Приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем

 

Изобретение относится к спутниковой радионавигации и может быть использовано в трактах первичной обработки информации приемоиндикаторов двух взаимно-рассинхронизованных глобальных спутниковых радионавигационных систем (СРНС). В приемник аппаратуры потребителей сигналов СРНС, содержащий две антенны, два полосовых фильтра-преселектора, первый-третий малошумящие усилители, СВЧ-коммутатор, опорный термостатированный генератор, выход которого подключен к входу первого формирователя сетки опорных частот, фазовращатель, первый и второй усилители промежуточной частоты, первый и второй блоки автоматической регулировки усиления и аналого-цифровой преобразователь, дополнительно введены третий-седьмой смесители, второй формирователь сетки опорных частот, третий усилитель промежуточной частоты, первый-третий фильтры нижних частот, четвертый полосовой фильтр, первый-третий усилители нижних частот, второй и третий аналого-цифровые преобразователи. Использование предлагаемого устройства обеспечивает возможность одновременного приема и независимой обработки сигналов космических аппаратов СРНС "Глонасс" и "Навстар" в двух разных каналах обработки информации. 4 ил.

Изобретение относится к спутниковой радионавигации и может быть использовано в трактах первичной обработки информации приемоиндикаторов двух взаимно-рассинхронизованных глобальных спутниковых радионавигационных систем (СРНС).

Известен приемник фирмы "Texas Instruments" (США) [1] который включает антенну, антенный усилитель, селектор частот F₁ и f₂, преобразователь частот L диапазона, генератор встроенного контроля частот f₁ и f₂, синтезатор частот, коррелятор и преобразователь частоты, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и устройство предпроцессорной обработки. При этом следует отметить, что на структурной схеме приемника [1] показаны и некоторые другие блоки, которые рассматриваться не будут.

Достоинство данного устройства является возможность работы с космическими аппаратами (КА) системы GPS "Навстар" по коду общего применения (С/А код и высокоточному P коду по частоте f₁ и f₂ (соответственно 1575,42 МГц и 1227,6 МГц). Однако наличие мультиплексирования приводит к снижению соотношения сигнал/шум. Потери при этом составляют примерно 1,5 дБ на один канал, что приводит к снижению помехоустойчивости приемника, в особенности при работе по сигналам P-кода системы GPS "Навстар". Кроме того, приемник [1] не может обеспечить одновременно прием и обработку сигналов двух спутниковых радионавигационных систем типа "Глонасс" и типа GPS "Навстар".

Указанные недостатки частично устранены в комбинированном приемнике сигналов космических аппаратов GPS "Навстар"/"Глонасс" [2] содержащем антенну, малошумящий усилитель, диплексор, разветвитель сигналов, опорный термостатированный генератор, многоступенчатый синтезатор частот, четырехканальный приемный модуль системы "Глонасс", каждый из каналов которого содержит, в свою очередь, свой смеситель, усилитель промежуточной частоты и аналого-цифровой преобразователь.

Такое построение обусловлено тем, что каждый космический аппарат системы "Глонасс" излучает сигнал своей несущей частоты.

Устройство [2] содержит также шестиканальный приемный модуль системы GPS "Навстар", включающий смеситель, усилитель промежуточной частоты и аналого-цифровой преобразователь.

Достоинство комбинированного приемника [2] заключается в возможности работы с сигналом двух спутниковых радионавигационных систем системы "Глонасс" и системы "Навстар". При этом обеспечивается непрерывность и достаточно высокая точность измерения вектора навигационных параметров приемоиндикаторами, в которых используется данный приемник.

Недостатком приемника [2] является наличие сложного многоступенчатого синтезатора частот, который обеспечивает обработку информации К0а системы "Глонасс" путем разбиения рабочей полосы частот на 4 поддиапазона. Такой подход требует существенного усложнения программно-математического обеспечения аппаратуры потребителей для обеспечения оперативного управления переключением рабочих каналов приемника.

