Распределительные коды спутниковой навигационной системы

Распределительные коды спутниковой навигационной системы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к генерации и использованию набора распределительных кодов спутниковой навигационной системы.

Предпосылки создания изобретения

Спутниковые навигационные системы играют все более важную роль в разнообразных областях применения, включая портативные устройства для определения местоположения, бортовые навигационные системы автомобилей и т.п. Основной спутниковой навигационной системой, используемой в настоящее время, является глобальная система определения местоположения (GPS, от английского - Global Positioning System), управляемая министерством обороны США. К 2003 г. объем продаж оборудования GPS в мире составил около 3,5 миллиардов долларов, и ожидается, что он будет устойчиво расти в течение ближайших нескольких лет. Предполагается, что в конце этого десятилетия будет введен в действие европейский аналог спутниковой навигационной системы под названием Galileo (Галилео).

Спутниковая навигационная система состоит из группы спутников, каждый из которых передает на землю один или несколько сигналов. Основной составляющей сигнала спутника является распределительный код (также именуемый кодом определения местоположения, синхронизации или определения дальности), который объединен с навигационной информацией. Затем полученное сочетание используют для модулирования несущей на заданной частоте для передачи на землю. Каждый спутник обычно осуществляет передачу на множестве частот, что помогает компенсировать любые искажения сигнала при прохождении через атмосферу.

В некоторых случаях множеством сигналов (именуемых каналами) модулируют одну несущую с использованием соответствующей схемы уплотнения. Например, планируется, что некоторыми сигналами Galileo будут являться каналы передачи данных со сдвигом по фазе на 90 градусов относительно пилотного канала. Пилотный канал содержит только распределительный код и не содержит навигационную информацию, а канал передачи данных содержит как распределительный код, так и навигационную информацию.

Распределительный код сигнала спутника обычно представляет собой заданную последовательность символов (иногда именуемых "импульсами") и служит для решения двух основных задач. Во-первых, распределительный код обеспечивает механизм установления синхронизации приемника с сигналом спутника. За счет этого каждый спутник (и обычно каждый канал, по которому ведет передачу такой спутник) имеет собственный код синхронизации. При первом включении приемника неизвестно, сигналы каких спутников могут быть приняты, поскольку некоторые спутники, входящие в группу, находятся ниже горизонта для данного конкретного местоположения в данное конкретное время. Приемник использует коды синхронизации для установления синхронизации с сигналом, поступающим от первого спутника. После этого может быть осуществлен доступ к навигационной информации, содержащейся в сигнале. Впоследствии она служит эфемеридной информацией для других спутников группы и позволяет относительно быстро обнаруживать остальные видимые для приемника спутники.

Во многих приемниках применяют двухстадийный процесс установления синхронизации. На первой стадии приемник осуществляет синхронную взаимную корреляцию входящего сигнала и набора всех возможных сигналов. При этом осуществляют поиск сигнала любого спутника с любой возможной ошибкой синхронизации спутника и приемника и любым возможным доплеровским сдвигом между спутником и приемником (зависящим от движения спутника в космическом пространстве). Если установлено, что взаимная корреляция превышает заданный порог, осуществляют вторую стадию, предусматривающую более подробный анализ соответствующего сочетания спутников, ошибки синхронизации и доплеровского сдвига. Это анализ может, например, предусматривать большую продолжительность интегрирования, попытку получить доступ к навигационной информации и декодировать ее и т.д. с целью подтверждения правильности осуществленной синхронизации.

Второй основной задачей распределительного кода является вычисление расстояния от спутника до приемника исходя из времени прохождения сигнала от спутника до приемника, что можно записать в виде следующей формулы: c(Tr-Ts), в которой:

с означает скорость распространения света (известную с учетом влияния ионосферы и т.д.),

Ts означает время передачи сигнала спутником, которое закодировано в самом сигнале, и

Тr означает время приема сигнала приемником.

