Поскольку в ССРНС «Глонасс» и «Навстар» используются так называемые «энергетически скрытые» сигналы (т. е. сигналы с очень малым уровнем мощности излучения), радиочастотные усилители АП должны обладать очень высокой чувствительностью. Достаточно сказать, что шумовая температура современных входных радио усилителей АП диапазона 1,6 ГГц приближается к 300 К. Как правило, радиочастотный преобразователь АП имеет две-три ступени преобразования частоты с усилением до 120...140 дБ, причем в большинстве типов АП независимо от числа ее каналов первый преобразователь частоты всегда один. Число преобразователей второй и третьей ступени зависит от числа каналов АП и ее конкретного схемотехнического решения.
Аналого-цифровой процессор первичной обработки решает задачи: поиска фаз (т. е. задержек) манипулирующих псевдослучайных последовательностей (ДСП), слежения за задержкой ПСП; слежения за фазой и частотой несущих принимаемых радиосигналов; выделения навигационных сообщений. Число каналов поиска, слежения и выделения сообщений равно числу каналов АП.
Большие научно-технические достижения в области создания микропроцессоров, БИС памяти и сверхбольших интегральных микросхем на базовых матричных кристаллах позволяют в настоящее время решать эти задачи, широко используя цифровые методы обработки радиосигналов, в специализированных встраиваемых в АП цифровых процессорах.
К задачам, решаемым навигационным процессором, относятся: выбор рабочего созвездия НИСЗ из числа видимых, расчет данных целеуказания по частоте несущей и задержке манипулирующей ДСП; декодирование навигационных сообщений, в том числе альманаха и эфемеридной информации; сглаживание или фильтрация измеряемых навигационных параметров; решение навигационно- временной задачи с выдачей координат и параметров движения объекта; фильтрация координат; комплексирование с данными автономных навигационных систем объекта; организация обмена информацией как внутри АП, так и с другими системами объекта; контроль работоспособности блоков и АП в целом.
Следует отметить, что в зависимости от типа АП навигационный процессор, реализуемый на микропроцессорах и микро- ЭВМ, может быть построен как по однопроцессорной, так и по многопроцессорной структуре и выполнять также часть задач первичной обработки.
Кроме перечисленных задач, решение которых обеспечивает основную функцию АП, на навигационный процессор может быть возложено выполнение и ряда сервисных задач потреби- теля, таких как расчет отклонения от траектории заданного движения, выработка информации о прохождении поворотных пунктов маршрута (ППМ), решение прямой и обратной геодезических задач, преобразование координат из одной системы координат в другую.
Организацию последовательности вычислений и обмен информацией между функциональными блоками АП выполняют управляющие программы-диспетчеры, построенные с использованием иерархии сигналов прерываний, вырабатываемых в АП. При разработке этих программ, как и всего математического обеспечения в целом, учитываются требования к точности и надежности навигационно-временных определений, а также возможности используемых вычислительных средств.
Для выбора рабочего созвездия НИСЗ и расчёта априорных данных о навигационных параметрах, вводимых в устройства поиска и слежения, необходимо располагать текущими или априорными значениями параметров движения объекта, текущим временем и данными о параметрах движения НИСЗ. Последние представляют собой содержание альманаха. Данные альманаха извлекаются из репрограммируемой памяти навигационного процессора, где они хранятся после первоначального ввода вручную оператором с пульта управления и индикации. Другой путь ввода данных альманаха состоит в приеме альманаха первоначально от какого-либо первого НИСЗ, сигнал которого находится вслепую без целеуказаний. В этом случае на поиск сигнала первого НИСЗ и на прием альманаха могут потребоваться десятки минут. Имеющийся в АП альманах обновляется автоматически при приеме сигналов по достижении им определенного «возраста», порядка нескольких дней, но, как правило, не более одного месяца.
Априорные данные о координатах объекта и текущем времени вводятся либо оператором с пульта управления и индикации, либо автоматически от автономных средств навигации объекта. Причем применение в АП гостированных каналов цифрового обмена позволяет использовать данные практически от всей номенклатуры автономных средств, устанавливаемых в настоящее время на подвижных объектах, включая инерциальные навигационные системы, измерители скорости, датчики крена, барометрические высотомеры, системы воздушных сигналов, датчики пройденного пути, лаги и т. п.
Важными элементами АП являются опорный генератор и синтезатор частот, к которым предъявляются достаточно высокие требования стабильности частоты (10-7 долговременная и 10-10...10-11 кратковременная) и чистоты спектров синтезируемых сигналов.
