Интегрированный приемник сигналов спутниковых радионавигационных систем

 

Изобретение относится к области радионавигации, а конкретно - к приемникам сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС) GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1. Приемник содержит связанные между собой радиочастотный преобразователь, N канальный цифровой коррелятор, вычислитель, а также формирователь сигналов меток времени. Формирователь сигналов меток времени содержит счетчик, первый вход которого является входом тактового сигнала, а выход - выходом сигналов собственных меток времени приемника. С первым входом счетчиком связаны формирователь сигнала загрузки периода, второй вход и выход которого связаны с выходом и вторым входом счетчика, а также первый и второй блоки синхронизации, сигнальные входы которых являются входами сигналов первой и второй внешних меток времени приемника. С третьим входом счетчика связан регистр периода, вход которого связан шиной обмена данными с вычислителем. С выходом счетчика связан также коммутатор, другой сигнальный вход которого связан с выходом первого блока синхронизации, при этом управляющий вход коммутатора соединен с выходом регистра управления коммутатором, вход которого связан посредством шины обмена данными с вычислителем. Выход коммутатора, являющийся выходом измерительных стробов формирователя сигналов меток времени, связан с соответствующими входами каналом N канального цифрового коррелятора. С выходами разрядов счетчика и выходом второго блока синхронизации связан регистр временного положения второй внешней метки времени, выход которого является дополнительным выходом формирователя сигналов меток времени. Технический результат заключается в возможности синхронизировать процессы корреляционной обработки и решения навигационной задачи относительно внешних временных сигналов. 5 ил.

Изобретение относится к области радионавигации, а конкретно - к интегрированной аппаратуре потребителей, работающей по сигналам спутниковых радионавигационных систем (СРНС), а именно, GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия), и осуществляющей формирование сигналов определения местоположения, сигналов синхронизации и высокоточных сигналов меток времени, привязанных к шкале времени СРНС.

Аппаратура потребителей, работающая по сигналам ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) [1] и GPS (Global Position System) [2], используется для определения координат (широты, долготы, высоты) и скорости перемещения объекта, а также для формирования сигналов точного времени. При этом, использование сигналов частотного диапазона L1 с кодовой модуляцией С/А кодом - кодом "стандартной точности" - обеспечивает "стандартную" точность местоопределения.

К классу аппаратуры, работающей по сигналам СРНС частотного диапазона L1 с кодовой модуляцией С/А кодом, относится и заявляемый интегрированный приемник.

Основные различия между GPS и ГЛОНАСС состоят в использовании различных, хотя и соседних частотных диапазонов, использовании отличающихся псевдошумовых модулирующих кодов и использовании, соответственно, кодового и частотного разделения сигналов различных спутников в системе. Так, в GPS в диапазоне частот L1 спутники излучают модулированные различными псевдошумовыми кодами сигналы на одной несущей частоте 1575,42 МГц, а спутники ГЛОНАСС излучают модулированные одним и тем же псевдошумовым кодом сигналы на различных несущих (литерных) частотах, лежащих в соседней частотной области. При этом номиналы литерных частот в ГЛОНАСС формируются по правилу: f_i = f₀+iΔf_j, где f_i - номиналы литерных частот; f₀ - нулевая литерная частота; i - номера литерных частот; Δf - интервал между литерными частотами.

Для частот рассматриваемого диапазона L1: f₀ = 1602 МГц, Δf = 0,5625 МГц.

Распределение литерных частот среди функционирующих спутников ГЛОНАСС задается альманахом, передаваемым в кадре служебной информации. Литерные частоты вводятся в соответствии с "Интерфейсным контрольным документом" [1]. В настоящее время используются литерные частоты диапазона i = 0 - 12, в дальнейшем предусматривается переход к литерным частотам диапазона i =-7 - 4.

Различия между сигналами спутников GPS и ГЛОНАСС, вытекающие из кодового разделения при одной несущей в GPS и частотного разделения при нескольких несущих в ГЛОНАСС, обуславливают различия в технических средствах, с помощью которых осуществляется прием и преобразование сигналов этих систем.

Известен, см. , например, [3, фиг.1], приемник сигналов GPS, содержащий последовательно соединенные радиочастотный преобразователь и блок цифровой корреляционной обработки, связанный с вычислителем, при этом в состав радиочастотного преобразователя входят малошумящий усилитель, фильтр, смеситель, усилитель первой промежуточной частоты, квадратурный смеситель, два квантователя соответственно синфазного и квадратурного каналов, формирователь сигнала первой гетеродинной частоты и блок деления частоты, формирующий из сигнала первой гетеродинной частоты сигнал второй гетеродинной частоты. Приемник решает техническую задачу приема и цифровой обработки сигналов GPS для целей осуществления радионавигационных измерений. Приемник не позволяет решить задачу приема сигналов ГЛОНАСС.

Известен, см. , например, [4, с. 146-148, рис. 9.2], приемник сигналов ГЛОНАСС ("одноканальная аппаратура потребителей "АСН-37" системы ГЛОНАСС"). Приемник содержит малошумящий усилитель-преобразователь, радиочастотный преобразователь, устройство цифровой обработки и связанный с ними посредством преобразователя-интерфейса вычислитель. В состав малошумящего усилителя-преобразователя входят полосовые фильтры, усилитель, смеситель. В состав радиочастотного преобразователя входят усилитель промежуточной частоты, фазовый демодулятор, смеситель с фазовым подавлением зеркального канала, ограничитель и синтезатор литерных частот, работающий от опорного генератора 5,0 МГц. В состав устройства цифровой обработки входят генератор псевдослучайной последовательности (ПСП) с цифровым генератором тактовой частоты ПСП, цифровой генератор доплеровского сдвига частоты несущей, преобразователь фаза-код с накопителем цифровых выборок. Устройство цифровой обработки работает от опорного генератора 5,0 МГц. Вычислитель (навигационный процессор) содержит микропроцессор серии 1806ВМ2, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство. Синтезатор литерных частот формирует свои выходные сигналы в соответствии с литерными частотами принимаемых сигналов. Шаг литерных частот, формируемых синтезатором, составляет 0,125 МГц. Сигнал первой гетеродинной частоты формируется в результате умножения частоты выходного сигнала синтезатора на четыре, а сигнал второй гетеродинной частоты - в результате деления частоты выходного сигнала синтезатора на два. Приемник решает техническую задачу приема и цифровой обработки сигналов ГЛОНАСС для целей осуществления радионавигационных измерений. Приемник не позволяет решить задачу приема сигналов GPS.

Несмотря на различия, существующие между системами GPS и ГЛОНАСС, их близость по назначению, баллистическому построению орбитальной группировки спутников и используемому частотному диапазону позволяет решать задачи построения интегрированной аппаратуры потребителей, работающей по сигналам этих двух систем. Достигаемый при этом результат состоит в повышении надежности, достоверности и точности определения местоположения, в частности, за счет возможности выбора рабочих созвездий спутников с лучшими значениями геометрических факторов [4, с. 160].

Известен, см., например, [4, с. 158-161, рис. 9.8], интегрированный приемник одноканальной аппаратуры потребителей, работающей по сигналам GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1. Интегрированный приемник содержит радиочастотный преобразователь сигналов GPS и ГЛОНАСС, опорный генератор, средства для корреляционной обработки сигналов и средства для вычислений. В состав радиочастотного преобразователя входят частотный разделитель ("диплексер"), осуществляющий частотное разделение сигналов GPS и ГЛОНАСС, полосовые фильтры несущих и малошумящие усилители каналов GPS и ГЛОНАСС, коммутатор, подающий на сигнальный вход первого смесителя сигналы GPS или ГЛОНАСС, коммутатор, подключающий на опорный вход первого смесителя сигнал первого гетеродина для преобразования сигналов GPS или ГЛОНАСС. За счет соответствующего формирования частоты первого гетеродина первая промежуточная частота является постоянной для сигналов GPS и ГЛОНАСС и весь дальнейший тракт приемника, включающий второй смеситель и блок аналого-цифрового преобразования, реализуется как общий для этих сигналов. В состав средств для корреляционной обработки сигналов входят мультиплексор с постоянным запоминающим устройством, цифровой генератор литерных частот, генератор ПСП и цифровой коррелятор. В приемнике реализован мультиплексный (поочередный) режим работы по сигналам обеих систем GPS и ГЛОНАСС. Приемник не позволяет реализовать параллельную (многоканальную) обработку сигналов GPS и ГЛОНАСС, что увеличивает время, затрачиваемое на получение навигационной информации.