После этого методом трилатерации может быть определено местоположение приемника в трехмерном пространстве при условии, что известны местоположения спутников (содержащиеся в их навигационной информации). Теоретически это может быть сделано с использованием параметров сигналов, как минимум, трех спутников. Вместе с тем, на практике можно записать следующее уравнение Тr=Тm+о, в котором Тm означает измеренное время приема сигнала приемником, а о означает ошибку синхронизации приемника и спутника, которая обычно неизвестна, не считая специальных приемников. Таким образом, подразумевается, что для компенсации неизвестной ошибки синхронизации приемника получают параметры сигнала по меньшей мере одного дополнительного спутника. При наличии доступных сигналов дополнительных спутников может быть определено местоположение на основании статистических данных с использованием любого соответствующего алгоритма, такого как алгоритм наименьших квадратов. При этом также может быть получено определенное показание ошибки, связанной с расчетным местоположением.

Важным параметром распределительного кода является его скорость передачи битов, поскольку это в свою очередь влияет на точность, с которой может осуществляться определение местоположения. Например, при скорости передачи битов в 1 МГц каждый бит соответствует аберрационному времени, за которое свет проходит 300 метров. Затем в зависимости от того, насколько точно может быть оценен сдвиг фаз спутника и приемника для одного бита, устанавливают точность определения местоположения. Обычно это зависит от шума в системе. Например, если сдвиг фаз может быть измерен с точностью до 90 градусов (π/2), это соответствует определению местоположения с точностью в 75 метров. Подразумевается, что при более высокой скорости передачи битов распределительного кода определение местоположения может осуществляться с более высокой точностью.

Другим важным параметром распределительного кода является его общая длина, иными словами, число битов или импульсов распределительного кода до его повторения. Одной из причин этого является тот факт, что конечная длина распределительного кода способна вызвать неоднозначность при определении местоположения. Например, допустим, что скорость передачи битов составляет 10 МГц, а общая длина последовательности составляет 256 битов, что соответствует аберрационному времени, за которое свет проходит 7,68 км. Измерение расстояния от спутника до приемника не задано однозначно, а может быть выражено лишь как 7,68n+d км, где d задано относительным определением временных интервалов передачи и приема распределительного кода, но n является неизвестным целым числом. Существуют различные способы решения задачи неоднозначности значения n, в том числе с использованием сигналов большего числа спутников или информации о приблизительном местоположении, полученной из какого-либо иного источника.

Распространенным способом является сопоставление временного сдвига кода с краем битов навигационной информации (данный способ называют синхронизацией битов), а также сопоставление края битов со временем недели (ToW, от английского - time of week), содержащимся в навигационной информации, передаваемой спутником.

Подразумевается, что с увеличением периода повторения распределительного кода ослабляются проблемы, связанные с неоднозначным определением расстояния. При большей длине распределительного кода также обеспечивается лучшее разделение сигналов, поступающих из различных источников, и повышается их устойчивость к помехам. В то же время при более длинном периоде повторения распределительного кода может быть задержано вхождение в синхронизм с сигналом, а также требуется наличие у приемника более высокой производительности обработки данных. Длина распределительного кода также влияет на скорость передачи, которая может использоваться для навигационной информации, поскольку обычно на каждую полную последовательность распределительного кода приходится только один бит навигационной информации (в противном случае они создавали бы взаимные помехи). Таким образом, чем больше период повторения распределительного кода, тем меньше скорости передачи битов навигационной информации.

Известен способ решения данной задачи, который заключается в использовании иерархического или многоярусного распределительного кода, включающего первичный и вторичный коды. Если допустить, что первичный код содержит N1 битов, а вторичный код содержит N2 битов, первые N1 биты всего распределительного кода соответствуют первичной последовательности исключающее ИЛИ с первым битом вторичного кода, следующие N1 биты распределительного кода представляют собой повтор N1 битов первичного кода, на это раз исключающее ИЛИ со вторым битом вторичного кода и так далее. В результате получаем общую длительность повторения кода N1×N2. Вместе с тем, период повторения с целью синхронизации составляет лишь N1, поскольку первичный код по-прежнему имеет корреляционный пик независимо от значения бита из вторичного кода (при этом лишь меняется знак корреляционного пика). Аналогичным образом скорости передачи битов навигационной информации зависит от длины одного первичного кода N1, а не общей длины первичного и вторичного кодов N1*N2.