2. Выбор и обоснование принятого варианта устройства коррекции шкал времени удалённых пунктов
2.1. Выбор и обоснование метода сверки и коррекции шкал времени
В предыдущей главе было описано несколько методов решения задачи сверки и коррекции шкал времени удалённых пунктов. Задачей данного дипломного проекта является создание устройства коррекции ШВ по сигналам СРНС “Глонасс” на основе выбранного метода.
Наиболее подходящим для решения поставленной задачи яляется способ синхронизации который заключается в независимой работе синхронизируемых пунктов по НИСЗ ССРНС. При этом каждый из синхронизируемых пунктов независимо сверяет свою ШВ С ШВ сети НИСЗ определяет поправкуи корректирует свою ШВ на размер этой поправки. Очевидно что, после проведения сеансов сверки в пунктах ШВ каждого из них оказываются привязанными к шкале времени НИСЗ. Типичным примером подобного способа синхронизации сети пунктов является использование для этого аппаратуры потребителей ССРНС.
При необходимости сеть удалённых пунктов можно легко привязать к другим ШВ (СЕВ, UTC) т. к. расхождение между ними и системной шкалой времени «Глонасс» известны заранее и передаются в кадре навигационного сигнала.
По результатам сверки можно установить закономерность ухода шкалы времени БХВ и прогнозировать его на определенные интервалы времени.
Коррекция может выражаться в совмещении временных интервалов бортовой и наземной шкал. Такая операция носит название фазирования ЭЧ.
Управление наземной шкалой времени синхронизируемого пункта при фазировании осуществляется двумя способами: установкой в нулевое состояние блока делителей и сдвигом шкалы времени на значение, необходимое для совмещения с бортовой шкалой.
В первом случае шкала времени БХВ устанавливается в нулевое состояние независимо от того, какое значение времени было до фазирования. Обычно шкала переводится в нулевое состояние после включения резервных блоков ЭЧ или грубых сбоев в отсчете времени.
При фазировании сдвигом шкалы бортового времени команда изменяет коэффициент деления в блоке делителей ЭЧ.
Сочетание обоих способов фазирования позволяет оперативно и рационально управлять шкалой времени НП и добиваться высокой точности совмещения временных интервалов со шкалой НИСЗ.
Отличительной особенностью сверки ШВ пунктов с известными координатами является возможность работы лишь по одному НИСЗ. Однако в таком случае нужна другая АП работающая по одному спутнику. Но это приносит и свои негативные стороны (необходима специфическая аппаратура потребителей).
Поэтому кратко рассмотрим аппаратуру принятия ШВ с НИСЗ.
2.2. Выбор и обоснование аппаратуры приёма шкалы времени
Одноканальная АП используется на объектах с низкой динамикой, таких как танки, средства топопривязки, носители ранцев, самолеты гражданской авиации, морские суда, неподвижные объекты геодезии, картографии. Характерной особенностью одноканальной АП является последовательный по времени прием сигналов НИСЗ.
В зависимости от продолжительности времени приема сигналов от НИСЗ различают одноканальную АП последовательного приема, когда продолжительность приема сигналов каждого НИСЗ составляет 0,2...2 с, и мультиплексную АП, где продолжительность приема сигнала каждого НИСЗ не превышает единиц миллисекунд. В последнем случае продолжительность приема значительно меньше постоянной времени следящих измерителей АП, что позволяет организовать фактически непрерывное слежение за несколькими НИСЗ и одновременное измерение их радионавигационных параметров. Благодаря цифровой обработке сигналов и программной реализации следящих измерителей увеличение аппаратурных затрат в мультиплексной АП оказывается незначительным по сравнению с одноканальной АП последовательного приема. Следует отметить, что вследствие мультиплексирования средний энергетический потенциал радиолинии АП — НИСЗ снижается (при слежении за сигналами четырех НИСЗ минимум на 6 дБ), что приводит к снижению помехоустойчивости мультиплексной АП.
Анализ структурных схем одноканальной аппаратуры различных потребителей показывает почти полную их идентичность. Различие заключается в конструктивном исполнении, в применении элементной базы той или иной степени интеграции.
Аппаратура принимает сигналы последовательно во времени. Продолжительность приема сигнала каждого НИСЗ переменная в зависимости от режима работы, но не более 2 с. Перед началом работы оператор вводит априорные координаты места и текущее время. При погрешности ввода координат до 25 км и времени до 30 с и при наличии действующего альманаха в ЗУ сменных констант поиск сигнала требуется произвести максимум на двух элементах неопределенности по частоте. Общее время поиска не более 30 с. После установления синхронизации с сигналом первого НИСЗ производится установка своего хранителя времени с точностью 0,1 мс относительно системного времени.