Известен интегрированный приемник сигналов СРНС [5], в котором решается задача одновременного приема и многоканальной (параллельной) корреляционной обработки сигналов GPS и ГЛОНАСС с формированием выходных данных (отсчетов), привязанных к определенным меткам времени, формируемым в приемнике. Функционально законченная часть этого интегрированного приемника, обеспечивающая прием и обработку сигналов GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона LI, известная из [5], принята в качестве прототипа.

Обобщенная структурная схема интегрированного приемника сигналов СРНС, принятого в качестве прототипа, представлена на фиг. 1.

Приемник-прототип содержит (фиг. 1) радиочастотный преобразователь 1, вход которого образует сигнальный вход приемника ("GPS - ГЛОНАСС - L1"), N канальный цифровой коррелятор 2, содержащий каналы 3 (3₁, 3₂,..., 3_N), сигнальные и тактовые входы которых соединены с соответствующими сигнальными и тактовым выходами ("GPS", "ГЛОНАСС", "Fт") радиочастотного преобразователя 1, вычислитель 4, связанный шиной обмена данными с каждым из N каналов 3 коррелятора 2, а также формирователь 5 сигналов меток времени, управляющий вход которого связан шиной обмена данными с вычислителем 4, тактовый вход связан с тактовым выходом (выходом тактового сигнала) радиочастотного преобразователя 1, а выход измерительных стробов - с соответствующими входами измерительных стробов каждого из N каналов 3 коррелятора 2.

Формирователь 5 сигналов меток времени содержит счетчик 6, регистр 7 периода и формирователь 8 сигнала загрузки периода.

Первый вход счетчика 6, являющийся входом тактового сигнала формирователя 5 меток времени, соединен с первым входом формирователя 8. Выход счетчика 6, являющийся выходом сигналов формируемой метки времени ("MB") интегрированного приемника (собственной метки времени приемника), соединен с вторым входом формирователя 8.

В приемнике-прототипе сигналы метки времени, формируемые счетчиком 6, используются как измерительные стробы. Эти сигналы с выхода измерительных стробов формирователя 5 поступают на соответствующие входы каналов 3 коррелятора 2.

Второй вход счетчика 6 соединен с выходом формирователя 8, который осуществляет синхронизацию записи периода формируемой метки времени. Третий вход счетчика 6 соединен с выходом регистра 7. Вход регистра 7, связанный с вычислителем 4, является управляющим входом формирователя 5.

Радиочастотный преобразователь 1 содержит входной блок, блок первого преобразования частоты сигналов GPS и ГЛОНАСС, первый и второй каналы второго преобразования частоты сигналов соответственно GPS и ГЛОНАСС, а также аппаратуру формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот (на фиг. 1 не показаны). Входной блок радиочастотного преобразователя 1, осуществляющий предварительную фильтрацию входных сигналов GPS и ГЛОНАСС, выполняется на основе полосового фильтра. Блок первого преобразования частоты сигналов радиочастотного преобразователя 1, осуществляющий первое преобразование частоты сигналов GPS и ГЛОНАСС, выполняется на основе смесителя, при этом смеситель использует сигнал первой гетеродинной частоты (F_г1 = 1416 МГц), который формируется в радиочастотном преобразователе 1 аппаратурой формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот. Первый и второй каналы второго преобразования частоты сигналов, осуществляющие второе преобразование частоты сигналов соответственно GPS и ГЛОНАСС, выполняются на основе полосовых фильтров, смесителей и блоков аналого-цифрового преобразования. Смесители первого и второго каналов используют соответственно сигналы второй и третьей гетеродинных частот (F_г2 = 173,9 МГц и F_г3 = 178,8 МГц), а блоки аналого-цифрового преобразования - сигнал удвоенной тактовой частоты (57,0 МГц), формируемые в радиочастотном преобразователе 1 аппаратурой формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот. Выходы каналов второго преобразования частоты сигналов и выход тактового сигнала (сигнала тактовой частоты) аппаратуры формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот радиочастотного преобразователя 1 образуют сигнальные ("GPS", "ГЛОНАСС") и тактовый ("Fт") выход радиочастотного преобразователя 1.

В N канальном цифровом корреляторе 2 каждый из каналов 3 (3₁, 3₂,..., 3_N) содержит коммутатор входных сигналов, цифровые смесители, цифровой управляемый генератор несущей, цифровые демодуляторы (корреляторы), программируемую линию задержки, генератор опорного С/А кода, цифровой управляемый генератор кода, блоки накопления, регистр управления (на фиг. 1 не показаны). Сигнальные входы коммутатора входных сигналов являются сигнальными входами канала 3. Тактовые входы (входы тактового сигнала) блоков накопления, цифрового управляемого генератора несущей, цифрового управляемого генератора кода и программируемой линии задержки образуют тактовый вход (вход тактового сигнала) канала 3. Входы измерительных стробов цифрового управляемого генератора несущей, цифрового управляемого генератора кода и генератора опорного С/А кода образуют вход измерительных стробов канала 3. Выходы (выходы данных) блоков накопления и входы-выходы данных цифрового управляемого генератора несущей, цифрового управляемого генератора кода, генератора опорного С/А кода и регистра управления, образующие входы-выходы данных канала 3, связаны шиной обмена данными с вычислителем 4.

Приемник-прототип работает следующим образом.

Сигналы GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1, принятые приемной антенной (на фиг. 1 не показана), поступают на сигнальный вход радиочастотного преобразователя 1.

В радиочастотном преобразователе 1 сигналы обеих систем GPS и ГЛОНАСС фильтруются в полосовом фильтре входного блока, преобразуются по частоте в смесителе блока первого преобразования частоты сигналов, затем разделяются по системам (GPS и ГЛОНАСС), преобразуются по частоте и подвергаются аналого-цифровому преобразованию в соответствующих каналах второго преобразования частоты сигналов. Для осуществления аналого-цифрового преобразования без потерь навигационной информации преобразуемые сигналы согласованы по частоте и спектру со значением частоты аналого-цифрового преобразования, т.е. частоты дискретизации по времени, таким образом, чтобы удовлетворить теореме отсчетов Найквиста-Котельникова. Согласование обеспечивается путем выбора определенных значений частоты аналого-цифрового преобразования и гетеродинных частот. В приемнике-прототипе значение частоты, определяющее частоту аналого-цифрового преобразования, выбрано 57,0 МГц. Выбор частоты аналого-цифрового преобразования произведен с учетом обеспечения возможности обработки сигналов ГЛОНАСС в диапазоне литерных частот i = 0 - 24. С учетом частоты аналого-цифрового преобразования выбраны согласованные значения гетеродинных частот F_г2 = 173,9 МГц (канал GPS) и F_г3 = 178,8 МГц (канал ГЛОНАСС) таким образом, чтобы средняя частота сигналов GPS и ГЛОНАСС на второй промежуточной частоте была бы близка к 14,25 МГц. Это обеспечивает возможность дискретизации сигналов с помощью 4-х битовых аналого-цифровых преобразователей с частотой 57,0 МГц (4 х 14,25 МГц), а также формирование последующих двухбитовых выборок синфазной и квадратурной составляющих сигналов GPS и ГЛОНАСС с частотой дискретизации в два раза меньшей, т.е. равной 28,5 МГц (2 х 14,25 МГц). Эти выборки в виде выходных сигналов радиочастотного преобразователя 1 поступают на сигнальные входы N каналов 3 (3₁, 3₂,..., 3_N) коррелятора 2. На тактовые входы N каналов 3 (3₁, 3₂,..., 3_N) коррелятора 2 поступает тактовый сигнал частотой Fт = 28,5 МГц, формируемый в радиочастотном преобразователе 1 аппаратурой формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот.