Распределительные коды GPS реализованы с использованием линейных регистров сдвига с обратными связями (ЛРСОС), в которых отводят и снова подают на вход избирательные выходные сигналы N-разрядного сдвигового регистра. Обратные связи в ЛРСОС можно отобразить в виде многочлена N-го порядка, при этом действие ЛРСОС может быть полностью задано его многочленом и начальной установкой ЛРСОС.

В GPS используют поднабор ЛРСОС, известный как золотые коды, которые обладают некоторыми особыми математическими свойствами. Одно из них состоит в том, что они генерируют выходной сигнал псевдослучайного шума с максимальным периодом повторения 2^N-1, за счет чего относительно компактный ЛРСОС способен генерировать выходной сигнал с большим периодом повторения. Золотые коды также обладают хорошими автокорреляционными свойствами, что способствует точности определения местоположения. В частности, автокорреляционная функция имеет четко выраженный пик при нулевом временном сдвиге и относительно небольшой пик при всех остальных (т.е. не нулевых) временных сдвигах. Можно также выбрать набор золотых кодов с хорошими взаимными корреляционными свойствами, при этом взаимная корреляционная функция отличающихся кодов остается относительно слабой. Это важно для установления синхронизации с сигналом, поскольку помогает предотвращать случайное принятие кода синхронизации одного спутника за код синхронизации другого спутника. Дополнительным важным практическим критерием выбора распределительного кода является наличие равного (или почти равного) числа единиц и нолей, что известно как симметричность кода.

Дополнительная информация о спутниковых навигационных системах и, в частности, о GPS содержится работе Per Enge "Re-Tooling the Global Positioning System", Scientific American, май 2004 г., стр.64-71, и в работе Misra и Enge "Global Positioning System: Signals, Measurements and Performance", Ganga-Jamuna Press, 2001 г., ISBN 0-9709544-0-9. Информация о предлагаемых сигналах системы Galileo содержится в работе Hein и др. "Status of Galileo Frequency and Signal Design", сентябрь 2002 г., доступной на сайте:

http://europa.eu.int/comm/dgs/energy transport/galileo/doc/galileo_stf_ion2002.pdf, а также работе Issler и др. "Galileo Frequency and Signal Design", GPS World, июнь 2003 г., доступной на сайте:

http://www.gpsworld. com/ gpsworld/article/articleDetail.jsp?id=61244.

Предлагаемый приемник Galileo/ GPS описан в работе Heinrichs и др. "HIGAPS -A Large-Scale Integrated Combined Galileo/GPS Chipset for the Consumer Market", доступной на сайте: http://forschung.unibw-muenchen.de/papers/krc5ejjflurjj9jsrxk4spthvmg0be.pdf.

Несмотря на то что использование золотых кодов в существующих спутниковых навигационных системах хорошо известно, у таких кодов существует ряд недостатков. Например, они доступны только при определенной длине кода (в многочлене ЛРСОС могут использоваться не все значения N). Обычно длина кода задана соотношением между скоростью передачи импульсов распределительного кода и скоростью передачи битов навигационной информации. Если длина кода ограничена длиной доступного золотого кода, это подразумевает ограничение скорости передачи импульсов и скорости передачи битов, что в свою очередь влияет на другие параметры, такие как время установления синхронизации и точность определения местоположения. В некоторых случаях ограничение длины кода длиной золотых кодов преодолевают за счет использования усеченных золотых кодов, но это усечение отрицательно сказывается на математических свойствах кодового набора (с точки зрения автокорреляционной функции и т.д.).

