Помехоустойчивость многоканальной передачи информации при кодировании перспективных сигналов системы ГЛОНАСС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Ткачев, Александр Борисович

• Ткачев, Александр Борисович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ткачев, Александр Борисович

Список использованных обозначений и сокращений.

Введение.

1 Обзор тенденций в развитии навигационных сигналов ГНСС.

1.1 Обзор старых сигналов существующих ГНСС.

1.2 Анализ новых идей в развитии перспективных сигналов ГНСС.

1.2.1 Информационная и пилотная компоненты навигационных сигналов.

1.2.2 Меандровая поднесущая модуляция.

1.2.3 Оверлейное кодирование.

1.2.4 Новые виды псевдослучайных последовательностей.

1.2.5 Многопозиционные сигналы.

1.3 Направления развития системы ГЛОНАСС и требования к перспективным сигналам.

2 Исследование корреляционных свойств сигналов ГНСС.

2.1 Виды псевдослучайных последовательностей, применяемых в ГНСС.

2.2 Исследование корреляционных свойств дальномерного кодирования.

2.2.1 Дальномерные коды длиной 4092 символа.

2.2.2 Дальномерные коды длиной 10230 символов.

2.3 Исследование корреляционных свойств оверлейного кодирования.

3 Исследование методов повышения помехоустойчивости передачи навигационного сообщения в сигналах ГНСС.

3.1 Повышение помехоустойчивости путем применения многопозиционных сигналов в ГНСС.

3.2Формирование многопозиционных сигналов ГНСС.

З.ЗКаскадные коды на основе ортогональных многопозиционных сигналов.

3.4Повышение помехоустойчивости сигналов ГНСС путем передачи сигнала словной синхронизации в пилотном канале.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Помехоустойчивость многоканальной передачи информации при кодировании перспективных сигналов системы ГЛОНАСС»

Актуальность работы Начало XXI столетия характеризуется интенсивным развитием глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), их создание многими странами и использованием во многих отраслях экономики, инфраструктуры, обороны, культуры, туризма и других сторон жизни человечества. На данный момент происходит модернизация американской ГНСС GPS и развертывание новых систем: европейской GALILEO и китайской COMPASS. Продолжается развертывание японской ГНСС QZSS, являющейся региональным дополнением к системе GPS.

Существующая скорость и помехоустойчивость передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС становится тормозом для повышения точности и оперативности позиционирования потребителей навигационных услуг. В связи с развитием системы ГЛОНАСС и освоением других частотных диапазонов появилась возможность создавать и использовать сигналы с новыми свойствами, обеспечивающими повышение скорости и помехоустойчивости передачи информации в условиях кодового разделения каналов. Таким образом, процесс развития системы ГЛОНАСС обуславливает актуальность исследований методов обеспечения помехоустойчивости и скорости передачи информации, включая снижение помех множественного доступа (ПМД) при передаче сигналов с кодовым разделением каналов, учитывающих присущие ГЛОНАСС ограничения.

Объектом исследования является система совмещенной передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС и информации для дальнометрии.

Предметом исследования являются теоретические и практические вопросы повышения скорости и помехоустойчивости передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС, совмещенной с информацией для далыюметрии, на основе выбора соответствующего множества сигналов.

Целыо диссертации является исследование способов обеспечения низкого уровня ПМД при кодовом разделении каналов, а также высокой скорости передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС при обеспечении высокой точности дальнометрии путем выбора сигналов кодового разделения каналов, используемых совместно для дальнометрии, и способа их оверлейного кодирования с учетом доплеровских частотных сдвигов между сигналами, принимаемыми от разных космических аппаратов; вариантов предварительного помехоустойчивого кодирования информации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС. Задачи диссертации

1. Анализ структуры, методов формирования и характеристик навигационных и информационных сигналов в существующих и модернизируемых ГНСС.

2. Исследование свойств псевдослучайных последовательностей (ПСП), применяемых в навигационных и информационных сигналах с кодовым разделением, и формулировка предложений по выбору типов ПСП в перспективных сигналах ГЛОНАСС.

3. Исследование свойств оверлейных кодов, применяемых в навигационных и информационных сигналах современных ГНСС, и разработка предложений по оверлейному кодированию в перспективных сигналах ГЛОНАСС.

4. Анализ существующих и разработка новых методов повышения помехоустойчивости передачи информации в перспективных сигналах ГЛОНАСС.

Методы исследования Для решения поставленных в диссертационной работе задач были использованы методы теории сигналов и методы математического моделирования.

Научная новизна диссертационной работы состоит в:

1. Результатах сравнительного анализа применения различающихся и одинаковых оверлейных кодов в навигационных и информационных сигналах разных навигационных космических аппаратов

2. Результатах сравнительного анализа нового метода использования ортогональных многопозиционных сигналов и кода Рида-Соломона с существующими методами повышения помехоустойчивости передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия.

