СПОСОБ ПОИСКА НАВИГАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ ПО ЧАСТОТЕ Российский патент 2008 года по МПК H04B7/185 G01S5/14 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в приемниках навигационных сигналов ГЛОНАСС, GPS и ГАЛИЛЕО.

Известен способ поиска навигационных сигналов в частотно-временной области, включающий в себя проведение быстрого преобразования Фурье (БПФ) над N комплексными выборками (квадратуры I и Q) за интервал анализа Т_ан при поиске навигационного сигнала по задержке. Интервал анализа определяет полосу отдельной частотной ячейки, имеющей форму колокола, на выходе БПФ [1].

Такой способ формирования амплитудно-частотной характеристики квадратурного коррелятора имеет тот недостаток, что амплитудно-частотные характеристики соседних частотных ячеек пересекаются по уровню 0,4 по мощности, что снижает чувствительность анализатора БПФ и требует дополнительного увеличения мощности сигнала или времени анализа за счет некогерентного накопления сигнала.

Известен также способ поиска навигационных сигналов по частоте, включающий в себя когерентное накопление на временном интервале τ_ког по каждой квадратуре и вычисление огибающей принимаемого сигнала [2].

Такой способ поиска по частоте, наиболее близкий к предлагаемому, имеет тот недостаток, что при поиске сигнала по частоте шаг поиска для уменьшения энергетических потерь должен быть меньше ширины полосы частотной ячейки, определяемой как Δf≈1/τ_ког.

Предлагаемым изобретением решается задача увеличения шага поиска сигнала по частоте при фиксированном значении времени когерентного накопления в квадратурном корреляторе.

Для достижения этого технического результата в способ поиска навигационных сигналов по частоте, включающий в себя когерентное накопление на временном интервале τ_ког по каждой квадратуре и вычисление огибающей принимаемого сигнала, дополнительно введены следующие операции:

разделение интервала когерентного накопления τ_ког на две части, определение на каждом подынтервале значения корреляции, формирование из двух пар полученных значений квадратурных сигналов I₁, Q_i и I₂, Q₂ трех результирующих пар значений квадратурных сигналов I₀, Q_o, I₊, Q₊ и I_-, Q, из которых первую пару формируют как сумму значений сигналов I₁, I₂ и Q₁, Q₂, вторую и третью пары формируют как сумму I₁, Q₁ и результатов поворота сигнала I₂, Q₂ на угол ±ϕ, для каждой результирующей пары квадратурных сигналов определение значений огибающей, выбор максимального по величине значения, которое является выходным сигналом на анализируемой частотно-временной позиции поиска.

Признаки, отличающие предлагаемый способ поиска навигационных сигналов по частоте от наиболее близкого к нему, известному по публикации в [2], характеризует разделение интервала когерентного накопления τ_ког на две части, определение на каждом подинтервале значения корреляции, формирование из двух пар полученных значений квадратурных сигналов I₁, Q₁ и I₂, Q₂ трех результирующих пар значений квадратурных сигналов I₀, Q₀, I₊, Q₊ и I_-, Q, из которых первую пару формируют как сумму значений сигналов I₁, I₂ и Q₁, Q₂, вторую и третью пары формируют как сумму I₁, Q₁ и результатов поворота сигнала I₂, Q₂ на угол ±ϕ, для каждой результирующей пары квадратурных сигналов определение значений огибающей, выбор максимального по величине значения, которое является выходным сигналом на анализируемой частотно-временной позиции поиска.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ поиска навигационных сигналов по частоте. Устройство содержит квадратурный коррелятор (1), перемножитель (2), опорный генератор (3), перемножитель (4), генератор ПСП (5), накопитель на интервале τ_ког/2 (6), элемент задержки на время τ_ког/2 (7), преобразователь (8), сумматор (9), вычислитель огибающей (10), блок выбора максимума (11).

Способ поиска навигационных сигналов по частоте реализуется следующим образом.

В квадратурном корреляторе 1, осуществляющем перемножение 2 входного сигнала с двумя квадратурами опорного сигнала 3, а затем перемножение 4 с кодовой дальномерной последовательностью, вырабатываемой генератором ПСП 5, вырабатываются на выходе накопителей 6 со временем накопления, равном половине когерентного интервала τ_ког/2 корреляционные сигналы по квадратурам I и Q, которые задерживаются в элементе задержки 7 на время Т_ког/2 с тем, чтобы через интервал Т_ког получить по две пары накопленных сигналов I₁, Q₁ и I₂, Q₂. Указанные пары подаются на сумматоры 9.