Кроме того, взаимные корреляционные свойства золотых кодов обычно не оптимизированы применительно к ситуации, когда при каждом повторении кода меняется его полярность в соответствии с передаваемой навигационной информацией. Эта проблема усугубляется при относительно высокой скорости передачи битов навигационной информации (как в случае системы Galileo), поскольку в этом случае существует значительная вероятность того, что полярность передаваемого распределительного кода будет противоположна полярности распределительного кода, переданного непосредственно перед этим. (Это также является причиной использования пилотных каналов в системе Galileo, чтобы облегчить синхронизацию без прерывания навигационной информацией).

Свойства взаимной корреляции также имеют особое значение в условиях относительно плохого приема сигнала, таких как внутри зданий. В этом случае первый сигнал одного спутника может быть сильным, например, если спутник находится в пределах прямой видимости через окно, а второй сигнал другого спутника может быть существенно слабее, например, если линия прямой видимости второго спутника проходит через конструкцию здания. Если в этих условиях предпринимается попытка установить синхронизацию со вторым спутником, существует риск того, что при корреляции относительно более сильного, но неверного первого сигнала будет получен больший (или сходный) результат, чем при корреляции относительно более слабого, но верного второго сигнала. Хотя любая возникающая ошибочная идентификация первого сигнала в качестве второго сигнала обычно корректируется позднее на последующей стадии синхронизации, это приводит к задержкам, поскольку процедура синхронизации должна возвращаться на первую стадию. В случае множества таких ошибочных идентификаций время установления синхронизации может существенно увеличиться.

Краткое изложение сущности изобретения

Соответственно в одном из вариантов осуществления изобретения предложен способ создания набора вторичных распределительных кодов для использования в спутниковой навигационной системе, включающей группу спутников. Каждый спутник из группы использует многоярусный распределительный код, включающий по меньшей мере первичный код и вторичный код. За каждым спутником из группы закреплен отличающийся вторичный распределительный код из набора вторичных распределительных кодов. В ходе осуществления способа генерируют исходный набор битовых комбинаций, в котором каждая битовая комбинация отображает потенциальный вторичный распределительный код. В ходе осуществления способа дополнительно осуществляют оптимизацию битовых комбинаций, входящих в исходный набор битовых комбинаций, путем изменения или замены по меньшей мере некоторых из битовых комбинаций в исходном наборе с целью создания окончательного набора битовых комбинаций для использования в качестве набора вторичных распределительных кодов.

Было установлено, что при использовании отличающихся вторичных кодов для различных спутников уменьшается корреляция между кодами различных спутников, за счет чего улучшаются характеристики приемника. Применение процесса оптимизации для определения набора вторичных кодов обеспечивает более высокую гибкость, чем в случае набора кодов на основе математических алгоритмов (таких как золотые коды), например, с точки зрения длины вторичного кода, числа доступных кодов в наборе и конкретных свойств кодов.

В одном из вариантов осуществления битовые комбинации в исходном наборе битовых комбинаций представляют собой случайные последовательности символов, хотя могут использоваться любые иные начальные комбинации, например, генерированные линейными регистрами сдвига с обратными связями или любым другим псевдослучайным алгоритмом. Следует отметить, что использование случайно созданных исходных битовых комбинаций обычно помогает обеспечить хорошее покрытие всей области поиска потенциальных вторичных кодов. В процессе оптимизации битовые комбинации могут быть изменены путем случайного переориентирования бита по меньшей мере одной из битовых комбинаций. Для более длинных вторичных кодов может потребоваться переориентировать множество битов на протяжении по меньшей мере начальной части процесса оптимизации с целью ускорения сходимости, хотя, поскольку вторичные коды обычно являются относительно короткими (по сравнению с общей длиной многоярусного кода), было установлено, что приемлемую скорость сходимости обычно обеспечивает переориентация всего одного бита кода на каждом шаге итерации. Если обнаружено, что изменения привели к ухудшению характеристик, осуществляют обратные изменения (обеспечивая при этом, чтобы набор битовых комбинаций не ухудшился), хотя такое ухудшение характеристик может быть приемлемым с вероятностей точки зрения (в особенности, если ухудшение не слишком велико), чтобы в процессе оптимизации можно было избежать локальных максимумов.

