RU2618520C1 - Method for object angular orientation on radio navigation signals of spacecrafts - Google Patents
Method for object angular orientation on radio navigation signals of spacecrafts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2618520C1 RU2618520C1 RU2016114995A RU2016114995A RU2618520C1 RU 2618520 C1 RU2618520 C1 RU 2618520C1 RU 2016114995 A RU2016114995 A RU 2016114995A RU 2016114995 A RU2016114995 A RU 2016114995A RU 2618520 C1 RU2618520 C1 RU 2618520C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- interference
- signals
- navigation
- delay
- receiving
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 13
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 5
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000036039 immunity Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 25
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 12
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000000306 recurrent effect Effects 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 206010013142 Disinhibition Diseases 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000010187 selection method Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/13—Receivers
- G01S19/33—Multimode operation in different systems which transmit time stamped messages, e.g. GPS/GLONASS
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
Landscapes
- Noise Elimination (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области спутниковой навигации и может быть использовано для определения углового положения объектов в пространстве или на плоскости в условиях воздействия преднамеренных широкополосных помех.The present invention relates to the field of satellite navigation and can be used to determine the angular position of objects in space or on a plane under the influence of intentional broadband interference.
Известен способ компенсации помех, принятых на основную и дополнительные (компенсационные) антенны, которые не должны содержать полезного сигнала [1]. Сигнал основного канала подается на сумматор с единичным весом, а колебания компенсационных каналов взвешиваются, исходя из помеховой обстановки. При этом цель подстройки весовых коэффициентов - обеспечить минимальную мощность шума на выходе сумматора. Недостатком этого способа является невозможность определения углового положения объекта.A known method of compensating for interference received on the main and additional (compensation) antenna, which should not contain a useful signal [1]. The signal of the main channel is fed to the adder with a unit weight, and the oscillations of the compensation channels are weighed based on the interference environment. At the same time, the goal of adjusting the weight coefficients is to provide minimum noise power at the output of the adder. The disadvantage of this method is the inability to determine the angular position of the object.
Наиболее близким к заявляемому является способ угловой ориентации объекта по радионавигационным сигналам космических аппаратов, основанный на приеме аддитивной смеси помехи и сигналов от n навигационных космических аппаратов двумя или более приемными каналами, антенны которых расположены так, что линии, проведенные через фазовые центры антенн, параллельны одной или двум осям объекта, и измерении фазовых сдвигов между сигналами от каждого из n навигационных космических аппаратов. Перед измерением фазовых сдвигов определяют вектор поправочного весового коэффициента для каждого из приемных каналов путем их калибровки эталонной пилот-помехой, сигнал помехи каждого из приемных каналов суммируют с сигналами помех остальных каналов, являющихся для него компенсационными, предварительно умноженными на соответствующий вектор весового коэффициента, которые вычисляют на основе рекуррентной оценки обратной корреляционной матрицы помех с учетом векторов поправочных весовых коэффициентов, выделяют радионавигационные сигналы от n навигационных космических аппаратов и определяют угловое положение объекта [2].Closest to the claimed is a method of angular orientation of the object on the radio navigation signals of spacecraft, based on the reception of an additive mixture of interference and signals from n navigation spacecraft with two or more receiving channels, the antennas of which are located so that the lines drawn through the phase centers of the antennas are parallel to one or two axes of the object, and measuring the phase shifts between the signals from each of the n navigation spacecraft. Before measuring the phase shifts, the correction weight factor vector is determined for each of the receiving channels by calibrating them with a reference pilot noise, the interference signal of each of the receiving channels is added to the interference signals of the remaining channels, which are compensation signals preliminarily multiplied by the corresponding weight coefficient vector, which is calculated based on a recursive estimate of the inverse correlation matrix of interference, taking into account the vectors of correction weighting factors, radio navigation signals from n navigation spacecraft and determine the angular position of the object [2].
Основным недостатком такого способа является недостаточный коэффициент подавления преднамеренных помех при больших базах интерферометра. Для примера, при точности измерения углов пространственной ориентации, равной 4-м угловым минутам (расстояние между антеннами В=2 м), максимально достижимый коэффициент подавления будет составлять не более 15 дБ.The main disadvantage of this method is the lack of suppression of intentional interference with large bases of the interferometer. For example, with an accuracy of measuring spatial orientation angles of 4 angular minutes (distance between antennas B = 2 m), the maximum achievable suppression coefficient will be no more than 15 dB.
В основу изобретения положена задача повышения помехоустойчивости угломерной навигационной аппаратуры потребителей путем компенсации межканальной задержки сигналов за счет использования многоотводных линий задержки выравнивающего фильтра и сглаживания группового времени запаздывания, что в целом согласовывает геометрию расположения антенн с плоским волновым фронтом принимаемых помеховых колебаний.The basis of the invention is the task of increasing the noise immunity of the goniometric navigation equipment of consumers by compensating for the interchannel delay of the signals by using multi-tap delay lines of the equalization filter and smoothing the group delay time, which generally agrees the antenna geometry with the plane wavefront of the received interference oscillations.