В N каналах 3 (3₁, 3₂,..., 3_N) коррелятора 2 осуществляется цифровая корреляционная обработка сигналов N видимых спутников систем GPS и ГЛОНАСС в сочетании, определяемом командами, поступающими с вычислителя 4. В процессе корреляционной обработки сигналов N спутников в N каналах 3 определяется временное положение пиков корреляционных функций псевдошумовых сигналов соответствующих спутников, определяются радионавигационные параметры, используемые в расчетах местоположения. При этом отсчеты квазидальности, фазы несущей и числа циклов несущей производятся сигналами собственных меток времени, используемых в приемнике-прототипе в качестве измерительных стробов, поступающих с соответствующего выхода формирователя 5.

При осуществлении корреляционной обработки сигналов спутников в каждом из каналов 3 (3₁, 3₂,..., 3_N) коррелятора 2 осуществляются следующие операции. С помощью коммутатора входных сигналов выбираются сигналы одной из систем (GPS или ГЛОНАСС). Далее, с помощью цифровых смесителей осуществляется выделение сигналов определенного спутника выбранной системы и перенос спектра этих сигналов на основную полосу частот (на нулевую частоту), для чего используются опорные сигналы, формируемые цифровым управляемым генератором несущей. Далее, цифровые демодуляторы (корреляторы) осуществляют корреляцию сигналов спутника с точной "P" (Punctual) и разностной "E-L" (Early-Late) или ранней "E" (Early) копиями опорного С/А кода GPS или ГЛОНАСС соответственно. Указанные копии кода вырабатываются программируемой линией задержки, которая под управлением вычислителя 4 изменяет интервал между ранней и поздней копиями С/А кода от 0,1 до 1 длительности символа С/А кода и, следовательно, формирует "узкий дискриминатор" ("узкий коррелятор") в системе слежения за кодом, как это описано, в частности, в [6, 7, 8]. Опорные псевдослучайные С/А коды сигналов спутников СРНС GPS или ГЛОНАСС вырабатываются в каждом из каналов 3 генератором опорного С/А кода, получающим для этого тактовую частоту кода 1,023 МГц для GPS и 0,511 МГц для ГЛОНАСС, формируемую цифровым управляемым генератором кода. Выбор вида вырабатываемой псевдослучайной кодовой последовательности и значения тактовой частоты кода осуществляется на основе данных, поступающих с вычислителя 4. Результаты корреляции накапливаются в соответствующих блоках накопления. Период накопления равен периоду С/А кода, т.е. 1 мс. Накопленные данные периодически считываются вычислителем 4, в котором реализуются все алгоритмы обработки сигналов, т. е. алгоритмы поиска сигналов, слежения за несущей и кодом, обработка служебной информации. В соответствии с результатами корреляционной обработки сигналов спутников в каналах 3 коррелятора 2 вычислитель 4 формирует данные для работы каналов 3, в том числе значения несущей частоты для цифрового управляемого генератора несущей и значения тактовой частоты кода для цифрового управляемого генератора кода. Работа программируемой линии задержки, генератора опорного С/А кода, коммутатора входных сигналов определяется данными, формируемыми регистром управления под воздействием команд, поступающих с вычислителя 4.

Формирование собственной метки времени, используемой в прототипе в качестве измерительного строба, осуществляется с помощью формирователя 5 следующим образом. В регистр 7 периода по сигналам, формируемым вычислителем 4, записывается число, определяющее значение периода следования формируемых меток времени. Это число в момент времени, устанавливаемый выходным сигналом формируемой метки времени счетчика 6 (сигналом переполнения счетчика 6), загружается в счетчик 6. При этом момент загрузки синхронизируется с помощью формирователя 8. Синхронизация осуществляется тактовым сигналом, поступающим на первый вход формирователя 8 с тактового выхода (выхода тактового сигнала) радиочастотного преобразователя 1. После загрузки счетчик 6 заполняется импульсами тактового сигнала до тех пор, пока не наступит переполнение. При переполнении на выходе счетчика 6 формируется новый сигнал временной метки и рассмотренный процесс повторяется.

Таким образом, в приемнике-прототипе формируемый сигнал метки времени - измерительный строб - представляет собой собственную временную метку, формируемую исходя из решения навигационной задачи. Наличие этой метки позволяет осуществить внутреннюю синхронизацию процессов корреляционной обработки и навигационных измерений, в частности, по этой метке времени производится отсчет квазидальности, фазы несущей и числа циклов несущей.

Технические средства, используемые в приемнике-прототипе, не решают задачу обеспечения возможности привязки процессов обработки и решения навигационной задачи к внешним временным сигналам, что затрудняет использование приемника-прототипа в составе радиотехнических систем и комплексов, работающих с общей синхронизацией, в частности, в резервируемых каналах, работающих как в режиме "ведущего" канала, так и "ведомого".

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение возможности осуществлять синхронизацию процессов корреляционной обработки и решения навигационной задачи относительно внешних временных сигналов (в качестве которых могут выступать, в частности, синхронизирующие сигналы "ведущего" канала при резервировании каналов или сигналы внешнего хранителя времени), обеспечение возможности определять уход шкалы времени внешнего хранителя времени, а также обеспечение возможности соотносить (в режиме реального времени) получаемые навигационные данные с временными сигналами, характеризующими работу внешних исполнительных устройств, например, фотоаппаратуры, используемой при аэрофотосъемке.

Сущность изобретения заключается в том, что в интегрированном приемнике сигналов спутниковых радионавигационных систем, содержащем радиочастотный преобразователь, вход которого образует сигнальный вход интегрированного приемника, N канальный цифровой коррелятор, сигнальные и тактовые входы каждого из каналов которого соединены с соответствующими выходами радиочастотного преобразователя, вычислитель, связанный шиной обмена данными с каждым из каналов N канального цифрового коррелятора, а также формирователь сигналов меток времени, выход измерительных стробов которого связан с соответствующими входами каждого из каналов N канального цифрового коррелятора, управляющий вход связан шиной обмена данными с вычислителем, а тактовый вход связан с выходом тактового сигнала радиочастотного преобразователя, при этом формирователь сигналов меток времени содержит счетчик, первый вход которого является входом тактового сигнала, а выход - выходом сигналов собственной метки времени интегрированного приемника, регистр периода и формирователь сигнала загрузки периода, первый вход, выход и второй вход которого соединены соответственно с первым входом, вторым входом и выходом счетчика, причем третий вход счетчика соединен с выходом регистра периода, вход которого является управляющим входом формирователя сигналов меток времени, в формирователь сигналов меток времени дополнительно введены первый и второй блоки синхронизации, сигнальные входы которых являются входами сигналов первой и второй внешних меток времени интегрированного приемника, а тактовые входы соединены с первым входом счетчика, регистр временного положения второй внешней метки времени, коммутатор и регистр управления коммутатором, вход которого соединен шиной обмена данными с вычислителем, а выход - с управляющим входом коммутатора, выход которого является выходом измерительных стробов формирователя сигналов меток времени, при этом первый сигнальный вход коммутатора соединен с выходом счетчика, второй сигнальный вход коммутатора соединен с выходом первого блока синхронизации, выход второго блока синхронизации соединен с первым входом регистра временного положения второй внешней метки, другой вход которого связан с выходами разрядов счетчика, а выход является дополнительным выходом формирователя сигналов меток времени.

