Помехоустойчивость и чувствительность навигационных модулей (лабораторная работа) — различия между версиями

Материал из SRNS
Перейти к: навигация, поиск
(→‎Лабораторное задание)
(→‎Контрольные вопросы)
 
(не показаны 34 промежуточные версии 1 участника)
Строка 6: Строка 6:
 
* Развить навыки использования радиотехнических измерительных приборов.
 
* Развить навыки использования радиотехнических измерительных приборов.
  
−
== Описание работы ==
+
== Общая информация ==
  
−
Объектом проведения экспериментальных исследований является модуль навигационного приемника (далее по тексту ― модуль НП), работающий в составе навигационной аппаратуры потребителей (НАП).
+
=== Основные понятия ===
 +
 
 +
{{pic|20111121_modul_NP.png|Рисунок 1 - Структурный состав НАП|pic1}}
 +
 
 +
Объектом проведения экспериментальных исследований является модуль навигационного приемника (далее по тексту ― модуль НП, навигационный модуль), работающий в составе навигационной аппаратуры потребителей (НАП) (см. [[#pic1|рис. 1]]).
  
 
Под ''помехоустойчивостью'' модуля НП понимается его способность работать в условиях воздействия внешних помех. В качестве характеристики помехоустойчивости принимается граничное (наибольшее) значение отношения мощности помехового сигнала к мощности полезного сигнала  
 
Под ''помехоустойчивостью'' модуля НП понимается его способность работать в условиях воздействия внешних помех. В качестве характеристики помехоустойчивости принимается граничное (наибольшее) значение отношения мощности помехового сигнала к мощности полезного сигнала  
Строка 22: Строка 26:
 
::<math>{}^{J}\!\!\diagup\!\!{}_{S}\;=10\log 10\left( {{K}_{J/S}} \right)</math>&nbsp;дБ. {{eqno|2}}
 
::<math>{}^{J}\!\!\diagup\!\!{}_{S}\;=10\log 10\left( {{K}_{J/S}} \right)</math>&nbsp;дБ. {{eqno|2}}
  
 +
 +
Основными путями повышения помехозащиты НАП являются:
 +
* введение избыточности по навигационным сигналам, т.е. увеличение числа принимаемых и обрабатываемых навигационных сигналов, в том числе от различных глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС);
 +
* прием и обработка перспективных двухкомпонентных (пилот и данных) сигналов ГНСС;
 +
* использование высококачественных комплектующих и элементной базы;
 +
* оптимизация алгоритмов обработки сигналов в НАП;
 +
* комплексирование НАП ГНСС с другими информационными системами и в первую очередь с инерциальной навигационной системой (ИНС);
 +
* частотная селекция (компенсация) помех;
 +
* пространственная селекция (подавление) помех с использованием антенных решеток с управляемой диаграммой направленности.
 +
 +
<!--
 +
Дополнить:
 +
1. Определения режимов поиска и слежения
 +
2. Определение поиска в режиме холодного старта
 +
3. Определение помехопостановщика (картинка с самолетом РЭБ, нашим приемником, спутниками)
 +
4. Определение НАП и модуля НП
 +
-->
  
 
=== Схемы экспериментальных установок ===
 
=== Схемы экспериментальных установок ===
  
−
На [[#pic1|рис. 1]] представлена схема экспериментальной установки, предназначенной для измерения характеристик аттенюатора, на [[#pic1|рис. 2]] - разветвителя с соединительными кабелями и отсечкой постоянного тока. На [[#pic3|рис. 3]] представлена основная схема проведения экспериментов по измерению помехоустойчивости и чувствительности навигационных модулей.
+
На [[#pic2|рис. 2]] представлена схема экспериментальной установки, предназначенной для измерения характеристик аттенюатора, на [[#pic3|рис. 3]] - разветвителя с соединительными кабелями и отсечкой постоянного тока. На [[#pic4|рис. 4]] представлена основная схема проведения экспериментов по измерению помехоустойчивости и чувствительности навигационных модулей.
  