Поставленная задача решается тем, что в способе угловой ориентации объекта по радионавигационным сигналам космических аппаратов, основанном на приеме аддитивной смеси помехи и сигналов от n навигационных космических аппаратов двумя или более приемными каналами, антенны которых расположены так, что линии, проведенные через фазовые центры антенн, параллельны одной или двум осям объекта, суммировании сигналов каждого приемного канала с сигналами помех остальных каналов, являющихся для него компенсационными, предварительно умноженными на весовые коэффициенты, вычисленные на основе рекуррентной оценки обратной корреляционной матрицы помех, выделении радионавигационных сигналов от n навигационных космических аппаратов, восстановлении их исходных параметров в каждом приемном канале, измерении фазовых сдвигов между сигналами от каждого из n навигационных космических аппаратов между парами приемных каналов и определении углового положения объекта, согласно изобретению перед суммированием сигналов осуществляют их дискретную временную задержку, а весовые коэффициенты вычисляют для каждой дискреты задержки и восстанавливают исходные параметры радионавигационных сигналов от n навигационных космических аппаратов с учетом соответствующей дискретной задержки.The problem is solved in that in the method of angular orientation of the object according to the radio navigation signals of spacecraft, based on the reception of an additive mixture of interference and signals from n navigation spacecraft with two or more receiving channels, the antennas of which are located so that the lines drawn through the phase centers of the antennas, parallel to one or two axes of the object, summing the signals of each receiving channel with the interference signals of the remaining channels, which are compensation for it, previously multiplied by and weighting coefficients calculated on the basis of a recurrence estimate of the inverse correlation matrix of interference, separation of radio navigation signals from n navigation spacecraft, restoration of their initial parameters in each receiving channel, measurement of phase shifts between signals from each of n navigation spacecraft between pairs of receiving channels and determination the angular position of the object, according to the invention before summing the signals carry out their discrete time delay, and weight coefficients delay delays are calculated for each and the initial parameters of the radio navigation signals from n navigation spacecraft are restored, taking into account the corresponding discrete delay.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства определения угловой ориентации объекта, реализующего заявляемый способ; на фиг. 2 - схема межканальной задержки помехи в разнесенных приемных антеннах; на фиг. 3 приведена зависимость максимально достижимого коэффициента подавления помех от длины базы однобазового интерферометра; на фиг. 4. - спектр сигнально-помеховой обстановки устройства, используемого при осуществлении известных способов подавления помех; на фиг. 5. - спектр сигнально-помеховой обстановки устройства, реализующего заявляемый способ.In FIG. 1 shows a structural diagram of a device for determining the angular orientation of an object that implements the inventive method; in FIG. 2 is a diagram of an inter-channel interference delay in diversity receive antennas; in FIG. Figure 3 shows the dependence of the maximum achievable interference suppression coefficient on the base length of a single-base interferometer; in FIG. 4. - spectrum of the signal-noise environment of the device used in the implementation of known methods of suppressing interference; in FIG. 5. - spectrum of the signal-noise environment of a device that implements the inventive method.
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Пространственная ориентация объектов при помощи навигационной аппаратуры потребителей (НАП) определяется интерферометрическими методами за счет приема навигационных сигналов спутниковой радионавигационной системы «ГЛОНАСС» на разнесенные приемные антенны, то есть на основе оценки начальных фаз навигационных сигналов, принятых от каждого навигационного космического аппарата (НКА). Для этой цели используется антенная система (АС), состоящая из нескольких приемных антенн (как минимум трех), для определения углов курса, крена и тангажа. Антенны интерферометра можно использовать также и для повышения помехоустойчивости навигационной аппаратуры потребителя методами пространственной фильтрации. Поэтому кроме собственно определения пространственной ориентации объекта АС можно также использовать и для его адаптации к помехам на основе методов пространственной селекции [3].The spatial orientation of objects using consumer navigation equipment (NAP) is determined by interferometric methods by receiving navigation signals from the GLONASS satellite radio navigation system to spaced receiving antennas, that is, based on an assessment of the initial phases of navigation signals received from each navigation spacecraft (NSC). For this purpose, an antenna system (AS) is used, consisting of several receiving antennas (at least three), to determine the angles of heading, roll and pitch. Interferometer antennas can also be used to increase the noise immunity of consumer navigation equipment using spatial filtering methods. Therefore, in addition to actually determining the spatial orientation of an object, an AS can also be used to adapt it to interference based on spatial selection methods [3].