3. Обоснованности, на основе анализа структуры навигационных и информационных сигналов, переноса сигнала словной синхронизации в пилотный канал.

Практическая ценность работы состоит:

1. В обосновании возможности применения простых схем генерации дальномерных кодов в навигационных и информационных сигналах с кодовым разделением каналов.

2. В рекомендации применения различающихся оверлейных кодов в навигационных и информационных сигналах разных космических аппаратов по сравнению с применением одинакововых оверлейных кодов, что при длине периода дальномерного кода 10230 символов и длине оверлейного кода 100 символов, как предложено в системе Galileo, позволяет снизить максимальную величину ПМД на 11 дБ.

3. В полученных оценках преимуществ сочетания ортогональных многопозиционных сигналов с кодом Рида-Соломона: при вероятности битовой ошибки 10~6 энергетический выигрыш по сравнению со сверточным кодированием более 2,5 дБ, по сравнению с кодами Хемминга около 5 дБ, по сравнению с безызбыточным кодированием сигналов ФМ2 около 8 дБ.

4. В рекомендации передавать сигнал словной синхронизации в виде оверлейного кода пилотного канала, что позволит при сохранении прежней помехоустойчивости повысить скорость передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС на 17,6 %.

Внедрение результатов работы:

Результаты научных исследований и разработанные на их основе рекомендации использованы в отчете, выполненном для ОАО «Российская корпорация космического приборостроения и информационных систем» -головного разработчика бортового информационно-измерительного комплекса космических аппаратов ГЛОНАСС, о чём имеется соответствующий акт внедрения.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, трех приложений и библиографического списка. Она изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка, 4 таблицы, библиографический список включает 42 наименования.

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Ткачев, Александр Борисович

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. На основе результатов моделирования установлено, что разные виды псевдослучайных последовательностей одинаковой длины при кодовом разделении сигналов создают незначительно отличающиеся по величине помехи множественного доступа. Предложено использовать для дальномерного кодирования последовательности с наиболее простыми способами генерации.

2. На основе результатов моделирования установлено, что использование разных оверлейных кодов в сигналах разных космических аппаратов обеспечивает меньшую максимальную величину помех множественного доступа по сравнению с использованием одинаковых оверлейных кодов.

3. Установлено, что применение каскадного кода на основе ортогональных многопозиционных сигналов и кода Рида-Соломона обеспечивают значительный энергетический выигрыш по сравнению с используемыми в настоящее время сверточным кодированием и кодами Хемминга.

4. Предложен метод передачи сигнала словной синхронизации в пилотном канале, обеспечивающий выигрыш в помехоустойчивости либо скорости передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия.

Заключение.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ткачев, Александр Борисович, 2012 год

1. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. Изд. 4-е, перераб. и доп. М: Радиотехника, 2010.

2. ГЛОНАСС. Интерфейсно-контрольный документ (редакция 5.0) 2002 г.

3. Interface Specification/Navstar GPS Space Segment/Navigation User Interfaces. IRN-200D-001, IS-GPS-200, 7 March 2006.

4. J. J. Spilker. GPS Signal Structure and Performance Characteristics. Navigation. Journal of the Institute of Navigation, 1978, Summer, vol. 25, N 2, pp. 121-146.

5. Interface Specification for QZSS (IS-QZSS) Vl.l, Japan Aerospace Exploration Agency, 31 July 2009.

6. Ефименко В. С., Харисов В. Н. Влияние цифровой информации в навигационных сигналах на помехоустойчивость их приема. Радиотехника, Москва, 2011, № 2 С . 17-20.

7. Волошин С. Б., Геворкян А. Г., Ипатов В. П., Ковита С. П., Шебшаевич Б. В. К вопросу эффективности введения пилотного канала в пользовательский интерфейс СРНС.// Новости навигации, Москва, 2008. -№4-С. 19-24.

8. Guenter W. Hein and other. A Candidate for the Galileo LI OS Optimized Signal, ION GNSS 18th International Technical Meeting of the Satellite Division, 13-16 September 2005, Long Beach, CA pp. 883-845

9. Richard D. Fontana, Wai Cheung, Paul M. Novak, Thomas A. Stansell, Jr. The New L2 Civil Signal. GPS World, September 2001.

10. Vincent Ileiries, Daniel Roviras, Lionel Ries, Vincent Calmettes Analysis of Non Ambiguous BOC Signal Acquisition Performance, ION GNSS 17th International Technical Meeting of the Satellite Division, 21-24 Sept. 2004, Long Beach, CA.

