Оценка возможности обнаружения широкополосных навигационных сигналов в каналах с неравномерной амплитудно-частотной характеристикой

В статье дана оценка возможности обнаружения спутникового навигационного сигнала в каналах с искаженной амплитудно-частотной характеристикой при помощи корреляционной обработки.

Ключевые слова: М–последовательность, ГНСС, корреляционная обработка, среда передачи навигационной информации.

Особенностью сигналов ГНСС является очень малая мощность у поверхности Земли и, как следствие, низкое отношение сигнал-шум на входе приемника. Это вызвано малой мощностью сигнала, излучаемого с борта КА (около 60 Вт) и большой дальностью (около 20 тыс. км). Применение широкополосных сигналов и корреляционной обработки позволяет обнаруживать и принимать такие слабые сигналы, повышая ОСШ [1]. Однако у поверхности Земли сигнал ГНСС может подвергаться значительным искажениям за счет дифракции и переотражений от местных предметов, что потенциально снижает возможности обнаружения и обработки такого сигнала.

Целью данной статьи является проверка возможности обнаружения широкополосного сигнала в каналах с многолучевостью и неравномерной амплитудно-частотной характеристикой.

В качестве экспериментального сигнала будем использовать сигнал ГНСС ГЛОНАСС, некоторые характеристики которого представлены в таблице 1 [2].

Таблица 1

Характеристики ГНСС ГЛОНАСС

Структура экспериментальной модели приставлена на рис. 1.

На первом этапе происходит формирование М–последовательности длиной m = 511, манчестерское кодирование с последующей BPSK модуляцией.

На втором этапе модулированный сигнал проходит через канал передачи:

Y = S ⨂ H + N ,

где H — вектор с отчетами значений импульсной характеристики канала, знак ⨂ обозначает операцию свёртки, N — вектор с отсчетами белого гауссовского шума. Рассмотрены два типа канала:

1) двухлучевой (рис. 2,а),

2) многолучевой (рис. 2,б).

аб

На третьем этапе происходит корреляционная обработка сигнала и построение его корреляционной функции (КФ).

При обработке результатов моделирования были получены следующие спектры сигналов, которые представлены на рис. 3.

аб

Рис. 3. Спектры сигнала после прохождение через канал

Прохождение сигнала через канал привело к его сильному искажению.

Построим КФ искаженных сигналов, они представлены на рис. 4.

Рис. 4. КФ искаженных сигналов

Оценим разрешающую способность данных сигналов. Количественной характеристикой разрешающей способности по задержке обычно служит эффективный интервал корреляции, под которым понимают величину:

где ρ(t) — корреляционная функция.

Построим график зависимости Δτ _эф от отношения сигнал шум (рис. 5) в диапазоне от — 48 до 12 дБ.

Рис. 5. Зависимость эффективного интервала корреляции от отношения сигнал-шум

По рис. 3 видно, что в каналах с неравномерной импульсной характеристикой наблюдаются замирания, возникающие из-за сложения задержанных сигналов с разными фазами, однако на приемной стороне благодаря корреляционной обработке удается выделить корреляционную функцию искаженного сигнала (рис. 4), которая подвергается искажению из-за реакции коррелятора на множественные копии сигнала. Таким образом можно сделать вывод о том, что широкополосные сигналы позволяют обеспечить обнаружение навигационного сигнала по корреляционному пику не только на фоне шумов, значительно превышающих уровень полезного сигнала, но и при сильном искажении амплитудно-частотной характеристики канала передачи. По рис. 5 видно, что при низких ОСШ наблюдается значительное увеличение интервала корреляции даже при минимальной неравномерности канала связи. Данный пик проблематично использовать для синхронизации и определения псевдодальности. При ОСШ в диапазоне -13… -3 дБ наблюдается значительное снижение эффективного интервала корреляции, что связано с помехоустойчивыми свойствами псевдослучайной последовательности.

1. Яценков В. С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС. М.: Горячая линия — Телеком, 2005. 272 с.
2. Соловьев Ю. А. Системы спутниковой навигации. М.: Эко-Трендз, 2000. 270 с.