В преобразователе 8 производится поворот вектора сигналов I₂, Q₂ на угол ±ϕ, что эквивалентно смещению частотной траектории сигнала на величину Δω=±ϕ/τ_ког/2. В результате на выходе 9 формируются три результирующие пары I₀, Q₀, I₊, Q₊ и I_-, Q_-, которые формируются согласно следующим соотношениям:

I₀=I₁+I₂

Q₀=Q₁+Q₂

где

.

формируются в преобразователе 8.

Для каждой пары результирующих значений I₀, Q₀; I₊, Q₊ и I_-, Q_- в вычислителе огибающей 10 вырабатываются значения модуля огибающей, соответственно Z₀, Z₊ и Z_-, из которых определяется максимальное по величине Z_вых=max (Z₀; Z₊; Z_-). Это значение и является выходным сигналом на анализируемой позиции в частотно-временной области поиска.

Параметр ϕ определяет форму результирующей амплитудно-частотной характеристики коррелятора. Наиболее удобными с точки зрения выполнения вычислений являются два значения параметра ϕ: ϕ=90° и ϕ=60°.

Получаемые при этом амплитудно-частотные характеристики коррелятора приведены на фиг.2. Для сравнения приведена амплитудно-частотная характеристика одной частотной ячейки на выходе БПФ. Аналогичная характеристика свойственна и обычному квадратурному коррелятору.

Из представленных графиков следует, что в предложенном способе поиска навигационных сигналов по частоте полоса амплитудно-частотной характеристики квадратурного коррелятора расширяется в зависимости от выбранного параметра ϕ на 20...25% по уровню 0,8, что снижает энергетический порог при поиске сигнала или уменьшает время его поиска.

Литература

1 (аналог). В. Shayevits, H. Cohen, J. Nir, E. Dochovny.

Very Efficient High Sensitivity Fully Coherent AGPS Signal Processing with Almost No Assistance Requirements. ION GPS 2002, 24-27 September 2002.

2 (прототип). II H. Choi, S.H. Park, D.J. Cho, S.J. Yun; Y.B. Kim, S.J. Lee.

A Novel Weak Signal Acquisition Scheme for Assisted GPS. ION GPS 2002, 24-27 September 2002.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в приемниках навигационных сигналов ГЛОНАСС, GPS и ГАЛИЛЕО, в частности для поиска навигационных сигналов по частоте. Сущность способа состоит в том, что осуществляют когерентное накопление на временном интервале τ_ког по каждой квадратуре и вычисление огибающей принимаемого сигнала, причем вырабатывают на временном интервале, равном τ_ког/2, корреляционные сигналы I и Q, которые задерживают на время τ_ког/2 и через интервал τ_ког получают две пары значений квадратурных сигналов I₁, Q₁ и I₂, Q₂, из которых формируют три результирующие пары значений квадратурных сигналов I₀ Q₀, I₊, Q₊ и L, Q_-, причем первую пару формируют как сумму значений сигналов I₁, I₂ и Q₁, Q₂, вторую и третью пары формируют как сумму I₁, Q₁ и результатов поворота сигнала I₂, Q₂ на угол ±ϕ, вычисляют значения огибающей Z₀, Z₊ и Z_- для каждой результирующей пары квадратурных сигналов и выбирают максимальное по величине значение, которое является выходным сигналом на анализируемой частотно-временной позиции поиска. Технический результат - сокращение времени поиска сигнала за счет расширения полосы отдельного канала для увеличения шага поиска сигнала по частоте при фиксированном значении времени когерентного накопления в квадратурном корреляторе. 2 ил.

Способ поиска навигационных сигналов по частоте, включающий когерентное накопление на временном интервале τ_ког по каждой квадратуре и вычисление огибающей принимаемого сигнала, отличающийся тем, что вырабатывают на временном интервале, равном τ_ког/2, корреляционные сигналы I и Q, которые задерживают на время τ_ког/2 и через интервал τ_ког получают две пары значений квадратурных сигналов I₁, Q₁ и I₂, Q₂, из которых формируют три результирующие пары значений квадратурных сигналов I₀, Q₀, I₊, Q₊ и I_-, Q_-, причем первую пару формируют как сумму значений сигналов I₁, I₂ и Q₁, Q₂, вторую и третью пары формируют как сумму I₁, Q₁ и результатов поворота сигнала I₂, Q₂ на угол ±ϕ, вычисляют значения огибающей Z₀, Z₊ и Z_- для каждой результирующей пары квадратурных сигналов и выбирают максимальное по величине значение, которое является выходным сигналом на анализируемой частотно-временной позиции поиска.