Кроме того, применение в приемнике [2] в качестве аналого-цифрового преобразователя (АЦП) двухстороннего предельного ограничителя с последующим преобразованием аналог-цифра приводит к энергетическим потерям, равным 0,96 дБ, а также не позволяет компенсировать негауссовские помехи, которые имеют место, например, при установке аппаратуры потребителей (АП) на высокодинамичных объектах (самолетах, вертолетах, подводных лодках и т.д.).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем [3] содержащий две антенны, два полосовых фильтра-преселектора, первый, второй и третий малошумящие усилители, сверхвысокочастотный коммутатор (СВЧ-коммутатор), опорный термостатированный генератор, формирователь сетки опорных частот, фазовращатель, первый и второй смесители, первый, второй и третий полосовые фильтры, первый и второй усилители промежуточной частоты (УПЧ), первый и второй блоки автоматической регулировки усиления и аналого-цифровой преобразователь, выход которого служит выходом приемника.

Устройство [3] обеспечивает возможность одновременного приема и обработки в диапазоне частот 1574 1621 МГц сигналов космических аппаратов СРНС "Глонасс" и "Навстар", что позволяет производить высокоскорострную и высокоточную обработку сигналов КА в различных классах навигационной аппаратуры потребителей.

Однако, как показывает опыт разработки и эксплуатации устройства [3] одновременная обработка сигналов навигационных спутников в широкой полосе частот Δf 48 МГц) требует для обеспечения необходимой точности работы прибора частоты дискретизации АЦП, равно не менее 100 МГц. Такая высокая величина частоты дискретизации при дальнейшей обработке информации в цифровой форме требует специальных конструктивных и технических мер для обеспечения работоспособности системы в целом, например, при переходе от арсенид-галлиевой технологии, на основе которой реализован АЦП устройства [3] к К-МОП (или БИ КМОП) технологии, на основе которой реализованы узлы остальных блоков навигационной аппаратуры потребителей. Это, в свою очередь, приводит к увеличению потребляемой мощности, габаритных размеров, а также к существенному удорожанию навигационной аппаратуры потребителей.

В предлагаемом устройстве достигнута возможность решения следующих задач: возможность одновременного приема и независимой обработки сигналов космических аппаратов глобальных спутниковых радионавигационных систем "Глонасс" и "Навстар" в двух разных каналах обработки информации и, как следствие, существенного снижения действующих рабочих частот и частоты дискретизации АЦП приемника, возможность повышения технологичности реализации устройства, упрощение технологической реализации аппаратуры потребителей, где используется предлагаемое устройство, и снижение себестоимости ее изготовления.

Указанные преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом достигается за счет того, что в приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем, содержащий две антенны, два полосовых фильтра-преселектора, первый, второй и третий малошумящие усилители (МШУ), СВЧ-коммутатор, опорный термостатированный генератор, выход которого подключен к входу первого формирователя сетки опорных частот, фазовращатель, первый и второй смесители, первый, второй и третий полосовые фильтры, первый и второй усилители промежуточной частоты (УПЧ), первый и второй блоки автоматической регулировки усиления (АРУ) и аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом приемника, дополнительно введены третий - седьмой смесители, второй формирователь сетки опорных частот, третий усилитель промежуточной частоты, первый третий фильтры нижних частот (ФНЧ), четвертый полосовой фильтр, первый третий усилители нижних частот(УНЧ), второй и третий аналого-цифровые преобразователи. Вход первой антенны соединен с входом первого фильтра-преселектора, выходом соединенного с входом первого малошумящего усилителя, выход которого соединен с первым входом СВЧ-коммутатора. Второй вход СВЧ-коммутатора подключен к выходу второго малошумящего усилителя, входом соединенного с выходом второго фильтра-преселектора, вход которого соединен с выходом второй антенны. Выход СВЧ-коммутатора подключен к входу третьего малошумящего усилителя, выходом подключенного одновременно к первым входам первого и второго смесителей. Выход первого смесителя соединен с первым входом первого полосового фильтра, соединенного выходом с первым входом первого усилителя промежуточной частоты, выход которого подключен к первому входу третьего смесителя, выходом подключенного к входу второго полосового фильтра. Выход второго полосового фильтра подключен к первому входу четвертого смесителя, выходом подключенного к входу первого фильтра нижних частот, выходом соединенного с первым входом первого усилителя нижних частот. Прямой и инверсный выходы первого УНЧ подключены соответственно к первому и второму информационным входам первого аналого-цифрового преобразователя, причем прямой выход первого УНЧ подключен к входу первого блока автоматической регулировки усиления. Выход первого блока АРУ соединен одновременно со вторым входом первого УВЧ и вторым входом первого УНЧ. Выход первого аналого-цифрового преобразователя служит первого формирователя сетки опорных частот (ФСОЧ 1) соединен со вторым входом первого смесителя, второй выход ФСОЧ 1 соединен со вторым входом третьего смесителя, третий выход указанного блока со вторым входом четвертого смесителя, четвертый выход ФСОЧ 1 подключен к управляющему входу первого аналого-цифрового преобразователя. Выход второго смесителя подключен к входу третьего полосового фильтра, выходом соединенного с первым входом второго УПЧ. Выход второго УПЧ соединен с первым входом пятого смесителя, выходом подключенного к входу четвертого полосового фильтра. Выход четвертого полосового фильтра соединен с первым входом третьего УПЧ, выход которого подключен одновременно к первым входам шестого и седьмого смесителей. Выход шестого смесителя соединен с входом второго фильтра нижних частот, выходом соединенного с первым входом второго усилителя нижних частот, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первому и второму информационным входам второго АЦП. Прямой выход второго УНЧ соединен также с входом второго блока АРУ, выход которого соединен со вторым входом второго и третьего усилителей промежуточной частоты. Выход седьмого смесителя соединен с входом третьего ФНЧ, выходом подключенного к входу третьего УНЧ, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первым и вторым информационными входами третьего АЦП. Первый выход второго формирователя сетки опорных частот (ФСОЧ 2) подключен ко второму входу второго смесителя, второй выход ФСОЧ 2 соединен со вторым входом пятого смесителя, третий выход ФСОЧ 2 подсоединен одновременно ко второму входу шестого смесителя и входу фахзовращателя, выходом соединенного со вторым входом седьмого смесителя. Четвертый выход ФСОЧ 2 соединен одновременно с входами управления соответственно второго и третьего АЦП. Выходы второго и третьего АЦП являются выходами соответственно синфазной и квадратурной составляющих второго информационного канала заявляемого устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема приемника аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем; на фиг. 2 структурная схема первого формирователя сетки опорных частот; на фиг. 3 структурная схема первого многоступенчатого делителя частоты; на фиг. 4 - вариант реализации узла аналого-цифрового преобразователя.