Наиболее эффективное подавление помех будет происходить в случае максимальной корреляции помеховых сигналов, принятых на разнесенные приемные антенны. Коэффициент корреляции принимаемых помех зависит от идентичности амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик приемных каналов, а также от взаимного расположения антенных элементов в пространстве [4]. Идентичности характеристик приемных каналов добиваются за счет коррекции частотных характеристик приемных каналов и калибровки времени задержки сигналов. Межканальная калибровка снижает аппаратурную систематическую погрешность НАП и является достаточной в том случае, когда фазовые центры приемных антенн находятся в непосредственной близости друг к другу. В случае же угломерной НАП, когда для увеличения точности измерения углов пространственной ориентации объекта расстояние между антеннами увеличивают до нескольких метров, возникает задержка распространения радионавигационных и помеховых сигналов (фиг. 2). И если в случае радионавигационного сигнала данная задержка позволяет, разрешив фазовую неоднозначность [5], измерить углы пространственной ориентации, то в случае помехового сигнала она (задержка) вызывает его существенную межканальную декорреляцию и, как следствие, уменьшение коэффициента подавления.The most effective interference suppression will occur in the case of maximum correlation of the interference signals received on the diversity receiving antennas. The correlation coefficient of received interference depends on the identity of the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of the receiving channels, as well as on the relative position of the antenna elements in space [4]. The identity of the characteristics of the receiving channels is achieved by correcting the frequency characteristics of the receiving channels and calibrating the delay time of the signals. Interchannel calibration reduces the hardware systematic error of the NAP and is sufficient when the phase centers of the receiving antennas are in close proximity to each other. In the case of goniometric NAP, when to increase the accuracy of measuring the spatial orientation of the object, the distance between the antennas is increased to several meters, there is a delay in the propagation of radio navigation and interference signals (Fig. 2). And if in the case of a radio navigation signal this delay allows, by resolving the phase ambiguity [5], to measure the angles of spatial orientation, then in the case of an interfering signal it (delay) causes its significant inter-channel decorrelation and, as a result, a decrease in the suppression coefficient.
Значение межканальной задержки сигналов зависит от величины базы интерферометра и взаимной ориентации расположения приемных антенн и постановщика активных помех (ПАП). Этот относительный временной сдвиг колебаний сигнала помехи tз на входах приемных каналов 1, 2, …, К можно оценить по выражению:The value of the interchannel delay of the signals depends on the size of the base of the interferometer and the relative orientation of the location of the receiving antennas and the active jammer (PAP). This relative time shift of the oscillations of the interference signal t s at the inputs of the
где d - расстояние между фазовыми центрами приемных антенн, м;where d is the distance between the phase centers of the receiving antennas, m;
θ - угол между линией, проведенной через фазовые центры приемных антенн и направлением на ПАП, град.;θ is the angle between the line drawn through the phase centers of the receiving antennas and the direction to the PAP, deg .;
c - скорость света, м/с;c is the speed of light, m / s;
ΔD - разность хода помехового сигнала между фазовыми центрами приемных антенн, м.ΔD is the difference in the path of the interfering signal between the phase centers of the receiving antennas, m
Коэффициент подавления помехи Kп одним квадратурным подканалом, с учетом временного сдвига tз помеховых колебаний, принимает следующий вид:Interference suppression coefficient K n quadrature one subchannel, taking into account the time shift t of interfering oscillation takes the form:
где tз - время задержки помех между приемными антеннами, с;where t s - delay time interference between receiving antennas, s;
ρ - коэффициент корреляции помех;ρ is the correlation coefficient of interference;
Из фиг. 2 видно, что максимальное время задержки помехи между приемными антеннами будет составлять при θ≈0° (наихудший вариант воздействия преднамеренных помех). Для наземных объектов, как правило, угол приема помех θ будет незначительным, поэтому при больших базах интерферометра наземная угломерная НАП более уязвима к преднамеренным помехам. Основная задача реализации адаптируемого пространственного фильтра на базе угломерной антенной системы предполагает повышение помехоустойчивости угломерной НАП, не снижая точности измерения пространственной ориентации объекта. В данном случае высокая разрешающая способность антенной системы НАП должна быть обеспечена без использования большого числа приемных антенн, и расстояние между приемными антеннами в несколько раз превышает половину длины волны (λ/2) радионавигационных сигналов. Поскольку повышение точности измерения пространственной ориентации объекта связано с увеличением расстояния разнесенных приемных антенн (более λ/2), в результате возникает большое количество побочных интерференционных максимумов и минимумов диаграммы направленности.From FIG. Figure 2 shows that the maximum delay time of the interference between the receiving antennas will be at θ≈0 ° (the worst case of intentional interference). For terrestrial objects, as a rule, the angle of interference reception θ will be insignificant, therefore, with large bases of the interferometer, the ground goniometric NAP is more vulnerable to deliberate interference. The main task of implementing an adaptable spatial filter based on a goniometric antenna system involves increasing the noise immunity of the goniometric NAP without decreasing the accuracy of measuring the spatial orientation of the object. In this case, the high resolution of the NAP antenna system should be provided without using a large number of receiving antennas, and the distance between the receiving antennas is several times greater than half the wavelength (λ / 2) of the radio navigation signals. Since an increase in the accuracy of measuring the spatial orientation of an object is associated with an increase in the distance of spaced receiving antennas (more than λ / 2), a large number of incidental interference maxima and minima of the radiation pattern result.
где λ - длина волны радионавигационного сигнала, м;where λ is the wavelength of the radio navigation signal, m;
d - расстояние между приемными антеннами, м;d is the distance between the receiving antennas, m;
q - количество приемных антенн;q is the number of receiving antennas;
i - количество интерференционных экстремумов - 1, 2, 3, …i - the number of interference extremes - 1, 2, 3, ...
