Сигнал, несущий служебную информацию.
Навигационный сигнал- сложный ФКМ
имеет широкий спектр (до 10-ков МГц)
большую эффективную длительность,
при этом малая (порядка сотен ватт) мощность передатчика НИСЗ,
Дальномерный код (код Голда) формируется из двух М-последовательностей Р1(х) и Р2(х) с образующими полиномами
Р1(х) = 1 +x3+х10,
Р2 (х) = 1 +х2+х3 + x5+x8+x9+x10. (1)
Обе М -последовательности имеют одинаковые тактовую частоту и период. Для получения дальномерного кода эти последовательности складываются по модулю два:
, (2)
где ni – число символов, задающие фазовый сдвиг кода i -го спутника.
Сформированный код - для бифазной (0 и 180°) манипуляции несущей частоты навигационного сигнала и состоит из парциальных элементов длительностью t к («чипов»). t к = 0,1...1,0 мкс
Период повторения кода Т пк определяет интервал однозначности по дальности 300 км при Т пк=1 мс.
Многозначность с помощью грубой информации от системы счисления координат (ИНС).
Рис. 1. Основные параметры дальномерного кода СРНС
.
Для разделения сигналов от разных НИСЗ используют либо частотную, либо структурную селекцию. В основе выделения ПШС требуемого НИСЗ в системах типа «Navstar» лежит образование корреляционной функции (КФ) с формируемым в аппаратуре потребителя кодом, соответствующим выбранному спутнику. Поэтому коды, присвоенные каждому из спутников, должны быть ортогональными, т.е. давать КФ, близкую к нулю, и обладать малым уровнем боковых «лепестков» КФ для уменьшения взаимных помех.
Ортогональность кодов достигается выбором n i в выражении (5), т.е. сдвигом кода по фазе. Из всей совокупности кодов Голда (1025) выбирают 37 ортогональных кодов и присваивают их соответствующим спутникам системы. Уровень боковых «лепестков» КФ для M -последовательностей пропорционален
, где 
.
Формирование несущих и тактовых частот кодов.
Все требуемые частоты получают на НИСЗ от одного стандарта частоты. В системе «Navstar», например, несущие частоты f 1 = 1575,42 и f 2 = 1227,6 МГц получаются путем умножения на 154 и 120 частоты эталонного генератора F 0 = 10,23 МГц.
Несущие частоты системы «ГЛОНАСС» для каналов L1 и L2когерентно формируются из одного источника опорной частоты на борту спутника, номинальная частота этого источника составляет 5 МГц.
Номинальные значения несущих литерных частот для поддиапазонов L1 и L2определяются выражениями:
| где | k | – | номер частотного канала; |
| f 1 = 1602 МГц | – | несущая частота поддиапазона L1; | |
| D f 1 = 562,5 КГц | – | разнос частот поддиапазона L1; | |
| f 2 = 1246 МГц | – | несущая частота поддиапазона L2; | |
| D f 2 = 437,5 КГц | – | разнос частот поддиапазона L2. |
В системе «Navstar», для защиты от несанкционированного доступа, используются два режима работы: общедоступный – С/А и защищенный – Р (protected).
В защищенном коде Р спутниковой навигационной системы «Navstar» на двух 24-элементных регистрах сдвига (т = 24) могут быть в принципе независимо сформированы две двоичные (р = 2) неукороченные М -последовательности с периодом l = 224 – 1 = 16777215.
Фактически на регистрах формируются две укороченные М -последовательности с различными периодами l 'ук = 15345000 и l" ук = 15345037. Сложение этих последовательностей по модулю 2 со сдвигом временных элементов на n i, зависящим от номера спутника, дает новую цифровую хаотическую последовательность с периодом, оцениваемым произведением l' ук l" ук. При частоте следования элементов кода 10,23 МГц этому цифровому периоду соответствует временной период около 38 недель, так что на протяжении недели (время смены кода) излучение символов для лиц и систем, не имеющих дополнительной информации, можно считать хаотическим и не дешифрируемым.