Согласно изобретению приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем (фиг. 1) содержит антенну 1, выход которой подключен к входу широкополосного фильтра-преселектора 2, выходом соединенного с входом первого малошумящего усилителя 3, выходом соединенного с первым входом СВЧ-коммутатора 4. Второй вход СВЧ-коммутатора 4 подключен к выходу второго малошумящего усилителя 5, вход которого подсоединен к выходу второго широкополосного фильтра-преселектора 6, входом подключенного к выходу второй (выносной) антенны 7. Выход СВЧ-коммутатора 4 подключен к входу третьего малошумящего усилителя 8, выходом соединенного одновременно с первым входом первого смесителя 9 и второго смесителя 10. Выход смесителя 9 подключен к первому входу первого полосового фильтра 11, соединенного выходом с первым входом первого усилителя 12 промежуточной частоты, выход которого подключен к входу третьего смесителя 13, выходом подключенного к входу второго полосового фильтра 14. Выход полосового фильтра 14 соединен с первым входом четвертого смесителя 15, выходом соединенного с входом первого фильтра 16 нижних частот, выход которого подключен к входу первого усилителя 17 нижних частот, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первым и вторым информационными входами первого аналого-цифрового преобразователя 18. Прямой выход УНЧ 17 подключен также к входу блока 19 автоматической регулировки усиления, выход которого подсоединен одновременно ко второму входу УПЧ 12 и второму входу УНЧ 17. Второй вход смесителя 9 подключен к первому выходу первого формирователя 20 сетки опорных частот, второй выход которого подключен ко второму входу смесителя 13, третий ко второму входу смесителя 15. Вход первого формирователя 20 сетки опорных частот подсоединен одновременно к входу второго формирователя 21 опорных частот и выходу опорного термостатированного генератора 22. Выход второго смесителя 10 подсоединен к входу третьего полосового фильтра 23, выходом подключенного к первому входу усилителя 24 промежуточной частоты, выходом соединенного с первым входом смесителя 25. Выход смесителя 25 подключен к входу полосового фильтра 26, выходом подключенного к первому входу усилителя 27 промежуточной частоты, выходом подсоединенного к первым входам шестого смесителя 28 и седьмого смесителя 29. Выход смесителя 28 подключен к входу фильтра 30 нижних частот, выходом соединенного с входом усилителя 31 нижних частот, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первому и второму информационным входам АЦП 32. Прямой выход УНЧ 31 соединен также с первым входом второго блока 33 автоматической регулировки усиления, выходом подключенного одновременно ко вторым входам усилителей 24 и 27 промежуточной частоты.