В итоге диаграмма направленности антенной системы приобретает многолепестковый характер с достаточно «изрезанной» формой. Если диаграмма направленности антенной системы имеет дополнительные нули, то может случиться так, что направление полезного сигнала совпадет с одним из минимумов, что приведет к резкому уменьшению выходного отношения сигнал/шум.As a result, the radiation pattern of the antenna system acquires a multi-leaf nature with a rather "rugged" shape. If the radiation pattern of the antenna system has additional zeros, it may happen that the direction of the useful signal coincides with one of the minima, which will lead to a sharp decrease in the output signal-to-noise ratio.
С целью компенсации межканальных временных задержек в угломерной НАП, оснащенной системой пространственной фильтрации помех на основе многоканального корреляционного автокомпенсатора, предлагается использовать многоотводные линии задержки (выравнивающего фильтра) для выравнивания приема помеховых колебаний.In order to compensate for inter-channel time delays in a goniometric NAP equipped with a spatial interference filtering system based on a multi-channel correlation auto-compensator, it is proposed to use multi-tap delay lines (equalization filter) to equalize the reception of interference oscillations.
Рассмотрим осуществление заявляемого способа на примере с использованием многоотводного выравнивающего фильтра коррекции межканальной задержки сигналов.Consider the implementation of the proposed method using an example of a multi-tap equalization filter for correction of inter-channel signal delay.
Устройство определения угловой ориентации объекта в условиях воздействия широкополосных помех содержит К приемных каналов, каждый из которых представляет собой последовательно соединенные антенну 11 (12, …, 1к), аналоговый тракт 21 (22, …, 2к) и аналого-цифровой преобразователь 31 (32, …, 3к), выход которого подключен к соответствующему входу блока 4 формирования выборки входных сигналов. Блок 4 формирования выборки входных сигналов содержит К многоотводных линий 51 (52, …, 5к) задержки, каждая из которых представляет последовательное соединение М линий задержек сигналов. Вход многоотводной линии задержки соединен с входом первой линии задержи, а выход каждой линии задержки соединен с выходной шиной данных многоотводной линии задержки и входом последующей линии задержки. Выходы многоотводных линий 51 (52, …, 5к) задержек всех каналов сводятся в общую шину данных блока 4 формирования выборки входных сигналов, которая подключается к входу блока 6 подавления помех. Блок 6 подавления помех состоит из последовательно соединенных блока 7 оценки обратной корреляционной матрицы и перемножителя 8, второй вход которого соединен с входом блока 6, а выход его является выходом блока 6 подавления помех и соединен с входом блока 9 восстановления исходных параметров цифровой обработки сигналов, который выходом подключен к блоку 10 определения угловой ориентации.A device for determining the angular orientation of an object under the influence of broadband interference contains K receiving channels, each of which is a series antenna 1 1 (1 2 , ..., 1 k ), an analog path 2 1 (2 2 , ..., 2 k ) and analog -digital converter 3 1 (3 2 , ..., 3 k ), the output of which is connected to the corresponding input of block 4 of the sampling of input signals. Block 4 of the sampling of the input signals contains K multi-tap lines 5 1 (5 2 , ..., 5 k ) delays, each of which represents a serial connection M lines of signal delays. The input of the multi-tap delay line is connected to the input of the first delay line, and the output of each delay line is connected to the data output bus of the multi-tap delay line and the input of the subsequent delay line. The outputs of the multi-tap lines 5 1 (5 2 , ..., 5 k ) of the delays of all channels are reduced to a common data bus of the input signal sampling unit 4, which is connected to the input of the
Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.
Аддитивная смесь радионавигационных сигналов и помех принимается разнесенными антеннами 11 (12, …, 1к), усиливается и преобразуется в сигналы промежуточной частоты аналоговыми трактами 21 (22, …, 2к) и затем поступает в аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 31 (32, …, 3к) приемных каналов. С выходов АЦП цифровые коды аддитивной смеси радионавигационных сигналов и помех каждого приемного канала поступают на вход соответствующей многоотводной линии 51 (52, …, 5к) задержки блока 4 формирования выборки входных сигналов.An additive mixture of radio navigation signals and interference is received by diversity antennas 1 1 (1 2 , ..., 1 k ), amplified and converted into intermediate frequency signals by analog paths 2 1 (2 2 , ..., 2 k ) and then fed to analog-to-digital converters ( ADC) 3 1 (3 2 , ..., 3 k ) receiving channels. From the ADC outputs, the digital codes of the additive mixture of radio navigation signals and interference from each receiving channel are fed to the input of the corresponding multi-tap line 5 1 (5 2 , ..., 5 k ) of the delay of block 4 of the sampling of the input signals.