11. A.J. Dierendonck, C. Hegarty. The New L5 Civil GPS Signal. GPS World, September 2000

12. G. W. Hein, J. Godet, J-C. Issler, J-C. Martin, P. Erhard, R. Lucas-Rodrigues, T. Pratt. Status of Galileo Frequency and Signal Design. ION GPS 2002, Sept. 2427, 2002, Oregon Convention Center, Portland, Oregon, pp. 266-277

13. Ипатов В. П., Непогодин Д. С. К применению оверлейных кодов в модернизированном радиоинтерфейсе GPS.// Известия вузов России. Радиоэлектроника, С.-Петербург, 2010. вып. 4 - С. 3 - 10.

14. Волошин С. Б., Ипатов В. П., Шебшаевич Б. В. Оверлейное кодирование дальномерных сигналов ГНСС как средство ускорения битовой синхронизации.// Новости навигации, Москва, 2010. №2 - С. 15-19.

15. Interface Specification Document/Navstar GPS Space Segment/User Segment L5 Interfaces, IRN-705-003, IS-GPS-705, 22 September 2005.

16. Grace Xingxin Gao, David S. De Lorenzo, Todd Walter and Per Enge. Stanford University. Acquisition and Tracking of GIOV-A Broadcast L1/E5/E6 Signals and Analysis of DME/TACAN Interface on Receiver Design.;

17. Grace Xingxin Gao, ALAN Chen, Sherman Lo, David S. De Lorenzo, Per Enge. Stanford University. GNSS over China. The Compass MEO Satellite Codes. Inside GNSS. July/August. 2007, pp. 36-42, www.insidegnss.com;

18. Win de Wilde, Frank Boon, J-m Sleewaegen, Frank Wilms. Septentrio N, V. More Compass Points. Tracking China's MEO Satellite on a Hardware Receiver. Inside GNSS. July/August. 2007, pp. 44-48, www.insidegnss.com;

19. Thomas Greller, Joel Dantapal, Antoine Delatour, Alain Ghion, Lionel Ries. Centre National D'etudes spatiales. Initial Observations and Analysis of Compass MEO Satellite Signals. Inside GNSS. May/June 2007, pp. 39-43.

20. European GNSS (Galileo) Open Service Signal in Space Interface Control Document, Issue 1.1, September 2010.

21. Interface Specification Document. Navstar GPS Space Segment/User Segment L1C Interfaces, IS-GPS-800, 04 September 2008.

22. Interface Specification for QZSS, Vl.l, Japan Aerospace Exploration Agency, July 31,2009.

23. Скляр Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр. : Пер. с англ. — М. : Издательский дом "Вильяме", 2003.

24. Международный частотный циркуляр бюро радиосвязи МСЭ IFIC №2417 от 18.04.2000 г., Международный частотный циркуляр бюро радиосвязи МСЭ IFIC №2535 от 11.01,2005г.

25. Международный частотный циркуляр бюро радиосвязи МСЭ IFIC №2594 от 15.05.2007г.

26. Гайворонский Д. В., Ипатов В. П., Самойлов И. М., Волошин С. Б., Шебшаевич Б. В. К выбору сигнатурных ансамблей для нового поколения радиоинтерфейса системы ГЛОНАСС.// Известия вузов России. Радиоэлектроника, С.-Петербург, 2009. вып. 6 - С. 44 - 55.

27. Гайворонский Д. В., Ипатов В. П., Самойлов И. М. Анализ совместимости новых сигналов ГЛОНАСС с существующими имодернизированными навигационными сигналами.// Известия вузов России. Радиоэлектроника, С.-Петербург, 2009. вып. 6 - С. 56 - 66.

28. Ипатов В. П. Широкополосные системы и кодовое разделение сигналов. М: Техносфера, 2007.

29. Яценков В. С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС. М: Горячая линия-Телеком, 2005.

30. Ткачев А. Б. Исследование корреляционных свойств последовательностей для сигналов с кодовым разделением системы ГЛОНАСС. // Вестник Московского Авиационного института, Москва, 2009. -т.16,№7-С. 61-66

31. Ткачев А. Б. Корреляционные свойства оверлейного кодирования в сигналах глобальных навигационных спутниковых систем. // Вестник Московского авиационного института, Москва, 2012. т. 19, №2 - С. 143-147

32. Ткачев А. Б. Новые способы повышения помехоустойчивости сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. // Вестник Московского Авиационного института, Москва, 2011. т.18, №5 - С. 61-66

33. Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. -М.: Радио и связь. 2000.

34. Витерби Э. Д. Принципы когерентной связи. Пер. с англ. / Под ред. Б. Р. Левина. М.: Советское радио, 1966.

35. Золотарев В. В., Овечкин Г. В. Помехоустойчивое кодирование Методы и алгоритмы: Справочник. М.: Горячая линия - Телеком, 2004.

36. Ткачев А. Б., Богданов А. С. Помехоустойчивое кодирование в глобальных навигационных спутниковых системах. // Информационно-измерительные и управляющие системы, Москва, 2010. -т.8, №10 С. 44-47

37. Финк Л. М. Теория передачи дискретных сообщений. М: Советское радио, 1970.