Подразумевается, что существует большое разнообразие известных стратегий оптимизации, таких как алгоритм модельной "закалки", генетические алгоритмы и т.д., а для создания окончательного набора битовых комбинаций может использоваться любая из таких применимых стратегий. В некоторых из этих стратегий оптимизация может предусматривать генерацию более крупной совокупности битовых комбинаций с последующим выбором лучших примеров (например, путем естественного отбора по принципу "выживает сильнейший"), а другие стратегии могут быть основаны на непрерывном изменении индивидуальных битовых комбинаций в заданном наборе.

В одном из вариантов осуществления процесс оптимизации включает отклонение битовых комбинаций, не отвечающий критерию симметричности, за счет чего обеспечивают относительно малую постоянную составляющую кодов. Критерий симметричности может быть основан на квадратном корне числа битов в битовой комбинации, отображающем ожидаемую постоянную составляющую случайного кода. Следует отметить, что в других вариантах осуществления симметричность кода может быть включена в формальную оптимизацию, т.е. результатом оптимизации является уменьшение симметричности, а не просто отклонение битовых комбинаций, симметричность которых превышает заданный порог. Другая возможность состоит в том, что после обнаружения битовых комбинаций с хорошими свойствами симметричности в процессе оптимизации оставляют симметричность без изменения (например, путем выбора пар битов для переориентации, одним из которых является 0, а другим 1). Другие критерии, которые могут аналогичным способом применяться для симметричности, включают максимальную длительность конкретного значения бита (единицы и/или ноля).

В одном из вариантов осуществления в процессе оптимизации используют функцию характеристики (или стоимости), выведенную для битовой комбинации из функции автокорреляции. Она может использоваться для выбора битовых комбинаций с хорошими индивидуальными свойствами. Затем функция характеристики или стоимости, выведенная из функции взаимной корреляции, может использоваться для выбора группы битовых комбинаций, которые в сочетании образуют хороший кодовый набор. Подразумевается, что минимальные боковые лепестки функции взаимной корреляции способствуют улучшению свойств установления синхронизации, например, облегчается установлении синхронизации с сигналом в условиях плохого приема, таких как внутри помещения и под кронами деревьев, а минимальная взаимная корреляция с другими кодами ослабляет помехи при коллективном доступе и внутрисистемный шум, за счет чего повышается устойчивость установления синхронизации с сигналом, слежения и демодуляции данных.

Процесс оптимизации может включать первую стадию обнаружения битовых комбинаций с хорошими индивидуальными свойствами и вторую стадию выбора набора вторичных распределительных кодов из обнаруженных битовых комбинаций с хорошими индивидуальными свойствами. Число обнаруженных битовых комбинаций с хорошими индивидуальными свойствами может существенно превышать число спутников в группе. Например, на первой стадии может быть обнаружена группа из 250 или более битовых комбинаций с хорошими индивидуальными свойствами. Такая группа обеспечивает хорошую возможность последующего выбора на второй стадии оптимизации, а также согласования возможного использования кодов за пределами самой группы спутников, например, в псевдоспутниках, что более подробно рассмотрено далее, в результате чего может возникнуть потребность в большем числе возможных кодов.

Было установлено, что использование первой и второй стадий является удобным и эффективным подходом к осуществлению оптимизации. Вместе с тем, в других вариантах осуществления может использоваться только одна стадия оптимизации, которую осуществляют непосредственно в группах битовых комбинаций.

В одном из вариантов осуществления вторая стадия включает вычисление функции взаимной корреляции между каждой парой обнаруженных битовых комбинаций с хорошими индивидуальными свойствами. Было установлено, что этот исчерпывающий поиск всех возможных комбинаций более эффективен с вычислительной точки зрения, чем итеративный поиск потенциальных наборов битовых комбинаций, хотя и он может использоваться, если это целесообразно (например, если число обнаруженных битовых комбинаций очень велико).

В одном из вариантов осуществления число битов в битовой комбинации вторичного кода составляет от 25 до 512, более точно от 50 до 128. Следует отметить, что применительно к вторичным кодам очень малой длины может проводиться исчерпывающий поиск доступного пространства кода с целью определения применимого набора битовых комбинаций (вместо использования описанной выше процедуры оптимизации какого-либо рода).