Сущность заявляемого изобретения, возможность его осуществления и промышленного использования поясняются чертежами, представленными на фиг. 1 - 5, где: на фиг. 1 изображена обобщенная структурная схема приемника-прототипа; на фиг. 2 представлена структурная схема заявляемого интегрированного приемника сигналов СРНС в рассматриваемом примере реализации; на фиг. 3 представлена структурная схема радиочастотного преобразователя интегрированного приемника сигналов СРНС в рассматриваемом примере реализации; на фиг. 4 представлена структурная схема одного канала N канального цифрового коррелятора заявляемого приемника сигналов СРНС в рассматриваемом примере реализации;
на фиг. 5 представлена схема, поясняющая прохождение измерительных стробов и тактового сигнала в канале N канального цифрового коррелятора заявляемого приемника сигналов СРНС в рассматриваемом примере реализации.

Заявляемый интегрированный приемник сигналов СРНС в рассматриваемом примере реализации содержит, см. фиг. 2 - 5, радиочастотный преобразователь 1, вход которого образует сигнальный вход ("GPS - ГЛОНАСС - L1") интегрированного приемника, N канальный цифровой коррелятор 2, содержащий N каналов 3 (3₁, 3₂,..., 3_N), сигнальные и тактовые входы которых соединены с соответствующими выходами ("GPS", "ГЛОНАСС", "Fт") радиочастотного преобразователя 1, вычислитель 4, связанный шиной обмена данными с каждым из N каналов 3 (3₁, 3₂,..., 3_N) коррелятора 2, а также формирователь 5 сигналов меток времени, управляющий вход которого связан шиной обмена данными с вычислителем 4, тактовый вход связан с тактовым выходом (выходом тактового сигнала) радиочастотного преобразователя 1, а выход измерительных стробов ("Fи") связан с соответствующими входами каждого из N каналов 3 (3₁, 3₂,..., 3_N) коррелятора 2.

Формирователь 5 сигналов меток времени содержит счетчик 6, регистр 7 периода, формирователь 8 сигнала загрузки периода, первый 9 и второй 10 блоки синхронизации, регистр 11 временного положения второй внешней метки времени, коммутатор 12 и регистр 13 управления коммутатором.

Первый вход счетчика 6, являющийся входом тактового сигнала формирователя 5 сигналов меток времени, соединен с первым входом формирователя 8 сигнала загрузки периода и тактовыми входами первого 9 и второго 10 блоков синхронизации, сигнальные входы которых являются входами сигналов первой ("ВМВ1") и второй ("ВМВ2") внешних меток времени интегрированного приемника. Выход счетчика 6, являющийся выходом сигналов собственной метки времени ("MB") интегрированного приемника, соединен с вторым входом формирователя 8 сигнала загрузки периода и первым сигнальным входом коммутатора 12, выход которого является выходом измерительных стробов ("Fи") формирователя 5 сигналов меток времени, связанным с соответствующими входами каналов 3 коррелятора 2. Второй вход счетчика 6 соединен с выходом формирователя 8 сигнала загрузки периода. Третий вход счетчика 6 соединен с выходом регистра 7 периода, вход которого, являющийся управляющим входом формирователя 5 сигналов меток времени, связан шиной обмена данными с вычислителем 4. Вход регистра 13 управления коммутатором связан шиной обмена данными с вычислителем 4, а выход - с управляющим входом коммутатора 12. Второй сигнальный вход коммутатора 12 соединен с выходом первого блока синхронизации 9. Выход второго блока синхронизации 10 соединен с первым входом регистра 11 временного положения второй внешней метки времени, выход которого является дополнительным выходом формирователя 5 сигналов меток времени "t_ВМВ2" - выходом значений времени прихода второй внешней метки времени. Второй вход регистра 11 связан с выходами разрядов счетчика 6.

В заявляемом интегрированном приемнике радиочастотный преобразователь 1 может быть выполнен, например, в соответствии со структурной схемой, представленной на фиг. 3. В обобщенном виде эта схема является известной, в частности, она соответствует обобщенной структурной схеме радиочастотного преобразователя приемника-прототипа [5] . В рассматриваемом примере реализации радиочастотный преобразователь 1 содержит (фиг. 3) входной блок 14, подключенный к его выходу блок 15 первого преобразования частоты сигналов GPS и ГЛОНАСС, а также подключенные к выходу блока 15 первый 16 и второй 17 каналы второго преобразования частоты сигналов соответственно GPS и ГЛОНАСС. К входу блока 14 подключается приемная антенна (на фиг. 3 не показана). В состав радиочастотного преобразователя 1 входит также аппаратура 18 формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот.

Канал 16 второго преобразования частоты сигналов радиочастотного преобразователя 1 (канал второго преобразования частоты сигналов GPS) содержит последовательно соединенные фильтр 19, вход которого является входом канала, смеситель 20 и блок 21 аналого-цифрового преобразования, выход которого образует выход канала - выход преобразованных сигналов GPS.

Канал 17 второго преобразования частоты сигналов радиочастотного преобразователя 1 (канал второго преобразования частоты сигналов ГЛОНАСС) содержит последовательно соединенные фильтр 22, вход которого является входом канала, смеситель 23 и блок 24 аналого-цифрового преобразования, выход которого образует выход канала - выход преобразованных сигналов ГЛОНАСС.

В радиочастотном преобразователе 1 блок 14, решающий задачу предварительной фильтрации входных сигналов GPS и ГЛОНАСС, содержит по крайней мере один полосовой фильтр; блок 15 радиочастотного преобразователя 1, решающий задачу первого преобразования частоты сигналов GPS и ГЛОНАСС, содержит по крайней мере один смеситель; в состав смесителей 20, 23 каналов 16, 17 входят усилители, например, усилители с регулируемым коэффициентом усиления, а блоки 21, 24 аналого-цифрового преобразования могут быть выполнены, например, в виде пороговых устройств, реализующих функцию двухбитовых квантователей по уровню.

Аппаратура 18 формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот содержит перестраиваемые синтезаторы частоты, работающие от опорного генератора. В состав аппаратуры 18, при необходимости, могут входить переключаемые делители (умножители) частоты, обеспечивающие в совокупности с синтезаторами формирование требуемой сетки тактовой и гетеродинных частот. При этом, выход сигнала первой гетеродинной частоты ("F_г1") аппаратуры 18 связан с опорным входом блока 15, образованным опорным входом соответствующего смесителя, выходы сигналов второй ("F_г2") и третьей ("F_г3") гетеродинных частот аппаратуры 18 связаны с опорными входами смесителей 20, 23 каналов 16, 17. Выход сигнала тактовой частоты ("Fт") аппаратуры 18, являющийся выходом тактового сигнала радиочастотного преобразователя 1, связан с соответствующими тактовыми входами каналов 3 коррелятора 2 и тактовым входом формирователя 5 сигналов меток времени (фиг. 2). Вход управляющего сигнала ("U_уп") аппаратуры 18 предназначен для сигналов, обеспечивающих, при необходимости, перестройку (переключение) элементов аппаратуры 18 (синтезаторов, делителей частоты). Вход управляющего сигнала подключается, например, к вычислителю 4 посредством шины обмена данными (на фигурах не показано).

Выходы каналов 16 и 17, являющиеся выходами радиочастотного преобразователя 1, подключены к соответствующим сигнальным входам N канального цифрового коррелятора 2.

В заявляемом интегрированном приемнике каналы 3 N канального цифрового коррелятора 2 могут реализовываться, например, в соответствии со структурной схемой канала, представленной на фиг. 4. В обобщенном виде эта схема является известной, в частности, она соответствует обобщенной структурной схеме одного канала N канального цифрового коррелятора приемника-прототипа [5]. В рассматриваемом примере реализации канал 3 N канального цифрового коррелятора 2 содержит (фиг. 4) коммутатор 25 входных сигналов, блоки 26, 27, 28 и 29 накопления, цифровой управляемый генератор 30 несущей, регистр 31 управления, цифровой управляемый генератор 32 кода, генератор 33 опорного С/А кода (GPS и ГЛОНАСС), программируемую линию задержки 34, цифровые смесители 35 и 36 соответственно синфазного и квадратурного каналов корреляционной обработки, корреляторы (цифровые демодуляторы) 37, 38, 39, 40.