Выход смесителя 29 подключен к входу фильтра 34 нижних частот, выходом соединенного с входом усилителя 35 нижних частот, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первому и второму информационным входам АЦП 36.

Первый вход второго формирователя 21 сетки опорных частот подключен ко второму входу смесителя 10, второй выход к второму входу смесителя 25. Третий выход блока ФСОЧ 21 подключен одновременно ко второму входу смесителя 28 и фазовращателя 37, выход которого подключен ко второму входу смесителя 29. Четвертый выход блока ФСОЧ 21 подключен одновременно к входам управления АЦП 32 и 36.

Выход АЦП 18 является выходом первого информационного канала приемника; выходы АЦП 32 и 36 являются выходами соответственно синфазной и квадратурной составляющих второго информационного канала приемника.

Формирователь 20 сетки опорных частот (фиг. 1 и 2) содержит импульсный фазовый детектор 38 и частотный детектор 39, первые входы которых объединены между собой и подключены к выходу опорного термостатированного генератора 22. Выходы блоков 38 и 39 соединены с первым и вторым входами сумматора 40, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами ключей 41 и 42. Вторые управляющие входы ключей 41 и 42 подключены соответственно к положительному потенциалу питающего напряжения и нулевому потенциалу. Выходы ключей 41 и 42 объединены между собой и соединены с входом фильтра 43 нижних частот, поддерживая таким образом на входе указанного фильтра стабильный входной ток. Выход фильтра 43 подключен к входу генератора 44, управляемого напряжением (ГУН), выход которого подключен одновременно к блоку смесителя 9 и к выходу многоступенчатого делителя 45 частоты, первый выход 2 которого подключен к вторым входам блоков 38 и 39, образуя тем самым кольцо фазовой автоподстройки частоты. Второй выход делителя 45 подключен к блоку смесителя 13, третий к блоку смесителя 15, четвертый у управляющему входу АЦП 18.

Многоступенчатый делитель 45 частоты ( фиг. 2 и 3) содержит счетчик-делитель (N5) 46, тактовый вход которого соединен с выходом ГУН 44 и является входом многоступенчатого делителя 45 частоты. Выход счетчика-делителя 46 подключен одновременно к тактовым входам T-триггера 47, счетчика-делителя (N 9) 48 и счетчика-делителя (N 28) 49. Выход ГУН 44 соединен также с тактовым входом счетчика-делителя (N 56) 50. Выход T-триггера 47 подключен к входу смесителя 13, выход счетчика-делителя 48 соединен с входом смесителя 15, выход счетчика-делителя 49 соединен с вторыми входами импульсного фазового детектора 38 и частотного детектора 39 соответственно. Кроме того, выход счетчика-делителя 50 соединен с входом управления аналого-цифрового преобразователя 18.

При этом следует заметить, что формирователь 21 сетки опорных частот имеет аналогичную структуру и состав блоков и отличается только номиналами формируемых опорных частот.

Аналого-цифровой преобразователь 18 (фиг. 1 и 4) включает компараторы 51 и 52, интегратор 53, элемент ИЛИ 54. Первый вход компаратора 51 соединен с прямым выходом усилителя 17 нижних частот, инверсный выход последнего подключен к первому входу компаратора 52. Выход компаратора 51 является первым выходом приемника (выход I₁), причем он соединен также с первым входом элемента ИЛИ 54. Выход компаратора 52 является вторым выходом первого информационного канала приемника (выход I₂), причем он соединен с вторым входом элемента ИЛИ 54. Выход элемента ИЛИ 54 подключен к выходу интегратора 53, выход которого соединен одновременно с вторыми входами компараторов 51 и 52. Третьи (управляющие) компараторов 51 и 52 подключены к соответствующему выходу формирователя 20 сетки опорных частот.

При этом следует заметить, что АЦП 32 и 36 имеют аналогичную структуру и состав элементов.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На вход антенны приемника поступают сигналы космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем "Глонасс" и "Навстар" (S_i(t), которые в общем случае имеют вид где A(t) флуктуирующая в точке приема амплитуда сигнала КА; P_i(t) псевдослучайная огибающая сигнала i-го КА; D_i(t) навигационное сообщение i-го КА; ω_i несущая частота i-го КА; Δω_i значение доплеровского сдвига частоты; t текущее время;
ϕ_i начальная фаза несущей i-го КА.

