Сибирский федеральный университет

Тип публикации: отчёт о НИР

Год издания: 2017

Ключевые слова: навигационная система, помехоустойчивость, радионавигация, навигационная аппаратура потребителей, псевдоспутник, ближняя навигация

Аннотация: Проект посвящен разработке основных методов, позволяющих создать систему ближней навигации на основе псевдоспутников и обеспечивающих высокоточное измерение координат и пространственной ориентации движущихся объектов, и реализации этих методов в виде математических моделей.?Второй этап, выполненный в 2017 году, направлен на разработку:?- метода измерения координат, углов пространственной ориентации объектов в РНС на основе псевдоспутников;?- методов взаимной синхронизации псевдоспутников при помощи сигналов ГНСС, центрального синхронизатора по волоконно-оптическим линиям передачи и калибровки высокостабильных стандартов времени и частоты;?- разработку математической модели навигационных сигналов псевдоспутников, формирования и передачи оперативной информации и проведения исследований корреляционных характеристик различных кодовых псевдослучайных последовательностей;?- разработку компьютерной модели системы ближней навигации на основе псевдоспутников и программного обеспечения для программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) разрабатываемой угломерной приемной навигационной аппаратуры, работающей по радионавигационным сигналам псевдоспутников.?Разработанный метод определения координат и пространственного положения потребителей при приеме радионавигационных сигналов псевдоспутников (ПС) основан на проводимых измерениях псевдодальности до каждого псевдоспутника и фазовых сдвигов радионавигационных сигналов между разнесенными в пространстве антенн приемных каналов потребителя. Раскрыты особенности измерения пространственной ориентации подвижных объектов потребителей при использовании сигналов псевдоспутников. Проанализированы основные виды кодовых структур с заданным полиномом псевдослучайных последовательностей широкополосных сигналов, представлены их математические модели. По результатам программного моделирования широкополосных сигналов данных структур получены нормированные корреляционные и взаимнокорреляционные функции сигналов.?Разработаны методы синхронизации РНС на основе псевдоспутников: по сигналам ГНСС, с использованием стандартов времени и частоты. Метод синхронизации по сигналам ГНСС обеспечивает сличение разнесенных атомных часов с точностью ±3 наносекунды и является наиболее предпочтительным в создании координатно-временного поля РНС. Сверка шкал времени (ШВ) системы базовых станций ПС производится в ходе обработки результатов измерений времен прихода сигналов на эти станции и полученной оперативной и неоперативной информации от каждого НКА. При этом каждый из синхронизируемых элементов системы ближней навигации независимо сверяет свою ШВ с ШВ сети ГНСС, определяет поправку и корректирует свою ШВ на размер этой поправки и передает информацию о рассогласовании на центральный хронизатор РНС ближней навигации.?Разработанная математическая навигационных сигналов псевдоспутников позволила провести всестороннее исследование свойств широкополосных сигналов с кодовым разделением, получить их нормированные корреляционные и взаимнокорреляционные функции. На основании проведенного исследования предложено в разрабатываемой РНС использовать широкополосный сигнал с дальномерным кодом из 511 символов и кодовой последовательностью Касами, на частоте L2 GPS.?Разработанная компьютерная модель в программной среде Mathlab наглядно отражает зону формирования навигации в зависимости от конфигурации группировки базовых станций ПС и позволяет проецировать ее на геодезическую карту. Данные исследования позволяют оценить на этапах проектирования правильность выбора параметров навигационного сигнала, оптимальность геометрического расположения ПС, эффективность разрабатываемых алгоритмов обработки радионавигационных сигналов ПС в приемной аппаратуре, учесть всевозможные затухания и задержки, связанные с распространением радионавигационных сигналов в тропосфере. Точность измерения пространственных координат потребителей оценивается исходя из погрешностей, связанных с распространением сигналом в тропосфере рассчитываемого геометрического фактора в зоне навигации.?Исходя из решения таких задач, как высокоточное измерение фазовых сдвигов радионавигационных сигналов, разрешение фазовых неоднозначностей в принимаемых радионавигационных сигналах, определение углов пространственной ориентации на основе измеренных фазовых сдвигов, представлены исследования по синтезу оптимального измерителя фазовых сдвигов принимаемых радионавигационных сигналов и в соответствии с этим были разработаны обобщенная структурная схема разрабатываемого ГНСС-приемника, структура измерительного тракта и аппаратных вычислительных блоков.?Созданное специальное программное обеспечение для ПЛИС разрабатываемой угломерной приемной навигационной аппаратуры потребителей семейства Xilinx или Altera выполнено в виде нескольких модулей на языке C++. Реализация программного компилятивного проектирования позволяет синтезировать разработанное программное обеспечение в код языка высокого уровня описания аппаратуры VHDL/Verilog с последующей верификацией. Для повышения скорости и точности верификации уже на системном уровне можно использовать мощные системы аппаратной эмуляции VStation (технология Virtual Wires) или Celaro Pro. В этом случае часть блоков, описанных на C++, моделируется программно, а блоки RTL-уровня – аппаратно. Для этого выполняется прототипирование проекта микросхемы, заключающееся в автоматическом формировании описания проекта для его реализации на ПЛИС и генерация программы зашивки проекта в ПЛИС макета навигационной аппаратуры потребителей. После этого выполняется макетирование имитатора в составе изделия. Окончательная отладка данного программного обеспечения, проверка взаимодействия с другими элементами навигационной аппаратуры планируется на заключительном этапе в составе информационно-измерительного комплекса с использованием средств функционального и временного анализа основных систем макета радионавигационной системы ближней навигации. ?Одним из наиболее важных полученных научных результатов можно считать разработанный информационно-измерительный комплекс на основе аппаратной платформы National Instruments. При помощи среды программирования LabView возможно проводить исследования по созданию радионавигационного поля и гибкое управление составных частей системы ближней навигации на основе псевдоспутников. ?Основой информационно-измерительного комплекса является разрабатываемый макет базовой передающей станции псевдоспутника, состоящий из модулей PXI:?- векторный генератор сигналов NI РХ1е-5673Е;?- ВЧ-аттенюатор NI PXI-5695;?- контроллер вычислительный NI PXIe-8880;?- стандарт частоты и времени;?- шасси NI PXIe-1085.?Таким образом, созданный программно-аппаратный комплекс обеспечивает имитацию навигационного поля, возможность анализа принятых сигналов, определение погрешностей измерения навигационных параметров по сигналам псевдоспутников, и, самое главное, сравнение точности измерения текущих координат объекта с координатно-временным обеспечением ГНСС, с использованием многоканального угломерного ГНСС-приемника. Разрабатываемый макет навигационного приемника предполагает применение одной угломерной антенны, единого радиотракта и блока цифровой обработки сигналов с расширенными функциями для одновременного приема сигналов псевдоспутников и спутниковых навигационных сигналов.?

• Тяпкин Валерий Николаевич

• РИНЦ (eLIBRARY.RU)