Цифровые коды входных сигналов каждой дискреты задержки поступают в выходную шину данных многоотводной линии задержки 51 (52, …, 5к), а выходы всех многоотводных линий задержки (51, …, 5к) сводятся в общую шину данных блока 4 формирования выборки входных сигналов. Путем использования М последовательно соединенных линий задержки каждого канала на выходе блока 4 формируется выборка сигналов с набором дискрет задержки в виде матрицы размерностью K×M, где K - количество приемных каналов, М - количество линий задержки в многоотводной линии задержки каждого канала.The digital codes of the input signals of each delay discrete are fed to the output data bus of the multi-tap delay line 5 1 (5 2 , ..., 5 k ), and the outputs of all multi-tap delay lines (5 1 , ..., 5 k ) are reduced to the common data bus of the block 4 of formation samples of input signals. By using M series-connected delay lines of each channel at the output of block 4, a sample of signals is formed with a set of delay discrete in the form of a matrix of dimension K × M, where K is the number of receiving channels, M is the number of delay lines in the multi-tap delay line of each channel.
С выхода блока 4 формирования выборки входных сигналов цифровые сигналы по общей шине данных поступают на вход блока 6 подавления помех.From the output of block 4 of the formation of a sample of input signals, digital signals are transmitted via a common data bus to the input of
Блок 6 подавления помех решает следующие задачи:
- вычисление корреляционной матрицы помех на фоне корреляционных помех и ее обращение (при этом корреляционная матрица помех должна быть невырожденной, т.е. ее определитель не равен нулю);- calculation of the correlation interference matrix against the background of correlation interference and its inversion (in this case, the correlation interference matrix must be non-degenerate, i.e., its determinant is not equal to zero);
- компенсацию помех за счет векторно-матричной операции перемножения обратной корреляционной матрицы помех с входной реализацией приемных сигналов.- compensation of interference due to the vector-matrix operation of multiplying the inverse correlation matrix of interference with the input implementation of the receiving signals.
Блок 6 подавления помех построен по варианту без выделенного основного приемного канала, в котором каждый канал является основным и в то же время компенсационным по отношению к другим приемным каналам.The
Формирование провалов в направлении источников помех осуществляется итерационным расчетом, за счет использования рекуррентного алгоритма подстройки текущих весовых коэффициентов, направленного на уменьшение ошибки оценивания процесса адаптации и компенсации помех. Весовые коэффициенты вычисляются на основе рекуррентной оценки обратной корреляционной матрицы помех. Обратная корреляционная матрица помех содержит всю информацию об угловых положениях источников помех и излучаемой ими спектральной плотности мощности помехи.The formation of dips in the direction of the interference sources is carried out by iterative calculation, through the use of a recurrent algorithm for adjusting the current weighting coefficients, aimed at reducing the error in evaluating the adaptation process and interference compensation. Weights are calculated based on a recursive estimate of the inverse correlation matrix of interference. The inverse correlation matrix of interference contains all the information about the angular positions of the interference sources and the spectral density of the interference power emitted by them.
Целью рекуррентного вычисления обратной корреляционной матрицы
В данном случае увеличение коэффициента подавления помеховых колебаний и компенсация помех достигается путем пространственно-временной обработки сигналов приемных каналов за счет расчета весовых коэффициентов в каждом из отводов многоотводной линии задержки каждого канала. Именно вычисление весового коэффициента в каждой линии многоотводной линии задержки с определенным временем задержки и компенсирует межканальную задержку помехи каждого приемного канала и согласовывает в целом геометрию расположения приемных антенн с плоским волновым фронтом принимаемых помех. Вследствие такой пространственно-временной обработки сигналов повышается межканальный коэффициент корреляции помех в приемных каналах и максимизируется их подавление. Результирующее время задержки соответствует максимальному времени распространения помехи между разнесенными приемными антеннами.In this case, an increase in the coefficient of suppression of interfering oscillations and compensation of interferences is achieved by spatiotemporal processing of the signals of the receiving channels by calculating the weight coefficients in each of the taps of the multi-tap delay line of each channel. It is the calculation of the weight coefficient in each line of the multi-tap delay line with a certain delay time that compensates for the inter-channel delay of the interference of each receiving channel and harmonizes the overall geometry of the location of the receiving antennas with a plane wavefront of the received interference. Due to this spatio-temporal signal processing, the inter-channel interference correlation coefficient in the receiving channels is increased and their suppression is maximized. The resulting delay time corresponds to the maximum propagation time of the interference between the diversity receiving antennas.
С выхода блока 6 подавления помех остатки помех и радионавигационные сигналы
Решается эта проблема путем коррекции измеренных фазовых сдвигов и восстановления фазы. Информация о дискретных задержках сигналов и весовых коэффициентов, которые используются в блоке подавления помех для каждой итерации, известна, и тем самым в дальнейшем используется в цифровой обработке сигналов. Исследования показывают, что исходные фазовые соотношения радионавигационных сигналов восстанавливаются без каких-либо систематических ошибок.This problem is solved by correcting the measured phase shifts and restoring the phase. Information about the discrete signal delays and weights, which are used in the interference suppression unit for each iteration, is known, and thus is further used in digital signal processing. Studies show that the initial phase relationships of radio navigation signals are restored without any systematic errors.
