Национальный Исследовательский Университет «МЭИ» Кафедра радиотехнических систем МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ФАПЧ НАВИГАЦИОННОГО ПРИЕМНИКА СРНС Ст. гр. ЭР Крупенко О.С. Научный руководитель: Замолодчиков В.Н. Москва 2013 г. Девятнадцатая международная научно-технической конференция студентов и аспирантов Радиоэлектроника, электротехника и энергетика

Постановка задачи: 1.Ознакомление со структурой и характеристиками сигналов BPSK(n) и BOC(n,m). 2.Построение математической модели радионавигационных сигналов системы ФАПЧ 3.Анализ влияния отношения сигнал/шум на дискриминационную и флуктуационную характеристики ФД величину ошибок оценок параметров сигнала (фазы и частоты) величину полосы пропускания системы ФАПЧ длительность переходных процессов в ФАПЧ 4.Анализ влияния экспоненциально коррелированной модели изменения ускорения на: полосу пропускания системы ФАПЧ СКО оценок фазы и частоты сигнала.

Структура BPSK и BOC-сигналов t tctc g(t) 1 t tмtм v(t) 1 TмTм -1 t tмtм G дк (t) 1 TмTм BPSK - binary phase shift keying бинарная (двоичная) фазовая манипуляция Форма записи: BPSK(f с ), BPSK(β) где t c – длительность символа псевдослучайной последовательности (ПСП); f c = 1/ t c – частота ПСП; β = f c /f о ; f оп - частота опорного сигнала. BOC - binary offset carrier Бинарная модуляция с помощью МПСП Форма записи: BOC(f м,f с ) или BOC(α,β) N м = t c /t м = f м / f c – коэффициент кратности меандровых импульсов α = f м /f оп ; β = f c /f оп. Меандровая псевдослучайная последовательность (МПСП) T м - период следования меандра; t м - длительность символа меандра; f м - частота следования меандра.

Осциллограммы сигналов. Корреляционная характеристика сигналов. Сигнал с модуляцией BOCСигнал с модуляцией BPSK

Фазовый дискриминатор Обобщенная структура системы ФАПЧ ФДФНЧ ОГ Uвх(t,ф) Uд(Δф) фUоп(t, ) ˜ ф ˆ ф ˜ x x th(*) x U дф ( t k ) IkIk QkQk Квадратурный коррелятор Синфазный коррелятор h(t-t k_оп )cos(ф ог_ k ) h(t-t k_оп )sin(ф ог_ k ) y(t k-1,l )

Дискриминационная и флуктуационная характеристики фазового дискриминатора Алгоритм работы Дискриминатор, оптимальный при малом отношении сигнал/шум Дискриминационная характеристика Крутизна ДХ Флуктуационная характеристика Эквивалентный шум

Структурная схема системы ФАПЧ Спектральная плотность шума наблюдения приведенного ко входу системы ФАПЧ Спектральная плотность формирующего шума Дисперсия оценки фазы сигнала Дисперсия оценки частоты сигнала Коэффициент передачи Полоса пропускания

Влияние отношения сигнал/шум на характеристики системы ФАПЧ 1. Влияние отношения сигнал/шум на СКО оценок фазы и частоты Оптимальный тип дискриминатора Зависимость Для малого отношения с/ш Для большого отношения с/ш

2. Влияние отношения сигнал/шум на полосу пропускания ФАПЧ Влияние отношения сигнал/шум на характеристики системы ФАПЧ (Продолжение) 3. Влияние отношения сигнал/шум на дисперсию приведенного ко входу шуму наблюдения Оптимальный тип дискриминатора Зависимость Для малого отношения с/ш Для большого отношения с/ш

4. Влияние отношения сигнал/шум на длительность переходных процессов в ФАПЧ Влияние отношения сигнал/шум на характеристики системы ФАПЧ (Продолжение) q = 30 дБГцq = 45 дБГц Процесс на выходе дискриминатора Процесс ошибки фильтрации

Структурная схема системы ФАПЧ Пусть модель объекта имеет экспоненциально коррелированное ускорение (модель Сингера) Для малоподвижных объектов Коэффициент передачи Полоса пропускания Для объектов со средней подвижностью Для объектов с большой динамикой Полоса пропускания системы ФАПЧ α = 0.01 Гцα = 0.2 Гцα = 10 Гц

Малоподвижные объектыОбъекты со средней подвижностьюОбъекты с большой динамикой α = 0.01 Гцα = 0.2 Гцα = 10 Гц СКО оценки фазы и частоты для случаев дельта и экспоненциально коррелированного ускорений СКО оценки фазы сигнала СКО оценки частоты сигнала

Заключение 1.Тип модуляции навигационных сигналов не влияет на характеристики системы ФАПЧ. 2. Увеличение уровня шума на входе системы ФАПЧ приводит к Сужению полосы пропускания системы ФАПЧ; Увеличению ошибки оценки фазы и частоты системы; Увеличению длительности переходного процесса в системе ФАПЧ. 3. Использование уточненной модели фильтра при экспоненциально коррелированном ускорении позволяет уменьшить погрешность определения оценок фазы и частоты для объектов, обладающих большой динамикой движения. Для малоподвижных объектов использование уточненной модели преимущества не дает. Для объектов с большой динамикой движения использование модели Сингера дает уточнение в среднем 5-7% (отношение сигнал/шум 45 дБГц, СКО ускорения 50 м/с^2).