Амплитудно-частотная характеристика приемного тракта предлаемого устройства определяется спектрами частот принимаемых сигналов. Спектр частот сигналов системы КА GPS "Навстар" при работе по коду общего применения С/А составляет (1575,42±1,023)МГц, а спектр частот сигналов КА системы "Глонасс" при работе по кодам пониженной и высокой точности (соответственно ПТ и ВТ) составляет (1597 1620,6) МГц. Это означает, что общая полоса частот принимаемых сигналов равна 1574,4 ≅ Δf ≅ 1620,6 МГц, т.е. занимаемая полоса частот Δf составляет примерно 50 МГц.

С выхода антенны 1, которая встроена непосредственно в аппаратуру потребителей, сигнал поступает на вход широкополосного фильтра-преселектора 2, который служит для ограничения полосы частот принимаемых сигналов в диапазоне 1574,4 1621 МГц. Указанный фильтр, который может быть выполнен, например, на объемных диэлектрических резонаторах, реализует аппроксимацию Баттерворта или Кауэра с линейной фазо-частотной характеристикой (ФЧХ) в полосе пропускания, при этом порядок фильтра равен четырем. Такой подход приводит к тому, что отсутствует необходимость использования специального калибратора для обеспечения минимальной неравномерности времени группового запаздывания для сигналов КА с различными несущими частотами. С выхода фильтра 2 сигнал поступает на вход малошумящего усилителя 3, где происходит предварительное усиление сигнала, который затем поступает на первый вход СВЧ-коммутатора 4. Указанный СВЧ-коммутатор 4, который может быть выполнен, например, на p-i-n диодах, обеспечивает возможность работы по одной из антенн либо по внутренней (встраиваемой в аппаратуру потребителей), либо по внешней (выносной). При этом СВЧ-коммутатор 4 реализован таким образом, что при подключении внешней антенны отключаются блоки 1, 2 и 3 и осуществляется работа только на внешнюю антенну.

С выхода выносной антенны 7 сигнал поступает на вход широкополосного фильтра-преселектора 6, назначение, тип и параметры которого аналогичны фильтру 2. С выхода фильтра 6 сигнал поступает на вход малошумящего усилителя 5, функции которого аналогичны функциям устройства 3. Малошумящие усилители 3 и 5 выполнены на основе арсенид-галлиевых транзисторов с барьером Шоттки. Параметры МШУ 3 и 5 таковы: коэффициент усиления 35 дБ; диапазон принимаемых частот 1 8 ГГц при неравномерности амплитудно-частотной характеристики 1 дБ и коэффициента шума 1,5 дБ. Выход МШУ 5 соединен с вторым входом СВЧ-коммутатора 4. Параметры СВЧ-коммутатора 4, выполненного на основе p-i-n диодов типа 2А547А, таковы: полоса допустимых рабочих частот 0,6 9 ГГц; величина потерь пропускания открытого канала 1,5 дБ; коэффициент стоячей волны равен 1,8.

В дальнейшем сигнал с выхода СВЧ-коммутатора 4 поступает на вход малошумящего усилителя 8, параметры которого аналогичны МШУ 3 и 5. Он предназначен для дальнейшего усиления принимаемых сигналов КА глобальных косметических систем "Глонасс" и "Навстар".

С выхода МШУ 8 сигналы двух систем обрабатываются в отдельных независимых каналах. Такая обработка обеспечивается с помощью выбора соответствующих номиналов частот, поступающих на блоки смесителей, а также параметров фильтров приемно-усилительных трактов обработки сигналов.