При цифровой обработке сигналов происходит разделение радионавигационных сигналов каждого из навигационных космических аппаратов, а также поиск, захват сигналов по частоте, коррекция фазовых соотношений и задержек, частотная автоподстройка, синхронизация по метке времени и границе бита служебной информации, прием и декодирование служебной информации и измерение радионавигационных параметров радионавигационного сигнала.In digital signal processing, the radio navigation signals of each of the navigation spacecraft are separated, as well as search, capture signals by frequency, correct phase relationships and delays, frequency auto-tuning, synchronization of the time information and the bit boundary of the service information, reception and decoding of service information, and measurement of radio navigation parameters of the radio navigation signal.
В блоке определения угловой ориентации 10 производится оптимальная оценка начальных фаз сигналов, принятых антеннами, вычисляются значения фазовых сдвигов сигналов, которые в дальнейшем используются для определения углового положения объекта (курс, крен, тангаж).In the block for determining the
В результате экспериментальных исследований помехоустойчивости угломерной НАП с различным порядком многоотводных линий задержки (выравнивающего фильтра) получены спектры помехи и имитируемого радионавигационного сигнала в полосе пропускания приемника (аналогового тракта).As a result of experimental studies of the noise immunity of the goniometric NAP with a different order of multi-tap delay lines (equalization filter), the spectra of interference and a simulated radio navigation signal in the passband of the receiver (analog path) are obtained.
Экспериментальные исследования проводились с использованием трех приемных антенн, двух передающих антенн и подключенных к ним источника гармонического сигнала литеры «7» ГЛОНАСС (имитатор навигационных сигналов «МРК-40») и источника сигнала широкополосной помехи (векторный генератор «Rohde&Schwartz»).Experimental studies were carried out using three receiving antennas, two transmitting antennas, and a source of harmonic source of the GLONASS "7" signal (navigation signal simulator "MRK-40") and a broadband interference signal source (Rohde & Schwartz vector generator).
Мощность помехи плавно регулировалась штатным высокочастотным генератором Rohde&Schwartz. Контроль мощности помехи в месте приема сигнала осуществлялся с помощью анализатора спектра «Agilent», размещенного в точке антенной системы угломерной НАП.The interference power was continuously regulated by the standard high-frequency generator Rohde & Schwartz. The interference power was monitored at the signal receiving site using an Agilent spectrum analyzer located at the point of the antenna system of the goniometric NAP.
При проведении экспериментальных испытаний производилась запись сигналов в цифровом виде независимых выборок сигнально-помеховой обстановки угломерных каналов, их программная обработка в соответствии с рекуррентным алгоритмом адаптивной защиты угломерной НАП и проведения измерений пространственной ориентации объекта при подавлении преднамеренных помех.During the experimental tests, the digital signals were recorded in independent samples of the signal-noise situation of the goniometric channels, their software processing in accordance with the recurrent algorithm for the adaptive protection of the goniometric NAP and measurements of the spatial orientation of the object while suppressing intentional interference.
В постобработке реализован перенос спектра принимаемых сигналов на нулевую частоту. Перенос выполняется в несколько этапов с расщеплением на квадратурные составляющие.In post-processing, the spectrum of the received signals is implemented at zero frequency. The transfer is carried out in several stages with splitting into quadrature components.
На фиг. 4 представлены спектры преднамеренной помехи - 2, спектр радионавигационного сигнала в первом угломерном канале литеры «7» ГЛОНАСС от имитатора навигационных сигналов МРК-40 на частоте 4 МГц без помех - 1 и спектр этого сигнала после адаптации к помехам без компенсации межканальной задержки сигналов - 3. В результате адаптации в полосе пропускания приемника коэффициент подавления помех имеет значительный разброс и недостаточные значения для сложных условий электромагнитной обстановки (в среднем в ДН формируются узкие провалы 10-20 дБ). Разброс значений коэффициента подавления помех в полосе частот радионавигационных сигналов объясняется различием частотных характеристик приемных каналов и различным временем задержки распространения помехового колебания между разнесенными в пространстве приемными антеннами.In FIG. 4 shows the intentional interference spectra - 2, the spectrum of the radio navigation signal in the first goniometer channel of the GLONASS "7" from the navigation signal simulator MRK-40 at a frequency of 4 MHz without interference - 1 and the spectrum of this signal after adaptation to interference without compensation for inter-channel signal delay - 3 As a result of adaptation in the receiver passband, the interference suppression coefficient has a significant scatter and insufficient values for difficult conditions of the electromagnetic environment (on average, narrow dips 10-20 dB are formed in the ND). The spread in the values of the noise suppression coefficient in the frequency band of the radio navigation signals is explained by the difference in the frequency characteristics of the receiving channels and the different propagation delay times of the interfering oscillations between spatially separated receiving antennas.
На фиг. 5 представлены спектры преднамеренной помехи - 2, спектр радионавигационного сигнала в первом угломерном канале литеры «7» ГЛОНАСС от имитатора навигационных сигналов МРК-40 на частоте 4 МГц без помех - 1 и спектр этого сигнала после адаптации к помехам с применением выравнивающего фильтра - 3. Из результатов применения выравнивающего фильтра видно, что спектр сигналов после подавления помех более равномерный в полосе пропускания приемника, и коэффициент пространственного подавления помех увеличился до 35-40 дБ.In FIG. Figure 5 shows the intentional interference spectra - 2, the spectrum of the radio navigation signal in the first goniometer channel of the “7” GLONASS from the navigation signal simulator MRK-40 at a frequency of 4 MHz without interference - 1, and the spectrum of this signal after adaptation to interference using an equalization filter - 3. From the results of applying the equalization filter, it can be seen that the signal spectrum after interference suppression is more uniform in the passband of the receiver, and the spatial interference suppression coefficient increased to 35-40 dB.