В другом варианте осуществления изобретения предложен приемник, включающий окончательный набор битовых комбинаций, созданных с использованием описанного выше способа. Битовые комбинации могут быть защищены в приемнике кодом с исправлением ошибок. Приемник может иметь по меньшей мере одно постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) для хранения вторичных кодов многоярусных распределительных кодов, а также необязательно первичных кодов. В некоторых приемниках можно обновлять ПЗУ, например, для отображения каких-либо изменений распределительных кодов, поступающих от спутников.

В некоторых вариантах осуществления приемник может включать битовые комбинации по меньшей мере двух групп спутников, например, Galileo и GPS. Следует учесть, что распределительными кодами GPS являются золотые коды, которые обычно генерирует приемник с использованием линейного регистра сдвига с обратными связями. Вместе с тем, если к множеству спутниковых навигационных систем желательно применить единый непротиворечивый подход, коды GPS могут храниться в виде полных битовых комбинаций.

Следует отметить, что существуют различные способы передачи битовых комбинаций приемнику. Например, в некоторых вариантах осуществления битовые комбинации могут быть предварительно установлены в приемнике. В некоторых вариантах осуществления битовые комбинации могут быть установлены (или обновлены) в приемнике посредством съемного запоминающего устройства какого-либо рода, такого как флэш-память. В некоторых вариантах осуществления битовые комбинации могут быть установлены (или обновлены) в приемнике через сеть, например, путем загрузки через Интернет или сеть мобильной телефонной связи (последний вариант особо удобен, если сам приемник включен в мобильное телефонное устройство какого-либо рода). В этом случае коды необязательно должны храниться в самом приемнике, а доступ к ним может по мере необходимости осуществляться через сеть.

Соответственно в другом варианте осуществления изобретения предложен способ управления сервером, поддерживающим связь с приемниками для использования во взаимодействии со спутниковой навигационной системой. В ходе осуществления способа сохраняют набор битовых комбинаций, соответствующих вторичным кодам, которые использует спутниковая навигационная система, и в ответ на принимаемый от приемника запрос на доступ к набору хранящихся битовых комбинаций передают хранящиеся битовые комбинации приемнику для использования при установлении синхронизации с сигналами спутниковой навигационной системы. Битовые комбинации могут передаваться по телефонной сети, Интернету или любой другой применимой сети.

В другом варианте осуществления изобретения предложен спутник, использующий одну или несколько битовых комбинаций из окончательного набора битовых комбинаций, созданных описанным выше способом. Одна или несколько таких битовых комбинаций также может использоваться псевдоспутником. (Псевдоспутник генерирует сигнал определения местоположения, аналогичный сигналу навигационного спутника, но псевдоспутник находится на земле и обычно используется там, где требуется высокая точность, например, вблизи аэропортов, для усиления поступающих от спутников сигналов определения местоположения).

Описанный выше подход позволяет откладывать решение об окончательной форме вторичных распределительных кодов до последних стадий разработки системы, поскольку для заданного кода (в отличие от конкретного ЛРСОС) необязательно характерно определенное аппаратное обеспечение (например, запоминающее устройство). Кроме того, битовые комбинации, хранящиеся в спутнике, можно обновлять уже на орбите. Такое обновление может осуществляться в ответ на обнаруженную ошибку в хранящейся битовой комбинации (предположительно вызванную космическим излучением), а также полезно для орбитального испытания кодов на последней стадии внедрения или ввода в действие. Возможность обновления также выгодна при необходимости передачи кода, который отличается от первоначально запланированного, например, из-за взаимных помех с другими услугами или из-за перераспределения определенных интервалов. В этом случае обычно требуется передать соответствующее обновление приемникам, хотя другой возможной причиной обновления может являться ограничение круга пользователей, имеющих доступ к распределительным кода спутника (по экономическим причинам или по соображениям безопасности).