Выходы данных блоков накопления 26 - 29, входы-выходы данных цифрового управляемого генератора 30 несущей, регистра 31 управления, цифрового управляемого генератора 32 кода и генератора 33 опорного С/А кода связаны посредством шины обмена данными с вычислителем 4. Первый ("GPS") и второй ("ГЛОНАСС") сигнальные входы коммутатора 25, являющиеся сигнальными входами канала 3, подключены к соответствующим сигнальным выходам радиочастотного преобразователя 1. Тактовые входы блоков 26 - 29 накопления, цифрового управляемого генератора 30 несущей, цифрового управляемого генератора 32 кода, программируемой линии задержки 34, образующие тактовый вход (вход тактового сигнала) канала 3, подключены к тактовому выходу (выходу тактового сигнала) радиочастотного преобразователя 1. Входы измерительных стробов цифрового управляемого генератора 30 несущей, цифрового управляемого генератора 32 кода и генератора 33 опорного С/А кода, образующие вход измерительных стробов канала 3, подключены к выходу измерительных стробов формирователя 5 сигналов меток времени. Управляющий вход коммутатора 25 подключен к первому выходу регистра 31 управления. Второй и третий выходы регистра 31 управления подключены соответственно к управляющему входу программируемой линии задержки 34 и первому управляющему входу генератора 33 опорного С/А кода. Выход коммутатора 25 соединен с первыми входами цифровых смесителей 35 и 36, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам цифрового управляемого генератора 30 несущей. Выходы цифровых смесителей 35 и 36 соединены с первыми входами корреляторов (цифровых демодуляторов) 37, 38 и 39, 40 соответственно. Вторые входы корреляторов (цифровых демодуляторов) 37, 40 и 38, 39 соединены с соответствующими выходами программируемой линии задержки 34 - выходами точной "P" (Punctual) и разностной "E-L" (Early-Late) или ранней "E" (Early) копий опорного С/А кода. Сигнальный вход программируемой линии задержки 34 соединен с выходом генератора 33 опорного С/А кода, формирующего С/А код GPS или ГЛОНАСС в зависимости от команд, поступающих от вычислителя 4. Второй управляющий вход генератора 33 опорного С/А кода подключен к выходу цифрового управляемого генератора 32 кода. Выходы корреляторов 37 - 40 подключены соответственно ко входам блоков 26 - 29 накопления.

Пример, иллюстрирующий прохождение тактового сигнала и измерительных стробов в канале 3 коррелятора 2, представлен на фиг. 5. Так, в цифровом управляемом генераторе 30 несущей измерительные стробы ("Fи") поступают на первые входы регистров 41 и 42, а тактовый сигнал ("Fт") - на первый вход накапливающего сумматора 43. Второй вход регистра 41 связан при этом с выходами разрядов накапливающего сумматора 43, второй вход регистра 42 - с выходом счетчика циклов 44, вход которого связан с выходом одного из разрядов накапливающего сумматора 43. Вход данных кода частоты несущей накапливающего сумматора 43, выход данных отсчета фазы несущей регистра 41 и выход данных отсчета числа циклов (периодов) несущей регистра 42, образующие вход-выход данных цифрового управляемого генератора 30 несущей, связаны шиной обмена данными с вычислителем 4. В цифровом управляемом генераторе 32 кода измерительные стробы ("Fи") поступают на первый вход регистра 45, а тактовый сигнал ("Fт") - на первый вход накапливающего сумматора 46. Второй вход регистра 45 при этом связан с выходами разрядов накапливающего сумматора 46, вход данных частоты С/А кода сумматора 46 и выход данных отсчета долей символа регистра 45, образующие вход-выход данных цифрового управляемого генератора 32 кода, связаны шиной обмена данными с вычислителем 4. В генераторе 33 опорного С/А кода измерительные стробы ("Fи") поступают на первые входы регистров 47 и 48. Второй вход регистра 47 при этом связан с выходом счетчика 49, второй вход регистра 48 - с выходом счетчика эпох 50. Входы счетчиков 49, 50 связаны с первым выходом генератора 51 псевдослучайной последовательности (ПСП), представляющим собой выход сигнала эпохи С/А кода (импульсов с периодом 1 мс). Второй выход генератора 51, являющийся выходом ПСП генератора 33 опорного С/А кода, связан с сигнальным входом программируемой линии задержки 34 (фиг. 4). Тактовые входы счетчика 49 и генератора ПСП 51, образующие второй управляющий вход генератора 33 опорного С/А кода, связаны с соответствующим выходом накапливающего сумматора 46 цифрового управляемого генератора 32 кода. Вход данных начальной фазы генератора 51 ПСП, вход данных начальной фазы счетчика эпох 50, выход данных отсчета числа символов регистра 47 и выход данных отсчета числа миллисекундных эпох регистра 48, образующие вход-выход данных генератора 33 опорного С/А кода, связаны шиной обмена данными с вычислителем 4.

Составляющие заявляемый интегрированный приемник элементы, узлы, блоки являются известными элементами, узлами и блоками, практически используемыми в технике приема и корреляционной обработки сигналов СРНС.

Так, в радиочастотном преобразователе 1 входной блок 14 может быть реализован, например, на базе стандартных керамических фильтров; блок 15 первого преобразования частоты сигналов может быть реализован, например, на базе стандартного смесителя - микросхемы типа МС13142 фирмы MOTOROLA; фильтры 19, 22 могут быть реализованы в виде полосовых фильтров на поверхностно-акустических волнах (ПАВ), например, аналогично описанных в [9, с. 17-220]; смесители 20, 23 и входящие в их состав усилители с регулируемым коэффициентом усиления могут быть реализованы, например, с использованием микросхем типа UPC2753 фирмы NEC; блоки 21, 24 аналого-цифрового преобразования могут быть реализованы с использованием сдвоенных компараторов, например микросхем типа МАХ 962 фирмы MAXIM.

Аппаратура 18 формирования сигналов тактовой и гетеродинных частот может быть реализована с использованием стандартных элементов, например, микросхемы типа TEMPUS-LVA фирмы MOTOROLA (термокомпенсированный кварцевый генератор с частотой 15,36 МГц) для реализации опорного генератора, микросхем типа MC13142 фирмы MOTOROLA (генератор, управляемый напряжением) и микросхем типа LMX2330 фирмы NATIONAL SEMICONDUCTOR (блок фазовой автоподстройки частоты) для реализации управляемых (переключаемых) синтезаторов частоты стандартной конфигурации [10, с. 2-3...2-14, фиг. 6], а также микросхем типа МС12095, МС 12093 фирмы MOTOROLA (делители частоты на два, четыре) для построения делителей частоты.

N канальный цифровой коррелятор 2 с рассмотренной структурой выполнения каналов 3 совместно с формирователем 5 сигналов меток времени при практической реализации может быть выполнен в виде СБИС (специализированной большой интегральной схемы) с использованием библиотек стандартных элементов, например фирм SAMSUNG ELECTRONICS или SGS TOMSON.

Вычислитель 4 реализуется как микроЭВМ стандартной конфигурации, содержащая стандартные элементы - процессор, контроллер, оперативное, постоянное, перепрограммируемое постоянное запоминающие устройства, интерфейсы, порты ввода-вывода данных. Функционирование вычислителя 4 осуществляется по стандартным алгоритмам навигационного вычислителя многоканального приемника сигналов СРНС.

