Спутниковые навигационные системы. Раздел 2

1.

1
Спутниковые
навигационные системы

2.

2

3.

3
Системы спутниковой навигации
Космический
сегмент
Наземный
сегмент
Пользовательский
сегмент

4.

4
Системы спутниковой навигации
Global Positioning System
(GPS, Navstar)
ГЛОНАСС
− Страна: Америка
− Страна: Россия
− Кол-во спутников: 31
− Кол-во спутников: 26
− Система координат:
WGS-84
− Система
координат: ПЗ-90
− Большая полуось
орбиты: 26560 км
− Наклонение
орбиты: 55 °
(Параметры Земли, 1990 г)
− Большая полуось
орбиты: 25420 км
− Наклонение
орбиты: 64.8 °
Beidou
− Страна: Китай
− Кол-во спутников: 49
− Система
координат:CGCS2000
(China Geodetic Coordinate
System 2000)
− Большая полуось
орбиты: 21500 км
− Наклонение
орбиты: 55 °

5.

5
Наблюдение сигнала СНС

6.

6
Сигнал СНС
Несущая
синусоида
Навигационное
сообщение
Дальномерный
код

7.

7
Несущая сигнала
GPS
f L1 1575.42 МГц
f L 2 1227.60 МГц
ГЛОНАСС
f L 1200...1600 МГц

8.

8
Дальномерный код
ГЛОНАСС
GPS

9.

9
Навигационное сообщение
Метка времени
Эфемериды
Альманах

10.

10
Структура сигнала СНС
S (t) 2 Pc cos(2 f L1 t ) C (t ) D(t )
2 PP1 sin(2 f L1 t ) P(t ) D(t )
2 PP 2 sin(2 f L 2 t ) P(t ) D(t ) (t)

11.

Соотношение сигнал/шум
Signal to noise ration (SNR)
Pc
SNR 10 lg
N0
11

12.

12
Итоги темы
Системы спутниковой навигации (СНС) состоят
из спутников, наземного сегмента управления
и приемников
Систем спутниковой навигации много. Самые
распространенные GPS, ГЛОНАСС и Beidou
Сигнал в СНС передается с помощью
мощного синусоидального сигнала – несущая
В нее кодируются дальномерный код и
навигационное сообщение
Можно отслеживать качество приема сигнала
СНС по SNR

13.

13
Прием сигнала СНС

14.

14
Структура приемника СНС

15.

15
Приемник СНС

16.

16
Приемник СНС

17.

17
Приемник СНС

18.

18
Антенна приемника СНС

19.

19
Поиск сигнала СНС
Не знаем фазу несущей частоты сигнала СНС
Не знаем смещение по времени для дальномерного кода С(t) внутри сигнала СНС
Не знаем точного значения частоты несущей сигнала СНС

20.

20
Идея поиска сигнала СНС
Копия сигнала
S КОПИЯ (t) C (t ) cos(2 ( f L1 f dop ) t)
Задержка кода Доплеровская частота
по времени
смещения несущей

21.

21
Корреляция двух сигналов
t1
R x(t ) y (t) dt
t2
R 0

22.

22
Захват сигнала СНС
t1
I S(t ) C (t ) cos(2 ( f L1 f dop ) t)dt
t2
t1
Q S(t ) C(t ) sin(2 ( f L1 f dop ) t)dt
t2
R I 2 Q2
Первая оценка параметров

23.

23
Время готовности данных

24.

24
Итоги темы
Состав потребительской части СНС: приемник + антенна
В состав приемника входит генератор частоты сигнала СНС
В приемнике генерируется копия сигнала СНС
В данной копии настраивается сдвижка кода и доплеровская
поправка частоты сигнала
Данные параметры на первом этапе определяются грубо и
требуют уточнения в дальнейшем
Данные параметры настраиваются для КАЖДОГО спутника,
что требует времени

25.

25
Слежение за сигналом СНС

26.

26
Захват сигнала СНС
Сделано ранее:
Рассчитанное ранее
Необходимо сделать:
Осуществлять непрерывное
смещение кода известно
слежение за кодом C(t)
с точностью до 1 бита
Осуществлять непрерывное
Фаза несущей синусоиды
слежение за несущей, т.е.
в прошлом методе так и
рассчитывать ее фазу
не была определена

27.

27
Слежение за несущей сигнала СНС
t
fdt
0
t1
I S(t ) C (t ) cos(2 )dt
t2
t1
Q S(t ) C (t ) sin(2 ) dt
t2
I I MAX
I I MAX
Q 0
Q 0
Q
arctan
I

28.

28
Слежение за несущей сигнала СНС
arctg
Q
I

29.

29
Слежение за кодом сигнала СНС
I I MAX
Q 0
Опережающая копия E (Early):
C (t ( 0.5 мкс))
Своевременная копия P (Promt):
C (t )
Запаздывающая копия L (Late):
C (t ( 0.5 мкс))
I p I I max
IE
1
I max
2
IL
1
I max
2
I I E I L 0

30.

27
Слежение за кодом сигнала СНС

31.

31
Цепи слежения за сигналом СНС
Цепь слежения за фазой
arctg
Цепь слежения за кодом
Q
I

32.

32
Принцип работы приемника СНС
Производится захват сигнала спутника и грубое определение смещения
кода и частоты несущей f
Включаются цепи слежения за кодом и фазой, которые взаимно увязаны.
Результатом работы двух цепей слежения является точная оценка смещения
кода , точная оценка частоты несущей f, а также оценка фазы несущей .