формирования сигнала тактовой частоты подключен к выходу блока 18 формирования сигнала третьей гетеродинной частоты. Блок 18 формирования сигнала третьей гетеродинной частоты выполнен в виде блока деления частоты на восемь. Вход блока 18 формирования сигнала третьей гетеродинной частоты подключен к выходу блока 16 формирования сигнала первой гетеродинной частоты. Блок 16 формирования сигнала первой гетеродинной частоты и блок 17 формирования сигнала второй гетеродинной частоты выполнены в виде перестраиваемых синтезаторов частоты. Опорные входы блоков 16 и 17 (опорные входы синтезаторов частоты) подключены к выходу опорного генератора 20. Управляющие входы блоков 16 и 17 (управляющие входы синтезаторов частоты) образуют управляющие входы устройства (УПР), на которые подаются сигналы управления, например, из навигационного процессора (на фиг. 2 не показан) для установления режимов работы устройства, соответствующих приему сигналов CPHC ГЛОНАСС первого или второго диапазонов литерных частот с номерами литер i=0-12 или i=-7-4 соответственно.

Входной блок 1, решающий задачу предварительной фильтрации входных сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС, содержит по крайней мере один полосовой фильтр. В рассматриваемом примере реализации (фиг. 2), имеющем практическое применение, входной блок 1 содержит последовательно соединенные первый полосовой фильтр 21, усилитель 22 и второй полосовой фильтр 23.

К входу блока 1, то есть к входу фильтра 21, подключается приемная антенна.

Блок 2, решающий задачу первого преобразования частоты сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС, содержит по крайней мере один смеситель. В рассматриваемом примере реализации (фиг. 2), имеющем практическое применение, блок 2 содержит последовательно соединенные первый усилитель 24, смеситель 25 и второй усилитель 26.

Входы фильтров 6 и 9, являющиеся входами соответственно первого 3 и второго 4 каналов второго преобразования частоты сигналов, подключены к выходу блока 2 первого преобразования частоты сигналов, то есть к выходу усилителя 26. Вход блока 2, то есть вход усилителя 24, подключен к выходу входного блока 1, то есть к выходу полосового фильтра 23.

Выход сигнала первой гетеродинной частоты аппаратуры 5, то есть выход блока 16, подключен к опорному входу смесителя 25 блока 2 первого преобразования частоты сигналов. Выход сигнала второй гетеродинной частоты аппаратуры 5, то есть выход блока 17, подключен к опорному входу смесителя 7 канала 3 второго преобразования частоты сигналов. Выход сигнала третьей гетеродинной частоты аппаратуры 5, то есть выход блока 18, подключен к опорному входу смесителя 10 канала 4 второго преобразования частоты сигналов.

Составляющие заявляемое устройство элементы, узлы и блоки являются известными элементами, узлами и блоками, практически используемыми в технике приема сигналов CPHC.

Так, входной блок 1, включающий полосовые фильтры 21, 23 и усилитель 22, может быть реализован, например, с использованием стандартных керамических фильтров, реализующих функции полосовых фильтров, и усилителя типа MGA-87563 фирмы HEWLETT-PACKARD.

Входящие в состав блока 2 первого преобразования частоты сигналов усилитель 24, смеситель 25 и усилитель 26 могут быть реализованы, например, с использованием микросхемы типа UPC2731 фирмы NEC.

Входящие в состав каналов 3 и 4 второго преобразования частоты сигналов фильтры 6, 9 могут быть реализованы в виде полосовых фильтров на поверхностно-акустических волнах (ПАВ), см., например, [10, с. 217-220]; смесители 7, 12 и усилительные элементы 12, 14 (в том числе в варианте с регулируемым коэффициентом усиления) могут быть реализованы, например, с использованием микросхем типа UPC2753 фирмы NEC, а пороговые элементы 13,15 - с использованием компараторов типа AD9696 фирмы ANALOG DEVICES.

Составляющие аппаратуру 5 блоки 16, 17, 18, 19 и опорный генератор 20 реализуются на элементах, выпускаемых промышленностью.

Так, входящий в состав аппаратуры 5 опорный генератор 20 может быть реализован в виде кварцевого генератора, формирующего сигнал с частотой, например, 10 МГц. В частности, может использоваться термокомпенсированный кварцевый генератор типа TEMPUS-LVA фирмы MOTOROLA.