Сигнал, поступающий на первый вход смесителя 9 занимает полосу частот в диапазоне 1574,4 1621 МГц. С первого выхода блока ФСОЧ1 на второй вход смесителя 9 поступает сигнал частотой 1400 МГц. Таким образом, на выходе смесителя 9 образуется сигнал разностной частоты f_пр1 f_c - f_г, занимающий спектр частот в диапазоне 174.221 МГц, который поступает на полосовой фильтр 12. С помощью полосового фильтра 12 предлагаемое устройство выделяет спектр частот, излучаемый системы GPS "Навстар", т.е. полоса пропускания полосового фильтра 11 равна 174,4 176,4 МГц; сигналы КА системы "Гланасс" на выходе блока 11, а также побочные продукты преобразования смесителя 9 подавляются. Для решения этой задачи в качестве блока 11 используется фильтр Кауэра 6 порядка. В дальнейшем полезный сигнал усиливается с помощью УПЧ 12 и поступает на первый вход смесителя 13, на второй вход которого с второго выхода блока ФСОЧ1 20 поступает частота гетеродина, равна 140 МГц. На выходе смесителя 13 образуется спектр сигналов КА системы "Навстар" в диапазоне 34,4 36,6 МГц, который проходит через полосовой фильтр 14, где отфильтровываются побочные продукты преобразования смесителя 13 (полезный сигнал в диапазоне 34,4 36,6 МГц) проходит через указанный фильтр практически без потерь). С выхода блока 14 полезный преобразованный сигнал поступает на первый вход смесителя 15, на второй вход которого проходит опорный сигнал с блока ФСОЧ1 20, равный f_г 31,1 МГц. На выходе смесителя 15 образуется полезный сигнал в диапазоне низких частот, равном 3,3 5,5 МГц, который поступает на фильтр нижних частот 16 с частотой среза
f_c 5,3 МГц, с выхода которого отфильтрованный сигнал проходит на вход усилителя 17 нижних частот, который служит для дальнейшего усиления сигналов КА системы "Навстар".

Для обеспечения постоянства коэффициента усиления в заданных пределах используется блок 19 автоматической регулировки усиления, который охватывает усилитель 12 промежуточной частоты и усилитель 17 нижних частот.

С прямого и инверсного выходов усилителя 17 нижних частот преобразованный и усиленный сигнал поступает на первый и второй информационные входы АЦП 18. После аналого-цифрового преобразования на выходах I₁ и I₂ АЦП 18 образуется синфазная (действительная цифровая составляющая преобразованного входного сигнала приемника аппаратуры потребителей CPHC.

Во втором информационном канале обработка сигналов осуществляется следующим образом.

Сигнал, поступивший на первый вход смесителя 10, занимает полосу частот в диапазоне 1574,4 1621 МГц. С первого выхода блока ФСОЧ2 21 на второй вход смесителя 10 поступает сигнал частотой 1400 МГц. Таким образом, на выходе смесителя 10 образуется сигнал разностной частоты f_пр2 f_c - f_г, занимающий спектр частот в диапазоне 174 221 МГц, который поступает на вход полосового фильтра 23. С помощью полосового фильтра 23 предлагаемое устройство выделяет спектр частот, излучаемый космическими аппаратами системы "Гланасс", т.е. полоса пропускания полосового фильтра 23 равна 197 221 МГц. Сигналы КА системы "Навстар" на выходе блока 23, а также побочные продукты преобразования смесителя 10 подавляются. Для решения этой задачи используются фильтр Кауэра 7-го порядка. В дальнейшем полезный сигнал усиливается с помощью УПЧ 24 и поступает на первый вход смесителя 25, на второй вход которого с второго выхода блока ФСОЧ 21 поступает частота гетеродина, равная 140 МГц. На выходе смесителя 25 образуется спектр сигналов КА системы "Глонасс" в диапазоне 57 81 МГц, который проходит через полосовой фильтр 26, где отфильтровываются побочные продукты преобразования смесителя 25 (полезный сигнал в диапазоне 57 81 МГц проходит через указанный фильтр без потерь). С выхода фильтра 26 сигнала усиливается с помощью УПЧ 27 и поступает на выходы смесителей 28 и 29, который выполнены по балансной схеме и представляют собой квадратурные преобразователи входного сложного фазоманипулированного сигнала. Для этой цели с третьего выхода блока ФСОЧ2 21 сигнал частотой 70 МГц поступает на второй вход смесителя 28, а также этот же сигнал со сдвигом на (с помощью фазовращателя 37) проходит на второй вход смесителя 29. На выходе смесителей 28 и 29 имеет место сигнал разностной частоты с шириной спектра 13 МГц и образованием в канале блока 28 синфазной (косинусной), а в канале блока 29 квадратурной (синусной) составляющей входного сигнала. Выход смесителей 28 и 29 подключен соответственно к входу фильтров 30 и 34 нижних частот с частотой среза
f_c 13 МГц (по уровню 2 дБ) и линейной фазо-частотной характеристикой. Выходы ФНЧ 30 и 34 подключены соответственно к входам усилителей 31 и 35 нижних частот для дальнейшего усиления полезного сигнала КА системы "Глонасс".