Следует отметить, что, несмотря на то что описанный выше подход в основном рассчитан на спутниковые навигационные системы (включая псевдоспутники), он также применим в других системах навигации или связи (спутниковых, наземных или морских), в которых для генерации кодов синхронизации и т.п. ранее использовали ЛРСОС.

Краткое описание чертежей

Далее лишь в качестве примера подробно описаны различные варианты осуществления изобретения со ссылкой на следующие чертежи, на которых:

на фиг.1А проиллюстрирована характеристика смоделированной функции взаимной корреляции (ФВК или CCF, от английского - cross-correlation function) между первыми двумя многоярусными распределительными кодами, совместно использующими общий вторичный код изначально предложенных пилот-сигналов E5A-Q системы Galileo,

на фиг.1Б - характеристика смоделированной функции взаимной корреляции между первыми двумя многоярусными распределительными кодами, совместно использующими общий вторичный код, изначально предложенных пилот-сигналов E5B-Q системы Galileo,

на фиг.2 - характеристика смоделированной функции взаимной корреляции (ФВК) между первыми двумя многоярусными распределительными кодами, совместно использующими общий вторичный код, изначально предложенных пилот-сигналов E5A-Q с доплеровским сдвигом частоты на 10 Гц,

на фиг.3А - характеристика смоделированной функции взаимной корреляции (ФВК) с использованием отличающихся вторичных кодов пилот-сигналов E5A-Q согласно одному из вариантов осуществления изобретения,

на фиг.3Б - характеристика смоделированной функции взаимной корреляции (ФВК) с использованием отличающихся вторичных кодов пилот-сигналов E5B-Q согласно одному из вариантов осуществления изобретения,

на фиг.3В - характеристика смоделированной функции взаимной корреляции (ФВК) с использованием отличающихся вторичных кодов пилот-сигналов E5A-Q с доплеровским сдвигом частоты на 10 Гц согласно одному из вариантов осуществления изобретения,

на фиг.4 - высокоуровневая блок-схема способа генерации вторичных распределительных кодов согласно одному из вариантов осуществления изобретения,

на фиг.5 - блок-схема, более подробно иллюстрирующая часть проиллюстрированного на фиг.4 способа согласно одному из вариантов осуществления изобретения,

на фиг.6А - зависимость характеристики ФВК группы из 50 вторичных кодов, генерированных согласно одному из вариантов осуществления изобретения, при нулевом доплеровском сдвиге,

на фиг.6Б - зависимость характеристики ФВК для той же группы из 50 вторичных кодов, генерированных согласно одному из вариантов осуществления изобретения, показанному на фиг.6А, но с усреднением в диапазоне доплеровских сдвигов,

на фиг.7 - высокоуровневая принципиальная схема подсистемы генерации многоярусного кода согласно одному из вариантов осуществления изобретения,

на фиг.8А - высокоуровневая принципиальная схема спутниковой системы согласно одному из вариантов осуществления изобретения и

на фиг.8Б - высокоуровневая принципиальная схема системы приема согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

Подробное описание

В настоящем описании используются следующие сокращения:

ФАК - функция автокорреляции (ACF, от английского - Auto Correlation Function)

ДПФМн - двухпозиционная фазовая манипуляция

ФВК - функция взаимной корреляции (CCF, от английского - Cross Correlation Function)

CRC - циклический избыточный код, от английского - Cyclic Redundancy Code

CS - коммерческая услуга, от английского - Commercial Service

СТ - перекрестные помехи, от английского - Crosstalk

DC - постоянный ток (постоянная составляющая), от английского - Direct Current

КИО - код с исправлением ошибок

ELW - избыточный вес линии, от английского - Excess Line Weight

HNV - наибольшее соседнее значение, от английского - Highest Neighbour Value

ЛРСОС - линейный регистр сдвига с обратными связями

MEWSD - среднеквадратическое избыточное отклонение Уэлча, от английского - Mean Excess Welch Square Distance

MP - многолучевое распространение, от английского - Multipath

NV - соседнее значение, от английского - Neighbour Value

ППЗУ - программируемое постоянное запоминающее устройство

ФМн - фазовая манипуляция

RMC - среднее квадратичное значение, от английского - Root Mean Square

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство.