Блоки 16 и 17 формирования сигналов первой и третьей гетеродинных частот (перестраиваемые синтезаторы частоты) представляют собой стандартные устройства, описанные, в частности, в [11, с. 158-169, фиг. 6]. Схема стандартного синтезатора частоты состоит из последовательно соединенных блока фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), фильтра (например, фильтра нижних частот - ФНЧ) и генератора, управляемого напряжением (ГУН). Выход ГУН образует выход синтезатора частоты. Выход ГУН подключен к сигнальному входу блока ФАПЧ, опорный и управляющий входы которого образуют опорный и управляющий входы синтезатора частоты. В качестве ГУН в таком синтезаторе может использоваться, например, генератор, входящий в состав указанной выше микросхемы UPC2731 фирмы NEC. Блок ФАПЧ синтезатора может быть реализован, например, с использованием микросхемы типа SP8853 фирмы GEC Plessey Semiconductors, которая содержит в своем составе перестраиваемые делители частоты (для синтезируемого и опорного сигналов), фазовый детектор и регистры для записи данных, устанавливающих определенные коэффициенты деления делителей частоты. Коэффициенты деления делителей частоты блока ФАПЧ устанавливаются внешними сигналами - цифровыми кодами, поступающими на управляющие входы указанной микросхемы по последовательному интерфейсу с управляющего входа (УПР) устройства. Коэффициенты деления делителей частоты блока ФАПЧ устанавливаются исходя из требуемого соотношения между опорной частотой, формируемой опорным генератором 20, и частотой выходного сигнала ГУН в зависимости от режима работы устройства, определяемого диапазоном литерных частот сигналов CPHC ГЛОНАСС (i=0-12 или i=-7-4). Фазовый детектор блока ФАПЧ в таком синтезаторе вырабатывает напряжение, соответствующее рассогласованию фаз опорного и формируемого сигналов, поступающих на входы фазового детектора с выходов соответствующих делителей частоты. Выходное напряжение фазового детектора преобразуется с помощью фильтра, после чего поступает на варикап ГУН, осуществляя соответствующую подстройку формируемой частоты и замыкая тем самым цепь обратной связи.

Блок 18 формирования сигнала третьей гетеродинной частоты и блок 19 формирования сигнала тактовой частоты, представляющие собой делители частоты на восемь, могут быть выполнены, например, на микросхемах делителя частоты на восемь типа SP8808 (SP8402) фирмы GEC Plessey Semiconductors.

Работу заявляемого устройства для приема сигналов спутниковых радионавигационных систем рассмотрим на примере приема и обработки сигналов CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 с кодовой модуляцией С/А кодом (кодом "стандартной точности") для двух режимов, соответствующих двум диапазонам литерных частот сигналов CPHC ГЛОНАСС с номерами литер соответственно i=0-12 и i=-7-4.

Заявляемое устройство для приема сигналов спутниковых радионавигационных систем работает следующим образом.

Принятые антенной сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 поступают на сигнальный вход устройства, то есть на вход входного блока 1 (фиг. 2). Сигналы CPHC GPS диапазона L1 занимают частотные полосы шириной F = 8,184 МГц (по четыре лепестка в спектре сигнала в обе стороны от несущей для реализации "узкого коррелятора"). Сигналы CPHC ГЛОНАСС диапазона L1 занимают частотные полосы (по четыре лепестка в спектре сигнала в обе стороны от несущей для реализации "узкого коррелятора") шириной F = 10,838 МГц (случай литерных частот i=0-12) и F = 10,2755 МГц (случай литерных частот i= -7-4). Положение частотных полос, занимаемых на оси частот сигналами CPHC GPS и ГЛОНАСС диапазона L1, показано на фиг. 3, где фиг. 3а - полоса частот сигналов CPHC GPS (1571,328 - 1579,512) МГц, фиг. 3б - полоса частот сигналов CPHC ГЛОНАСС для случая литерных частот i=0-12 (1599,956 - 1610,794) МГц, фиг. 3в - полоса частот сигналов CPHC ГЛОНАСС для случая литерных частот i= -7-4 (1596,019 - 1606,294) МГц. Входной блок 11 пропускает на свой выход сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС во всем диапазоне указанных частотных полос (то есть частоты от 1571,328 до 1610,794 МГц).

Во входном блоке 1 сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 поступают на вход первого полосового фильтра 21, осуществляющего частотную фильтрацию сигналов данного частотного диапазона. С выхода фильтра 21 сигналы CPHC GPS и ГЛОНАСС поступают через усилитель 22 на вход фильтра 23, который в рассматриваемом случае выполнен аналогично фильтру 21 и имеет ту же амплитудно-частотную характеристику. Ис

Устройство для приема сигналов спутниковых радионавигационных систем

Патент 2159448