Таким образом, описанный принцип компенсации межканальной задержки сигналов при помощи многоотводных линий задержки (выравнивающего фильтра) осуществляет задачу повышения помехоустойчивости угломерной навигационной аппаратуры потребителей. По результатам исследований использование выравнивающего фильтра 5-го порядка, позволяет увеличить коэффициент подавления помех на 15-20 дБ по сравнению с существующими методами подавления помех в разнесенных антенных системах угломерной НАП. Экспериментальные испытания также показали, что увеличение порядка выравнивающего фильтра (более 10) не дает значительного прироста коэффициента подавления, однако при этом существенно возрастают вычислительные и аппаратные затраты.Thus, the described principle of compensating the inter-channel delay of signals using multi-tap delay lines (equalization filter) performs the task of increasing the noise immunity of the goniometric navigation equipment of consumers. According to the results of studies, the use of a 5th-order equalization filter allows one to increase the interference suppression coefficient by 15–20 dB in comparison with the existing interference suppression methods in spaced antenna systems of the goniometric NAP. Experimental tests also showed that an increase in the order of the equalization filter (more than 10) does not give a significant increase in the suppression coefficient, however, computational and hardware costs increase significantly.
Источники информацииInformation sources
1. Создание помехозащищенных навигационных приемников, способных измерять пространственную ориентацию объектов / В.Н. Тяпкин, Ю.Л. Фатеев, Д.Д. Дмитриев, Е.Н. Гарин, В.Н. Ратушняк // Успехи современной радиоэлектроники. - 2014. - №5. С. 61-65.1. The creation of noise-free navigation receivers capable of measuring the spatial orientation of objects / V.N. Tyapkin, Yu.L. Fateev, D.D. Dmitriev, E.N. Garin, V.N. Town Hall // Successes of modern radio electronics. - 2014. - No. 5. S. 61-65.
2. Пат. №2564523. РФ, С1 МПК G01S 1/00. Способ угловой ориентации объекта по радионавигационным сигналам космических аппаратов / Ратушняк В.Н., Фатеев Ю.Л., Тяпкин В.Н., Гарин Е.Н., Дмитриев Д.Д., Вейсов Е.А.; Заявитель и патентообладатель СФУ; заявка №2014129573/07, зарег. 17.07.2014.2. Pat. No. 2564523. RF,
3. Синтез алгоритма защиты от помех в восьмиэлементной фазированной антенной решетке / Ю.Л. Фатеев, Д.Д. Дмитриев, В.Н. Тяпкин, В.Н. Ратушняк // Радиотехника. - 2014. - №1. - С. 29-34.3. Synthesis of the interference protection algorithm in an eight-element phased array antenna / Yu.L. Fateev, D.D. Dmitriev, V.N. Tyapkin, V.N. Town Hall // Radio Engineering. - 2014. - No. 1. - S. 29-34.
4. Методы адаптации фазированных антенных решеток к помехам в спутниковых радионавигационных системах / Д.Д. Дмитриев, В.Н. Тяпкин, Н.С. Кремез // Радиотехника. - 2013. - №9. - С. 39-43.4. Methods of adaptation of phased array antennas to interference in satellite radio navigation systems / DD. Dmitriev, V.N. Tyapkin, N.S. Kremez // Radio engineering. - 2013. - No. 9. - S. 39-43.