Работу заявляемого интегрированного приемника СРНС рассмотрим на примере приема и обработки сигналов GPS и ГЛОНАСС, промодулированных кодами стандартной точности (С/А кодами) в диапазоне частот L1, для случая, когда сигналами ГЛОНАСС являются сигналы с литерными частотами i = 0 - 12 или i =-7 - 4, устанавливаемых в соответствие с [1].

Заявляемый интегрированный приемник работает следующим образом.

Принятые антенной сигналы GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 поступают на сигнальный вход радиочастотного преобразователя 1, то есть на вход входного блока 14 (фиг. 2, 3). Сигналы GPS диапазона L1 занимают частотные полосы (1571, 328 - 1579,512) МГц шириной ΔF = 8,184 МГц (по четыре лепестка в спектре сигнала в обе стороны от несущей для реализации "узкого коррелятора"), а сигналы ГЛОНАСС диапазона L1 занимают частотные полосы (1599,956 - 1610,794) МГц шириной ΔF = 10,838 МГц (случай литерных частот "0" - "12") и (1596,019 - 1606,294) МГц, ΔF = 10,2755 МГц (случай литерных частот "-7" - "4").

Входной блок 14 радиочастотного преобразователя 1 (фиг. 3) пропускает на свой выход сигналы GPS и ГЛОНАСС диапазона L1 указанных частот, т.е. частоты диапазона (1571,328 - 1610,794) МГц.

С выхода блока 14 сигналы GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 поступают на вход блока 15 первого преобразования частоты сигналов, где преобразуются по частоте с помощью смесителя, на опорный вход которого поступает сигнал первой гетеродинной частоты ("F_г1"), синтезируемый в аппаратуре 18. В первом режиме работы заявляемого приемника (при приеме сигналов ГЛОНАСС с литерными частотами i = 0 - 12) значение первой гетеродинной частоты F_г1(1) = 1412 МГц. Во втором режиме (при приеме сигналов ГЛОНАСС с литерными частотами i = -7 - 4) значение первой гетеродинной частоты F_г1(2) = 1408 МГц. Переключение режимов формирования гетеродинных частот, в том числе первой гетеродинной частоты F_г1, в аппаратуре 18 осуществляется по управляющему сигналу ("U_уп"), поступающему, например, с вычислителя 4. При этом осуществляется переключение режима работы соответствующего синтезатора, формирующего сигнал первой гетеродинной частоты: F_г1(1) или F_г1(2).

В результате первого преобразования частоты сигналы GPS занимают полосу частот (159,328 - 167,512) МГц для первого режима работы и полосу частот (163,328 - 171,512) МГц для второго режима работы, а сигналы ГЛОНАСС занимают полосу частот (187,956 - 198,794) МГц для первого режима работы и полосу частот (188,019 - 198,294) МГц для второго режима работы.

Преобразованные на первую промежуточную частоту в блоке 15 радиочастотного преобразователя 1 сигналы GPS и ГЛОНАСС поступают на входы первого 16 и второго 17 каналов второго преобразования частоты сигналов, т.е. на входы фильтров 19 и 22 (фиг. 3). Каждый из этих фильтров осуществляет полосовую фильтрацию сигналов соответствующей системы, а именно, фильтр 19 - фильтрацию сигналов GPS в диапазоне частот (159,328 - 171,512) МГц, а фильтр 22 - фильтрацию сигналов ГЛОНАСС в диапазоне частот (187,956 - 198,794) МГц.

Отфильтрованные от внеполосных помех преобразованные на первую промежуточную частоту сигналы GPS с выхода фильтра 19 поступают на сигнальный вход смесителя 20, где осуществляется второе преобразование частоты сигналов GPS.

Отфильтрованные от внеполосных помех преобразованные на первую промежуточную частоту сигналы ГЛОНАСС с выхода фильтра 22 поступают на сигнальный вход смесителя 23, где осуществляется второе преобразование частоты сигналов ГЛОНАСС.

Для второго преобразования частоты сигналов GPS, осуществляемого в смесителе 20 канала 16, используется сигнал второй гетеродинной частоты ("F_г2"), синтезируемый в аппаратуре 18. В первом режиме работы приемника частота сигнала второй гетеродинной частоты устанавливается F_г2(1) = 179 МГц, а во втором - F_г2(2) = 183 МГц. Переключение режимов формирования второй гетеродинной частоты F_г2 в аппаратуре 18 осуществляется по управляющему сигналу ("U_уп"), поступающему, например, с вычислителя 4. При этом осуществляется переключение режима работы соответствующего синтезатора, формирующего сигнал второй гетеродинной частоты: F_г2(1) или F_г2(2).

Для второго преобразования частоты сигналов ГЛОНАСС, осуществляемого в смесителе 23 канала 17, используется сигнал третьей гетеродинной частоты ("F_г3"), формируемой в аппаратуре 18, например, путем деления на восемь частоты сигнала первой гетеродинной частоты. Таким образом, в первом режиме F_г3(1) = 1/8 · F_г1(1) = 176,5 МГц, а во втором - F_г3(2) = 1/8 · F_г1(2) = 176 МГц.

В результате второго преобразования частоты сигналы GPS занимают полосу частот (13,99 - 22,17) МГц для первого режима работы и полосу частот (10,99 - 19,17) МГц для второго режима работы, а сигналы ГЛОНАСС занимают полосу частот (11,46 - 22,29) МГц для первого режима работы и полосу частот (12,02 - 22,29) МГц для второго режима работы.

Преобразованные на вторую промежуточную частоту сигналы GPS и ГЛОНАСС в каждом из каналов 16 и 17 второго преобразования частоты сигналов усиливаются с помощью усилителей с регулируемыми коэффициентами усиления, входящих в состав смесителей 20 и 23, после чего подвергаются аналого-цифровому преобразованию в блоках 21 и 24 (фиг. 3).

В практических схемах аналого-цифровое преобразование в блоках 21 и 24 может заключаться, например, в двухбитовом квантовании по уровню с помощью соответствующих пороговых устройств - например, сдвоенных компараторов типа МАХ 962 фирмы MAXIM. При таком аналого-цифровом преобразовании для сигналов, формируемых блоками 21 и 24, характерным является наличие несущей, которая "снимается" далее в каналах 3 N канального цифрового коррелятора 2, а именно, в цифровых смесителях 35 и 36 (фиг. 4).

Сформированные таким образом в радиочастотном преобразователя 1 сигналы GPS и ГЛОНАСС с выходов каналов 16 и 17 поступают на первые ("GPS") и вторые ("ГЛОНАСС") сигнальные входы каждого из каналов 3 N канального цифрового коррелятора 2 (фиг. 4).

На тактовые входы (входы тактового сигнала) каждого из каналов 3 цифрового коррелятора 2 при этом поступает тактовый сигнал ("Fт"). Формирование тактового сигнала осуществляется в аппаратуре 18 радиочастотного преобразователя 1 (фиг. 3). В практических схемах формирование тактового сигнала может осуществляться, например, из сигнала третьей гетеродинной частоты путем деления этой частоты на восемь, т.е. Fт = 1/8 · F_г3, с последующим формированием сигнала типа "меандр". При таком формировании тактового сигнала значение тактовой частоты, т.е. частоты временной дискретизации при цифровой обработке сигналов в каналах 3 коррелятора 2, составляет величину Fт ≈ 22 МГц. Таким образом, значение тактовой частоты Fт и значение полос частот преобразуемых сигналов GPS и ГЛОНАСС находятся между собой в примерном соотношении 2 : 1, что позволяет осуществить цифровую обработку сигналов без потерь навигационной информации.

В каналах 3 (3₁, 3₂,..., 3_N) коррелятора 2 осуществляется цифровая корреляционная обработка сигналов N видимых спутников систем GPS и ГЛОНАСС в сочетании, определяемом командами, поступающими с вычислителя 4. В процессе корреляционной обработки сигналов N спутников в N каналах 3 определяется временное положение пиков корреляционных функций псевдошумовых сигналов соответствующих N спутников, определяются радионавигационные параметры, используемые в расчетах местоположения. При этом отсчеты квазидальности, фазы несущей и числа циклов несущей производятся измерительными стробами, поступающими с соответствующего выхода формирователя 5 с частотой от 1 Гц до 10 Гц.