Также следует отметить, что в настоящем описании кодовые последовательности для удобства представлены в формате логического уровня (0 и 1); с целью модуляции и корреляции на практике эти кодовые последовательности преобразуют в биполярные сигналы уровня (+1). В таблице 1 приведено сопоставление логических уровней распределительных кодов и соответствующих уровней сигналов согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

Таблица 1Сопоставление логических уровней кодов и уровней сигналов
Логический уровень	Уровень сигнала
1	-1,0
0	+1,0

В таблице 2 в обобщенном виде представлены предложенные основные параметры кодов определения дальности для каждой составляющей сигнала применительно к различным услугам (OS - открытый доступ, от английского - open service, CS - закрытый доступ, от английского - closed service, SoL = доступ для служб охраны человеческой жизни, от английского - safety of life service). В эту таблицу не включены распределительные коды доступа правоохранительных и военных ведомств (PRS, от английского - Public Regulated Service), в которых используют псевдослучайные последовательности, генерированные криптографическими способами.

При выборе длины и конструировании предлагаемых последовательностей распределительных кодов Galileo учитывают различные параметры сигналов и связанные с характеристикой требования. Общая длина последовательностей всех приведенных выше кодов сигналов выбрана равной периоду одного символа для сигналов данных или равной 100 мс для пилот-сигналов. По соображениям совместимости с GPS все скорости передачи кодовых импульсов кратны 1,023 МГц. Видно, что в большей части кодов используется многоярусность, при этом первичный код повторяется с целью достижения требуемой общей длины кодовой последовательности, которая равна произведению длин первичного и вторичного кодов. Принцип многоярусного кода упрощает генерирование длинных распределительных кодов и позволяет приемнику устанавливать синхронизацию с сигналами с использованием лишь первичных кодовых последовательностей, если это необходимо для сведения к минимуму времени установления синхронизации,

Следует отметить, что в качестве кода пилот-сигнала для коммерческого доступа (CS, от английского - commercial service) в диапазоне Е6 с настоящее время принят первичный код меньшей длины, равной 5115, с целью приведения ее в соответствие с длиной соответствующего распределительного кода сигнала данных, что выгодно, когда как сигналы, так и пилот-сигналы объединяют в целях установления синхронизации. В результате, ранее предложенный вторичный код длиной 50 увеличивают до 100 бит. Таким образом, возможно, что описанные далее семейства 50-битовых вторичных кодов более не потребуются для предлагаемого в настоящее время сигнала диапазона Е6-С, а вместо них будут использоваться такие же 100-битовые коды, разработанные для пилот-сигналов диапазона Е5 (которые более подробно описаны далее).

Каждый спутник системы Galileo использует независимый первичный код для каждой составляющей сигнала с целью обеспечения основной операции многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA, от английского - Code Division Multiple Access). Первичные коды, предложенные для сигналов Е5, основаны на семействе золотых кодов, которые являются произведением пары ЛРСОС (линейных регистров сдвига с обратными связями), тогда как в кодах, которые предлагаются в настоящее время для диапазонов Е6-В&С и L1-B&C, используют семейство первичных кодов, основанных на активной оптимизации случайных кодов, как это описано в заявке РСТ/ЕР2004/014488.

В таблице 3 приведены вторичные коды, ранее предлагавшиеся для системы Galileo, при этом указанный вторичный код используют в качестве общего вторичного кода для всех членов соответствующего семейства первичных кодов. (Следует отметить, что за конкретными сигналами системы Galileo закреплены только некоторые из кодов, как это указано в таблице 3; кроме того, в таблице 3 не отражено увеличение длины вторичного кода сигнала Е6-С с 50 до 100 бит).

На фиг.1А проиллюстрирована характеристика смоделированной функции взаимной корреляции (ФВК) между первыми двумя многоярусными распределительными кодами пилот-сигна