Для обеспечения постоянства коэффициента усиления в заданных пределах используется блок 33 автоматической регулировки усиления. Выход блока 33 соединен одновременно с вторыми входами усилителей 24 и 27 промежуточной частоты. Глубина регулировки блоков АРУ 19 и 33 составляет 25 дБ.

С прямого и инверсного выходов усилителя 31 нижних частот синфазная составляющая сигнала поступает на первый и второй информационные входы блока АЦП 32, а квадратурная составляющая поступает на первый и второй информационные входы блоки АЦП 36. После аналого-цифрового преобразования на выходах I₁ и I₂ блока АЦП 32 образуется синфазная, а на выходах Q₁ и Q₂ блока АЦП 36 соответственно квадратурная цифровая составляющая входного сигнала КА системы "Глонасс".

Достоинством блоков АЦП 18, 32 и 36 является свойство адаптивности, т.е. пороговые уровни напряжения, с которыми сравниваются входные сигналы при оцифровке, не фиксированы, а формируются путем логического сложения по ИЛИ и интегрирования. Это свойство АЦП позволяет увеличить или уменьшить пороги сравнения в зависимости от спектральных свойств входного сигнала.

Такая реализация существенно увеличивает помехозащищенность системы, при воздействии гармонических (негауссовых) или сосредоточенных импульсных помех, при этом частота дискретизации блоков 18, 32 и 36 равна 25 МГц.

Применение в предлагаемом устройстве балансных смесителей на основе схемы с квазилинейным сдвигом частоты, а также фильтров с линейной фазо-частотной характеристикой позволяет обеспечить минимальную величину неравномерности группового времени запаздывания Δτ для всех сигналов КА систем "Глонасс" и "Навстар" (примерно 1,5 нс). Такая величина Dt позволяет существенно снизить систематическую погрешность вектора навигационных параметров аппаратуры потребителей, где применяется заявляемое устройство.

По сравнению с устройством-прототипом [3] в предлагаемом приемнике аппаратуры потребителей сигналов глобальной спутниковых радионавигационных систем достигнута возможность одновременного приема и независимой обработки сигналов космических аппаратов CRHC "Навстар и "Глонасс" в двух каналах обработки информации.

Такой подход позволяет существенно снизить промежуточные частоты приемно-усилительного тракта, а также уменьшить в 4 раза частоту дискретизации аналого-цифровых преобразователей по сравнению с устройством-прототипом [3] Уменьшение диапазона рабочих частот в независимых каналах приемно-усилительного тракта позволяет уменьшить примерно на 40 процентов требования к коэффициенту прямоугольности полосовых фильтров промежуточной частоты (по сравнению с полосовыми фильтрами, используемыми в устройстве-прототипе [3]).

Снижение частоты дискретизации блоков АЦП позволяет выполнить указанные блоки на основе К-МОП технологии (а не на арсенид-галлиевой как в устройстве-прототипе). Это, во-первых, не требует использования специальной схемы преобразователя уровней для перехода от арсенид-галлиевой схемы к К-МОП схемам, на основе которых реализованы узлы сигнального процессора аппаратуры потребителей сигналов CPHC; во-вторых, как следствие, повышается технологичность изготовления приемоиндикаторов и снижается себестоимость, так как арсенид-галлиевые АЦП очень дорогие.

Обработка сигналов КА в двух независимых каналах дает возможность существенно проще, чем в случае использования устройства-прототипа [3] реализовать режим автоматического контроля целостности космического сегмента (одно из ключевых требований к современной аппаратуре потребителей сигналов CPHC).

Предлагаемая реализации позволяет контролировать исправность большого числа космических аппаратов двух систем (что достаточно сложно при работе в одном канале как в устройстве [3] так как требует увеличения производительности центрального вычислителя приемоиндикатора и реализации нетривиальных алгоритмов обработки информации.

Таким образом, все задачи, поставленные в заявке, можно считать выполненными.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Абросимов В. Н, Алексеева В. И. Гребенко Ю. А. Лукин В. Н. Мищенко Н. Н. Новиков И. А. Использование системы "Navstar" для определения угловой ориентации объектов. Зарубежная радиоэлектроника, N 1, 1989, с. 49, рис.2 (укрупненная структурная схема мультиплексного приемника фирмы "Texas Instrumenfs", США).