При осуществлении корреляционной обработки сигналов спутников в каждом из каналов 3 (3₁, 3₂, . .., 3_N) коррелятора 2 (фиг. 4, 5) осуществляются следующие операции.

С помощью коммутатора 25 входных сигналов выбираются сигналы одной из систем (GPS или ГЛОНАСС), поступающие на сигнальные входы канала 3 с соответствующих выходов радиочастотного преобразователя 1 (в рассматриваемом примере реализации - в виде двухбитовых квантованных сигналов). При этом коммутатор 25 по команде, формируемой регистром 31 управления под воздействием управляющих сигналов, поступающих из вычислителя 4, выбирает, какой из двух сигналов (GPS или ГЛОНАСС) будет обрабатываться в данном канале 3. Цифровой управляемый генератор 30 несущей вырабатывает синфазную и квадратурную составляющие фазы несущей частоты опорного сигнала, которые перемножаются с входным сигналом в цифровых смесителях 35 и 36. Цифровые смесители 35 и 36 канала 3 обеспечивают выделение сигнала данной литеры (ГЛОНАСС) или сигнала данного спутника (GPS) и перенос спектра этого сигнала на основную полосу частот (на нулевую частоту). Тем самым, в результате перемножения сигналов в цифровых смесителях 35 и 36 осуществляется "снятие" несущей синфазной и квадратурной составляющих обрабатываемого сигнала и перенос спектра сигнала на нулевую частоту.

Цифровой управляемый генератор 30 несущей управляется сигналами вычислителя 4, в частности, от вычислителя 4 поступают данные кода частоты несущей. Эти данные преобразуются в накапливающем сумматоре 43 (фиг. 5) и из них с помощью регистра 41, счетчика циклов 44 и регистра 42 формируются данные отсчета фазы несущей и данные отсчета числа циклов (периодов) несущей при осуществлении процесса слежения за сигналом и замыкании петель слежения за частотой и фазой несущей входного сигнала. Преобразование в накапливающем сумматоре 43 осуществляется в соответствии с тактовым сигналом ("Fт"), а формирование отсчетов в регистрах 41 и 42 - в соответствии с измерительными стробами ("Fи").

После "снятия" несущей в цифровых смесителях 35 и 36 синфазная и квадратурные составляющие сигнала коррелируются в корреляторах 37 - 40 с копиями опорного С/А кода, формируемых с помощью следующих блоков: цифрового управляемого генератора 32 кода, генератора 33 опорного С/А кода и программируемой линии задержки 34.

Цифровой управляемый генератор 32 кода генерирует тактовый сигнал С/А кода - 1,023 МГц для GPS и 0,511 МГц для ГЛОНАСС, который затем поступает на соответствующий вход генератора 33 опорного С/А кода. Формирование тактового сигнала С/А кода осуществляется с помощью накапливающего сумматора 46 (фиг. 5), при этом связанный с ним регистр 45 формирует данные отсчета долей символа, которые в качестве сигнала обратной связи поступают в вычислитель 4. Данные конкретного значения тактовой частоты С/А кода поступают в накапливающий сумматор 46 с вычислителем 4. Работа накапливающего сумматора 46 осуществляется в соответствии с тактовым сигналом ("Fт"), формирование регистром 45 отсчетов долей символа - в соответствии с измерительными стробами ("Fи").

Опираясь на тактовый сигнал С/А кода, поступающий с выхода цифрового управляемого генератора 32 кода, генератор 33 опорного С/А кода генерирует опорный С/А код для обработки в данном канале 3 сигнала соответствующего спутника соответствующей системы. Генерируемый генератором 33 опорный С/А код уникален для каждого из спутников GPS, использующих кодовое разделение сигналов, и одинаков для всех спутников ГЛОНАСС, использующих частотное разделение сигналов. Формирование определенного вида кода, то есть определенного вида псевдослучайной кодовой последовательности (ПСП), осуществляется в соответствии с данными о начальных фазах, поступающими от вычислителя 4 на генератор 51 ПСП и счетчик эпох 50 (фиг. 5). Сигналы обратной связи при этом формируются из сигналов эпохи генератора 51 ПСП - с помощью счетчика 49 и регистра 47 (отсчеты числа символов), а также из сигналов счетчика 50 эпох с помощью регистра 48 (отсчет числа миллисекундных эпох). Формирование отсчетов регистрами 47 и 48 осуществляется в соответствии с измерительными стробами ("Fи").

Сформированный генератором 33 опорный С/А код поступает на программируемую линию задержки 34. Программируемая линия задержки 34 осуществляет временной сдвиг опорного С/А кода, формируя на своих двух выходах точную "P" (пунктуальную) и разностную "E-L" (раннюю-минус-позднюю) копию опорного С/А кода. Точная "Р" (пунктуальная) копия опорного С/А кода подается на вторые входы корреляторов 37 и 40, а разностная "E-L" (ранняя-минус-поздняя) копия опорного С/А кода - на вторые входы корреляторов 38 и 39. Работа программируемой линии задержки 34 осуществляется под действием управляющих сигналов, формируемых регистром 31 управления, управляемого вычислителем 4. При этом осуществляется изменение интервала между ранней и поздней копиями С/А кода от 0,1 до 1 длительности символа С/А кода, тем самым формируется "узкий дискриминатор" ("узкий коррелятор") в системе слежения за кодом [6, 7, 8].

Результаты корреляционной обработки обрабатываемого сигнала, осуществляемой в корреляторах 37 - 40, накапливаются в блоках 26 - 29 накопления на интервале времени, равном длительности эпохи кода (1 мс), а затем считываются вычислителем 4 и используются для замыкания петель слежения за кодом и несущей обрабатываемого сигнала.

Формирование измерительных стробов - сигналов временных меток с частотой от 1 Гц до 10 Гц, используемых для формирования отсчетов данных в цифровом генераторе 30 несущей, цифровом управляемом генераторе 32 кода и генераторе 33 опорного С/А кода, осуществляется с помощью формирователя 5 сигналов меток времени следующим образом.

В регистр 7 периода (фиг. 2) по сигналам, формируемым вычислителем 4, записывается число, определяющее значение периода следования формируемых собственных меток времени ("MB"). Это число в момент времени, устанавливаемый выходным сигналом метки времени счетчика 6 (сигналом переполнения этого счетчика), записывается (загружается) в счетчик 6. При этом момент загрузки синхронизируется в формирователе 8 тактовым сигналом, поступающим на первый вход формирователя 8 с тактового выхода радиочастотного преобразователя 1. Назначение формирователя 8 в этом процессе - привязать (синхронизировать) выходной сигнал переполнения счетчика 6 (т.е. сигнал метки времени "MB") к тактовому сигналу Fт, обеспечив тем самым правильную (четкую) запись периода в счетчик 6. После указанной загрузки счетчик 6 заполняется импульсами тактового сигнала до тех пор, пока не наступит его переполнение. При переполнении на выходе счетчика 6 формируется новый сигнал метки времени "MB" и рассмотренный процесс повторяется.

Сигнал формируемой метки времени "MB" поступает на соответствующий выход формирователя 5, образуя выходной сигнал - сигнал собственной метки времени заявляемого интегрированного приемника.