5. Калибровка измерительного тракта для испытания навигационной аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем на помехоустойчивость / В.Н. Тяпкин, Ю.Л. Фатеев, Д.Д. Дмитриев, В.Г. Коннов // Вестник СибГАУ. - 2012. - Вып. 4 (44). - С. 139-142.5. Calibration of the measuring path for testing the navigation equipment of consumers of satellite radio navigation systems for noise immunity / V.N. Tyapkin, Yu.L. Fateev, D.D. Dmitriev, V.G. Konnov // Bulletin of SibSAU. - 2012. - Issue. 4 (44). - S. 139-142.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016114995A RU2618520C1 (en) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | Method for object angular orientation on radio navigation signals of spacecrafts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016114995A RU2618520C1 (en) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | Method for object angular orientation on radio navigation signals of spacecrafts |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2618520C1 true RU2618520C1 (en) | 2017-05-04 |
Family
ID=58697855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016114995A RU2618520C1 (en) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | Method for object angular orientation on radio navigation signals of spacecrafts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2618520C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2681836C1 (en) * | 2018-02-13 | 2019-03-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Method for determining spatial coordinates and angular position of a remote object |
| RU2738409C1 (en) * | 2020-06-18 | 2020-12-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method for interference-protected reception of satellite communication system signals |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5379045A (en) * | 1993-09-01 | 1995-01-03 | Trimble Navigation Limited | SATPS mapping with angle orientation calibrator |
| RU2105319C1 (en) * | 1995-09-13 | 1998-02-20 | Юрий Леонидович Фатеев | Method of angular orientation of objects by signals of spacecraft of global navigation satellite systems |
| EP0679904B1 (en) * | 1989-12-11 | 2001-10-17 | Caterpillar Inc. | Integrated vehicle positioning and navigation system, apparatus and method |
| WO2008046363A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-04-24 | K+K Messtechnik Gmbh | Navigation device and method for acquiring orientations |
| RU2379700C1 (en) * | 2008-07-28 | 2010-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОПАРК "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА" (ООО "ТП РЭ") | Method of object angular orientation by satellite radionavigation system signals |
| EA019666B1 (en) * | 2010-12-20 | 2014-05-30 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Method of angular orientation of object by signals of satellite radio-navigation systems |
| RU2564523C1 (en) * | 2014-07-17 | 2015-10-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Method of angular object orientation using spacecraft radio navigation signals |
-
2016
- 2016-04-18 RU RU2016114995A patent/RU2618520C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0679904B1 (en) * | 1989-12-11 | 2001-10-17 | Caterpillar Inc. | Integrated vehicle positioning and navigation system, apparatus and method |
| US5379045A (en) * | 1993-09-01 | 1995-01-03 | Trimble Navigation Limited | SATPS mapping with angle orientation calibrator |
| RU2105319C1 (en) * | 1995-09-13 | 1998-02-20 | Юрий Леонидович Фатеев | Method of angular orientation of objects by signals of spacecraft of global navigation satellite systems |
| WO2008046363A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-04-24 | K+K Messtechnik Gmbh | Navigation device and method for acquiring orientations |
| RU2379700C1 (en) * | 2008-07-28 | 2010-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОПАРК "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА" (ООО "ТП РЭ") | Method of object angular orientation by satellite radionavigation system signals |
| EA019666B1 (en) * | 2010-12-20 | 2014-05-30 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Method of angular orientation of object by signals of satellite radio-navigation systems |
| RU2564523C1 (en) * | 2014-07-17 | 2015-10-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Method of angular object orientation using spacecraft radio navigation signals |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2681836C1 (en) * | 2018-02-13 | 2019-03-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Method for determining spatial coordinates and angular position of a remote object |
| RU2738409C1 (en) * | 2020-06-18 | 2020-12-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method for interference-protected reception of satellite communication system signals |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6867726B1 (en) | Combining sidelobe canceller and mainlobe canceller for adaptive monopulse radar processing | |
| Cai et al. | First demonstration of RFI mitigation in the phase synchronization of LT-1 bistatic SAR | |
| CN104199052B (en) | A kind of beam side lobe suppressing method based on norm constraint | |
| Domnin et al. | Kharkiv incoherent scatter facility | |
| WO2010059690A2 (en) | Compensation of beamforming errors in a communications system having widely spaced antenna elements | |
| CN111273267B (en) | Signal processing method, system and device based on phased array incoherent scattering radar | |
| US20100171662A1 (en) | Adaptive array control device, method and program, and adaptive array processing device, method and program using the same | |
| RU2618520C1 (en) | Method for object angular orientation on radio navigation signals of spacecrafts | |
| Zorn et al. | Self-contained antenna crosstalk and phase offset calibration by jointly solving the attitude estimation and calibration problem | |
| Jia et al. | Adaptive blind anti-jamming algorithm using acquisition information to reduce the carrier phase bias | |
| RU2271019C1 (en) | Method of compensation of signal phase incursions in onboard radar system and onboard radar system with synthesized aperture of antenna for flying vehicles | |
| RU2738409C1 (en) | Method for interference-protected reception of satellite communication system signals | |
| RU2407026C1 (en) | Location finding method of narrow-band radio signals of short-wave range | |
| CN110927751A (en) | Array antenna self-adaptive correction implementation method based on carrier phase measurement | |
| CN114994678B (en) | Multi-channel bistatic SAR wireless phase predistortion method, device and electronic equipment | |
| CN114564816A (en) | Target space position parameter estimation method and device | |
| Tyapkin et al. | Correcting non-indentity in receiving channels in interference-immune systems for GLONASS and GPS | |
| RU2564523C1 (en) | Method of angular object orientation using spacecraft radio navigation signals | |
| Valery et al. | Space-time processing of signals in angle measurement navigation receivers | |
| Rasekh et al. | In-the-field calibration of all-digital mimo arrays | |
| Jin et al. | Dynamic Calibration Method of Multichannel Amplitude and Phase Consistency in Meteor Radar. | |
| RU2814220C1 (en) | Method of detecting and evaluating characteristics of wideband signals and device for its implementation | |
| RU2449472C1 (en) | Multi-channel adaptive radio-receiving device | |
| Van Tonder et al. | Increasing Pulsar SNR by Using Spectral Kurtosis as a Radio Frequency Mitigation Technique. | |
| Meng et al. | A Spatial Self-Interference Cancellation Algorithm of LEO Navigation Augmentation System Based on WIMUSIC and LCMV |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20180116 |