2. Raymond A. Eastwood "An Integrated GPS/Glonass receiver" Navigation (USA), 1990, N 2, p. 141 151.

3. Басюк М. Н, Осетров П. А. Сиренко В. Г, Смаглий А. М. Приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационный систем. Решение о выдаче патента от 14.06.95 по заявке N 94031534/09, прототип.

Формула изобретения

Приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем, содержащий две антенны, два полосовых фильтра-преселектора, первый третий малошумящие усилители, сверхвысокочастотный коммутатор, опорный термостатированный генератор, выход которого подключен к входу первого формирователя сетки опорных частот, фазовращатель, первый и второй смесители, первый третий полосовые фильтры, первый и второй усилители промежуточной частоты, первый и второй блоки автоматической регулировки усиления и аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом приемника, отличающийся тем, что в него дополнительно введены третий седьмой смесители, второй формирователь сетки опорных частот, третий усилитель промежуточной частоты, первый третий фильтры нижних частот, четвертый полосовой фильтр, первый третий усилители нижних частот, второй и третий аналого-цифровой преобразователи, причем выход первой антенны соединен с входом первого фильтра-преселектора, выход которого соединен с входом первого малошумящего усилителя, выход которого соединен с первым входом СВЧ-коммутатора, второй вход которого подключен к выходу второго малошумящего усилителя, входом соединенного с выходом второго фильтра-преселектора, вход которого соединен с выходом второй антенны, выход СВЧ-коммутатора подключен к входу третьего малошумящего усилителя, выходом подключенного одновременно к первым входам первого и второго смесителей, выход первого смесителя соединен с входом первого полосового фильтра, соединенного выходом с входом первого усилителя промежуточной частоты, выход которого подключен к первому входу третьего смесителя, выходом подключенного к входу второго полосового фильтра, выход которого подключен к первому входу четвертого смесителя, выходом подключенного к входу первого фильтра нижних частот, выходом подключенного к первому входу первого усилителя нижних частот, прямой и инверсный выходы которого соответственно подсоединены к первому и второму информационным входам первого аналого-цифрового преобразователя, который является выходом первого информационного канала приемника, причем прямой выход первого усилителя нижних частот подключен также к входу блока автоматической регулировки усиления, выход которого подключен одновременно к второму входу первого усилителя промежуточной частоты и второму входу первого усилителя нижних частот, первый выход первого формирователя сетки опорных частот подключен к второму входу первого смесителя, второй выход первого формирователя сетки опорных частот подсоединен к второму входу третьего смесителя, третий выход первого формирователя сетки опорных частот соединен с вторым входом четвертого смесителя, четвертый выход первого формирователя сетки опорных частот подключен к управляющему входу первого аналого-цифрового преобразователя, причем выход второго смесителя подключен к входу третьего полосового фильтра, выходом подсоединенного к первому входу второго усилителя промежуточной частоты, выходом соединенного с первым входом пятого смесителя, выходом подключенного к входу четвертого полосового фильтра, выходом соединенного с первым входом третьего усилителя промежуточной частоты, выход которого подключен одновременно к первым входам шестого и седьмого смесителей, выход шестого смесителя подключен к входу второго фильтра нижних частот, выходом подключенного к входу второго усилителя нижних частот, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первому и второму информационным входам второго аналого-цифрового преобразователя, причем прямой выход второго усилителя нижних частот подключен также к входу второго блока автоматической регулировки усиления, выходом соединенного с вторыми входами второго и третьего усилителей промежуточной частоты, причем выход седьмого смесителя подсоединен к входу третьего фильтра нижних частот, выходом соединенного с входом третьего усилителя нижних частот, прямой и инверсный выходы которого подсоединены соответственно к первому и второму информационным входам третьего аналого-цифрового преобразователя, причем первый выход второго формирователя сетки опорных частот подключен к второму входу второго смесителя, второй выход второго формирователя сетки опорных частот соединен с вторым входом пятого смесителя, третий выход второго формирователя сетки опорных частот подсоединен одновременно к второму входу шестого смесителя и входу фазовращателя, выходом подключенного к второму входу седьмого смесителя, четвертый выход второго формирователя сетки опорных частот подключен одновременно к входам управления соответственно второго и третьего аналого-цифровых преобразователей, выходы второго и третьего аналого-цифровых преобразователей являются выходами соответственно синфазной и квадратурной составляющих второго информационного канала приемника аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4