Раздел 1
СИГНАЛЫGNSS
Лабораторная работа №1
Относительная фазовая манипуляция
Цель работы: реализация относительной фазовой манипуляции в
средах систем Simulink и MatLab.
Теоретические сведения:
Спутниковые радионавигационные системы формируют в околоземном пространстве радионавигационное поле. Средства, обеспечивающие навигацию: спутниковые навигационные приемники, станции с дифференциальным режимом (контрольно-корректирующие станции), аппаратура обслуживания принимают и обрабатывают информацию из радионавигационного поля и решают задачи в соответствии с функциональным назначением [1, 2, 3, 4, 8, 9].
На навигационных GPS, ГЛОНАСС и геостационарных спутниках формируются и излучаются следующие сигналы
где si(t)- сигнал i- го спутника;
t- системное время соответствующего спутника;
Pi,I- мощность синфазной составляющей i-го спутника GPS;
Di(t)- данные i -го спутника GPS;
Ci(t)- C/A- код i- го спутника GPS;
ω L1- круговая частота спутника GPS, соответствующая частоте L1 c учетом доплеровского сдвига;
θ - начальный фазовый сдвиг;
Pi,Q- мощность квадратурной составляющей i -го спутника GPS;
Pi(t)- P - код i- го спутника GPS;
ω L2- круговая частота спутника GPS, соответствующая частоте L2 c учетом доплеровского сдвига;
ω L5- круговая частота спутника GPS, соответствующая частоте 5 c учетом доплеровского сдвига;
Pi- мощность сигнала i -го спутника ГЛОНАСС;
Di,ГЛ(t)- данные i- го спутника ГЛОНАСС;
C(t)- код спутника ГЛОНАСС;
ω i,L1- круговая частота i- спутника ГЛОНАСС, соответствующая частоте L1 c учетом доплеровского сдвига;
ω i,L2 - круговая частота i -го спутника ГЛОНАСС, соответствующая частоте L2 c учетом доплеровского сдвига;
Pi,Geo- мощность сигнала геостационарного спутника;
Ci,Geo(t) - код геостационарного спутника;
Di,Geo(t) - данные геостационарного спутника.
В выражения (1.1-1.2) составляющие сигнала D(t) (индексы упущены) в идеализированном виде представляют данные, передаваемые навигационными спутниками в виде символов с амплитудой ±1, длительностью 20 миллисекунд и частотой следования 50 Гц.
Составляющие Ci(t) есть псевдослучайные последовательности символов с амплитудой ±1, длительностью 0.97752 микросекунд, частотой следования 1.023 МГц, периодом повторения1 миллисекунда. Составляющие Pi(t) есть псевдослучайные последовательности символов с амплитудой ±1, длительностью 0.097752 микросекунд, частотой следования 10.23 МГц, периодом повторения 7 суток.
В формулах(1. 3, 1. 4) составляющая сигнала D(t) ( индексы упущены) в идеализированном виде представляют данные, передаваемые спутниками в виде символов с амплитудой ±1, длительностью 20 миллисекунд и частотой
следования 50 Гц. Составляющие C(t) есть псевдослучайные последовательности символов с амплитудой ±1, длительностью 1.9569 микросекунд, частотой следования 0. 511 МГц, периодом повторения
1 миллисекунда. В формуле (1. 5) составляющая сигнала D(t) (индексы упущены) в идеализированном виде представляют данные, передаваемые геостационарными спутниками, в виде символов с амплитудой ±1 и частотой следования 250 бит/с. Составляющие C(t) есть псевдослучайные последовательности символов с амплитудой ±1, длительностью 0.97752 микросекунд, частотой следования 1.023 МГц, периодом повторения 1 миллисекунда.
Сигналы (1.1-1.6) получили название сигналов с расширенным спектром (spread-spectrumsignal). Такие сигналы характеризуются следующими признаками: полоса частот, в которой передаются данные D(t) значительно шире минимально необходимой; расширение спектра сигнала производится шумоподобными сигналами C(t) или P(t); восстановление данных в приемнике производится путем сопоставления принятого сигнала с его копией после синхронизации. При восстановлении сигнала происходит сужение спектра и выделение полезного сигнала из шумов.
Сигналы навигационных спутников, как на спутниках, так и в навигационных приемниках потребителя подвергаются специальной обработке для эффективной передачи, поиска, обнаружения, слежения, измерения в условиях помех данных без потери информации.
Рассматривается метод относительной фазовой манипуляции, применяемый в системе ГЛОНАСС. Метод осуществляется посредством перекодировки исходной последовательности информационных символов по следующему алгоритму:
Изучаются методы формирования псевдослучайных кодов спутников GPS и ГЛОНАСС, алгоритмы формирования которых основаны на получении псевдослучайных сигналов посредством последовательных регистров сдвига.
Исследуются приемы и методы корреляции псевдослучайных сигналов для нахождения сигнала спутника.
Порядок выполнения работы:
1. Откройте MatLab и запустите Simulink [5, 6].
2. Откройте в Simulink окно для создания нового документа и выполните задание1, 2, 3.
3. Задание 1. Из блоков библиотеки Simulink соберите схему, изображенную на рис. 1.1.
В этой схеме применяются следующие блоки. Блок g_F содержит данные(символы),
которые требуется перекодировать. Блоки delay выполняют задержку на один символ,
блоки mo_d сумматоры по модулю 2. Блок Oscillograph трехканальный осциллограф,
регистрирующий результаты работы схемы.
4. Задание 2. Установите параметры блоков g_F, delay, mo_d в соответствии с рис. 1.2.
5. Задание 3. Выполните моделирование в среде Simulink. Для приведенных входных
данных результат моделирования изображен на рис.1.3
Символы [11101] в сигнальной форме представлены на верхнем графике рис.3 и соответствуют данным, передаваемым по каналу1 (рис. 1.1). Средний график рис. 1.3 есть результат алгоритма (1.7) и соответствует данным, сформированным в канале 2 (рис. 1.1). Нижний график(рис. 1.3) есть результат применения алгоритма(1. 8)- восстановление данных и соответствует данным, сформированным в канале3 (рис. 1.1).
6. Выполните моделирование преобразований по алгоритмам (1.7,1.8) в MatLab.
7. Откройте MatLab и выполните задания 4,5,6.
8. Задание 4. Создайте следующий m- файл.
% m- файл процеду
%Алгоритм(1.7)
% входная последовательность
a=[11 1 0 1];
% выходная последовательность
aout(1)=a(1);
i = 1;
for i = 2: 5
aout(i)=xor(a(i),aout(i-1));
end
aout %вывод выходной последовательности в командное окно
% Алгоритм(1. 8)
b(1)= aout(1);
for i = 2: 5
b(i)= xor(aout(i-1),aout(i));
end
b %вывод обратного преобразования в командное окно
9. Задание 5. Выполните m- файл и убедитесь, что результат выполнения соответствует данным, изображенным в командном окне(рис. 1.2, г).
10. Задание 6. Задайте данные для преобразования в виде последовательности из 10 символов. Для заданной последовательности выполните задания1- 4. Результаты выполнения занесите в отчет.
Контрольные вопросы:
1. Опишите принцип работы СРНС.
2. Принцип реализации метода относительной фазовой манипуляции.
3. Что такое код Голда?