Кроме этого, сформированный счетчиком 6 сигнал собственной метки времени поступает на первый сигнальный вход коммутатора 12, на второй сигнальный вход которого поступает сигнал с выхода блока синхронизации 9. В простейшем случае блок синхронизации 9 представляет собой D-триггер, формирующий на своем выходе сигнал, фронт которого соответствует фронту тактового сигнала, а частота следования - частоте сигнала первой внешней метки времени ("ВМВ1"), например 1 Гц. Сигнал первой внешней метки времени представляет собой, например, сигнал внешней шкалы времени или сигнал резервного приемного устройства, работающего в едином комплексе с данным приемным устройством. Режим работы коммутатора 12 при этом определяется управляющим сигналом, поступающим с регистра 13, связанным шиной обмена данными с вычислителем 4. В зависимости от установленного режима работы, коммутатор 12 пропускает на свой выход сигнал собственной метки времени ("MB"), формируемый счетчиком 6, либо сигнал первой внешней метки времени ("ВМВ1"), синхронизированный с тактовым сигналом в блоке 9 синхронизации. Сигналы временных меток ("MB" или "ВМВ1") в качестве измерительных стробов с выхода коммутатора 12 поступают на входы измерительных стробов каналов 3 коррелятора 2. Тем самым обеспечивается возможность работы коррелятора 2 как по сигналу собственной метки времени ("MB"), так и по сигналу первой внешней метки времени ("ВМВ1"), при этом переключение с одной временной метки на другую происходит без скачка фазы сигналов, поступающих с выхода коммутатора 12 в качестве измерительных стробов.

Сигналы, характеризующие состояние счетчика 6, с выходов разрядов счетчика 6 поступают на соответствующий вход регистра 11 временного положения второй внешней метки времени. На другой вход регистра 11 поступает сигнал, сформированный блоком 10 синхронизации. Блок 10 выполнен аналогично блоку 9 и формирует на своем выходе сигнал, фронт которого соответствует фронту тактового сигнала, а частота - частоте сигнала второй внешней метки времени ("ВМВ2"). Сигнал второй внешней метки времени ("ВМВ2") представляет собой, например, сигнал внешнего хранителя времени, для которого требуется определить уход временной шкалы относительно временной шкалы приемника, или внешнего исполнительного устройства, работу которого нужно соотнести в режиме реального времени с проводимыми навигационными измерениями. Под действием сигнала, поступающего с выхода блока 10 синхронизации, фиксируется текущее состояние регистра 11 и формируется соответствующий этому состоянию отсчет ("t_ВМВ2") времени прихода сигнала второй внешней временной метки ("ВМВ2"). Формируемые таким образом отсчеты ("t_ВМВ2") поступают на дополнительный выход формирователя 5 сигналов меток времени. При необходимости эти отсчеты могут использоваться в вычислителе 4 (на фигурах эта связь не показана).

Таким образом, в заявляемом приемнике формируемый сигнал метки времени "MB" представляет собой, как и в прототипе, собственную временную метку, формируемую исходя из решения навигационной задачи, а формируемый измерительный строб представляет собой либо собственную метку времени "MB", либо внешнюю метку времени "ВМВ1", синхронизированную по фронту с тактовым сигналом, что позволяет осуществлять синхронизацию процессов корреляционной обработки и навигационных измерений либо относительно собственной шкалы времени (как в прототипе), либо относительно внешней шкалы времени. При этом, сигналы собственной метки времени "MB", поступающие на выход заявляемого приемника, обеспечивают возможность осуществлять временную привязку внешних шкал времени к внутренней шкале времени приемника.

Таким образом в заявляемом устройстве решается поставленная задача обеспечения возможности синхронизировать процессы корреляционной обработки и решения навигационной задачи относительно внешних временных сигналов, в качестве которых могут выступать, в частности, синхронизирующие сигналы резервного канала (резервного приемника) или сигналы внешнего хранителя времени. Обеспечивается возможность определения расхождения временных шкал приемника и внешнего хранителя времени, а также обеспечивается возможность соотносить (в режиме реального времени) получаемые навигационные данные с временными сигналами, характеризующими работу внешних исполнительных устройств, например, фотоаппаратуры, используемой при аэрофотосъемке.

Из рассмотренного видно, что заявляемое изобретение осуществимо, промышленно применимо, решает поставленную техническую задачу и имеет перспективы по использованию в качестве интегрированного приемника сигналов GPS и ГЛОНАСС, работающего в составе радиотехнических систем и комплексов с общей синхронизацией, в частности, в резервируемых каналах.

Источники информации
1. "Глобальная Навигационная Спутниковая Система - ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ. КНИЦ ВКС Россия", 1995.

2. "Global Position System. Standard Positioning Service. Signal Specification." США, 1993.

3. Global Positioning System (GPS) Receiver RF Front End. Analog-Digitl Converter. Rockwell International Proprietary Information Order Number. May 31, 1995.

4. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / В.С.Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В.Иванцевич и др. // М., Радио и связь, 1993.

5. Riley S., Howard N., Aardoom E., Daly P., Silvestrin P. "A Combined GPS/GLONASS High Precision Receiver for Spase Applications"/ Proc. jf ION GPS-95, Palm Springs, CA, US, Sept. 12-15, 1995, p. 835-844.

6. A. J. Van Dierendonck., Pat. Fenton and Tom Ford. Theory and Performance of Narrow Correlator Spacing in a GPS Reciever. Navigation: Jornal of The Institute of Navigation, Vol. 39, No. 3, 1982.

7. Патент США N 5390207, кл. G 01 S 5/02, H 04 В 7/185, опубл. 14.02.95. (Fenton, A. J. Van Dierendonck, "Pseudorandom noise ranging receiver which compensates for multipath distortion by dynamically adjusting the time delay spacing between early and late correlators").

8. Патент США N 5495499, кл. H 04 L 9/00, опубл. 27.02.96. (Fenton, A.J. Van Dierendonck, "Pseudorandom noise ranging receiver which compensates for multipath distortion by dynamically adjusting the time delay spacing between early and late correlators").

9. Радиоприемные устройства / Банков В.Н., Барулин Л.Г., Жодзишский М.И. и др. // М., Радио и связь, 1984.

10. Professional Products IС Handbook May 1991. GEC Plessey Semiconductors.

Формула изобретения

Интегрированный приемник сигналов спутниковых радионавигационных систем, содержащий радиочастотный преобразователь, вход которого образует сигнальный вход интегрированного приемника, N канальный цифровой коррелятор, сигнальные и тактовые входы каждого из каналов которого соединены с соответствующими выходами радиочастотного преобразователя, вычислитель, связанный шиной обмена данными с каждым из каналов N канального цифрового коррелятора, а также формирователь сигналов меток времени, выход измерительных стробов которого связан с соответствующими входами каждого из каналов N канального цифрового коррелятора, управляющий вход связан шиной обмена данными с вычислителем, а тактовый вход связан с выходом тактового сигнала радиочастотного преобразователя, при этом формирователь сигналов меток времени содержит счетчик, первый вход которого является входом тактового сигнала, а выход - выходом сигналов собственной метки времени интегрированного приемника, регистр периода и формирователь сигнала загрузки периода, первый вход, выход и второй вход которого соединены соответственно с первым входом, вторым входом и выходом счетчика, причем третий вход счетчика соединен с выходом регистра периода, вход которого является управляющим входом формирователя сигналов меток времени, отличающийся тем, что в формирователь сигналов меток времени дополнительно введены первый и второй блоки синхронизации, сигнальные входы которых являются входами сигналов первой и второй внешних меток времени интегрированного приемника, а тактовые входы соединены с первым входом счетчика, регистр временного положения второй внешней метки времени, коммутатор и регистр управления коммутатором, вход которого соединен шиной обмена данными с вычислителем, а выход - с управляющим входом коммутатора, выход которого является выходом измерительных стробов формирователя сигналов меток времени, при этом первый сигнальный вход коммутатора соединен с выходом счетчика, второй сигнальный вход коммутатора соединен с выходом первого блока синхронизации, выход второго блока синхронизации соединен с первым входом регистра временного положения второй внешней метки, другой вход которого связан с выходами разрядов счетчика, а выход является дополнительным выходом формирователя сигналов меток времени.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 28.04.2011

Дата публикации: 20.03.2012

---