При формировании легко обнаруживаемого кода С/А системы «Navstar» используются два десятиэлементных регистра (т = 10) и частота следования кодовых импульсов - 1,023 МГц. В результате отбирается для использования только 37 кодов, присваиваемых различным спутникам. Синхронизация потребителя по коду С/А предшествует его синхронизации по коду Р, для которой должен быть известен кодовый ответ на вопрос «How» («каким образом»).
Частота F 0является тактовой для точного кода (P), а частота F 0 / 10– тактовой для грубого кода (C/A). Параметры стандартов частот, приведены в табл. 10.2.
Таблица 1
Характеристики стандартов частот, устанавливаемых на НИСЗ
| Параметры стандарта частоты | КСЧ | РСЧ | ЦСЧ | ВСЧ |
| Нестабильность частоты (d f) Масса, кг Объем, дм3 Потребляемая мощность, Вт | 10-11 1,35 1,13 | 10-12 2,25 2,13 | 10-13 13,5 11,3 | 10-14 33,8 |
Примечание. КСЧ – кварцевый, РСЧ – рубидиевый, ЦСЧ – цезиевый, ВСЧ – водородный стандарты частоты.
Из таблицы очевидно преимущество ЦСЧ и ВСЧ по долговременной (за сутки) нестабильности частоты df.
Сигнал служебной информации. В СРНС каждый из НИСЗ передает сигнал служебной информации (иначе именуемое кодом служебной информации или СИ-кодом) содержащий свои эфемериды и альманах, содержащий эфемериды всех НИСЗ системы. Сигнал служебной информации передается кодом, тактовая частота которого значительно меньше, чем у дальномерных кодов. Служебные данные кодируются помехоустойчивым кодом Хэмминга с кодовым расстоянием, равным четырем. При этом длительность элемента кода служебной информации в несколько десятков раз больше длительности t к дальномерного кода.
Код служебной информации D(t) накладывается на дальномерный код путем сложения по модулю два, и результирующий модулирующий сигнал имеет вид Pi(t) Å Di(t). Таким образом, в канале передачи используется сигнал с относительной фазовой манипуляцией, исключающий явление обратной работы фазового детектора.
На рисунке 1.3 отображены двоичные символы информационной последовательности (рис. 1.3,а); участки кодовой последовательности (рис. 1.3,б); участки кодовой последовательности, модулированные информационной последовательностью (рис. 1.3,в); участки модулированного гармонического колебания (рис. 1.3,г).
На рис. 2 схематически изображен процесс формирования двоичной последовательности информации служебного сообщения.
Окончательная двоичная последовательность служебного сообщения образуется при сложении по модулю два символов служебной информации С, и меандрового колебания (М -код) с длительностью символа 10 мс. Получаемый бидвоичный код обеспечивает потребителю возможность простой синхронизации по СИ-коду, содержащему серии нулей или единиц.
|
|
|
|
Рис.3. Формирование двоичной последовательности НС
Обобщенная структурная схема формирователя показана на рис. 3
 |
Рис. 3. Функциональная схема формирования навигационного сигнала
со служебной информацией
Лекция 5. ВИДЫСИГНАЛОВ В СРНС
Бортовые передатчики СНС «Бэйдоу»будут излучать 11 сигналов (шесть открытых и пять защищенных) на трех частотах L -диапазона, при этом шесть из них будут содержать навигационные данные, а пять использоваться только для измерения дальности. Так, сигналы В1 планируется передавать на несущей частоте 1575,42 МГц (вместо 1561,1 МГц), используемой в СНС «Navstar» (L1), а сигналы В2 – на частоте 1191,795 МГц (вместо 1207,14 МГц), выделенной также для европейской системы «Галилео» (Е5).
Проект «Галилео» ориентирован на совместное применение как традиционных видов модулирующих ПСП (например – кодов Голда) и нового для спутниковой навигации вида ПСП, именуемых «меандровыми» или BOC (binary offset carrier) сигналами (применение BOC – сигналов в СРНС «Navstar» и «ГЛОНАСС» планируется в процессе их модернизации).
Кодовые обозначения сигналов излучаемых спутниками приведены в табл. 10.1.
Принципиальное отличие BOC – сигналов от «обычных» ПСП, состоит в том, что символ BOC - ПСП («меандровый» символ) представляет собой не прямоугольный видеоимпульс, а отрезок меандрового колебания, включающий в себя некоторое постоянное число периодов k 1.
За счет меандровой модуляции спектр навигационного сигнала расширяется и, при четном числе периодов меандра в символе, становится бимодальным, отсюда еще одно название BOC- сигналов: сигналы с «расщепленным» спектром. За счет расширения спектра основной пик (пики) АКФ таких сигналов становятся уже, т.е. достигается более высокая потенциальная точность измерения задержки. Одновременно, благодаря «расщеплению» спектра, уменьшается уровень взаимных помех при одновременном функционировании навигационных систем использующих традиционные и новые сигналы.
Основными параметрами классификации меандровыех сигналов являются два коэффициента:
k 1= 
= 
, где 
– соответственно длительности импульсов символов ПСП и меандра; 
– их тактовые частоты;
k 2= 
– отношение тактовой частоты данной ПСП к некоторой опорной частоте.
Таблица 10.1
Характеристики сигналов СРНС
| Обозначение сигнала | Несущая частота, МГц | Ширина полосы, МГц | Тактовая частота, МГц | Вид сигнала |
| СРНС «GPS – Navstar» | ||||
| L1C/A | 1575,42 | 20,5 | 1,023 | Открытый |
| L1P(Y) | 1575,42 | 20,5 | 10,23 | Защищенный |
| L1M | 1575,42 | 5,115 | Защищенный | |
| L2C | 1227,6 | 20,5 | 1,023 | Открытый |
| L2P(Y) | 1227,6 | 20,5 | 10,23 | Защищенный |
| L2M | 1227,6 | 5,115 | Защищенный | |
| L5 | 1176,45 | 20,5 | 10,23 | Открытый |
| СРНС «Галилео» | ||||
| Е1-А | 1575,42 | 2,56 | 24,55 | Защищенный |
| Е1-В | 1575,42 | 1,023 | 24,55 | OS, SoL, CS |
| Е1-С | 1575,42 | 1,023 | 24,55 | OS, SoL, CS |
| Е6-А | 1278,75 | 5,115 | 40,9 | Защищенный |
| Е6-В/С | 1278,75 | 5,115 | 40,9 | CS |
| Е5 | 1191,795 | 10,23 | 51,15 | OS |
| Е5а | 1176,45 | 10,23 | 27,8 | OS, CS |
| Е5b | 1207,14 | 10,23 | 23,2 | OS, CS, SoL |
| СРНС «Бэйдоу-2» | ||||
| В1(I) | 1561,1 | 4,1 | 2,05 | Открытый |
| B1(Q) | 1561,1 | 4,1 | 2,05 | Защищенный |
| B2(I) | 1207,14 | 2,05 | Открытый | |
| B2(Q) | 1207,14 | 10,23 | Защищенный | |
| В3 | 1268,52 | 10,23 | Защищенный |
Примечание. OS - открытый доступ, CS - коммерческий доступ, SoL - доступ повышенной надежности.
В СРНС «Галилео» и «Navstar» принято значение 
, таким образом, ПСП стандартного С/А кода GPS в описанной классификации будет иметь обозначение BOC(1,1).
Еще одной характеристикой BOC- сигналов является начальная фаза меандра относительно ПСП. По этому признаку различают синусную и косинусную меандровую модуляцию. В первом случае, меандр описывается выражением 
, и обозначается как sinBOC, во втором – как 
(cosBOC). Существуют и более сложные, так называемые МВОС-сигналы, получаемые путем различных комбинаций sinBOC и cosBOC составляющих и носящие названия ТМВОС; СВОС и AltВОС.