  
 
<!-- Исходник - 20111120_Sxema_IzmRazvetvitelya.vsd -->
 
<!-- Исходник - 20111120_Sxema_IzmRazvetvitelya.vsd -->
−
{{pic|20111120_Sxema_IzmRazvetvitelya.png{{!}}600px{{!}}|Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки для измерения характеристик разветвителя|pic1}}
+
{{pic|20111120_Sxema_IzmRazvetvitelya.png{{!}}600px{{!}}|Рисунок 2 - Схема экспериментальной установки для измерения характеристик разветвителя|pic2}}
  
  
 
<!-- Исходник - 20111120_Sxema_IzmAtten.vsd -->
 
<!-- Исходник - 20111120_Sxema_IzmAtten.vsd -->
−
{{pic|20111120_Sxema_IzmAtten.png{{!}}600px{{!}}|Рисунок 2 - Схема экспериментальной установки для измерения характеристик аттенюатора|pic2}}
+
{{pic|20111120_Sxema_IzmAtten.png{{!}}600px{{!}}|Рисунок 3 - Схема экспериментальной установки для измерения характеристик аттенюатора|pic3}}
  
  
 
<!-- Исходник - 20111120_Sxema_Pomexoyst.vsd -->
 
<!-- Исходник - 20111120_Sxema_Pomexoyst.vsd -->
−
{{pic|20111120_Sxema_Pomexoyst.png{{!}}600px{{!}}|Рисунок 3 - Схема экспериментальной установки для измерения чувствительности и помехоустойчивости навигационных модулей|pic3}}
+
{{pic|20111120_Sxema_Pomexoyst.png{{!}}600px{{!}}|Рисунок 4 - Схема экспериментальной установки для измерения чувствительности и помехоустойчивости навигационных модулей|pic4}}
  
  
Строка 135: Строка 156:
 
=== 1 Определение коэффициента передачи аттенюатора ===
 
=== 1 Определение коэффициента передачи аттенюатора ===
  
−
1.1 Собрать экспериментальную установку для измерения характеристик аттенюатора согласно [[#pic1|рис. 1]]. В качестве аттенюатора использовать сборный с номинальным коэффициентом ослабления 50-60 дБ.  
+
1.1 Собрать экспериментальную установку для измерения характеристик аттенюатора согласно [[#pic2|рис. 2]]. В качестве аттенюатора использовать сборный с номинальным коэффициентом ослабления 50-60 дБ.  
  
 
1.2 Включить генератор навигационного сигнала (ГНС),  анализатор спектра (далее АС). Перевести АС в режим измерения мощности в полосе равной полосе используемого навигационного сигнала. Дальнейшие измерения мощности с помощью АС проводить в этом режиме, устанавливая в качестве центральной частоты анализа центральную частоту навигационного или помехового сигнала.
 
1.2 Включить генератор навигационного сигнала (ГНС),  анализатор спектра (далее АС). Перевести АС в режим измерения мощности в полосе равной полосе используемого навигационного сигнала. Дальнейшие измерения мощности с помощью АС проводить в этом режиме, устанавливая в качестве центральной частоты анализа центральную частоту навигационного или помехового сигнала.
  
 
1.3 С помощью ГС и АС определить коэффициент ослабления аттенюатора <math>K_{att}</math>, дБ. При включенном в схему аттенюаторе установить на ГС формирование синусоидального сигнала с частотой, равной центральной частоте рабочего диапазона (для ГЛОНАСС L1 1602,0 МГц, для GPS L1 1575,42 МГц) и мощностью, измеряемой АС, <math>P_{with}</math> = - 70 дБм. Исключить их схемы аттенюатор - соединить разветвитель и АС. Измерить мощность <math>P_{without}</math> синусоидального сигнала с помощью АС. Найти <math>K_{att} = P_{without}-P_{with}</math>. Занести значение <math>K_{att}</math> (положительное число) в протокол.
 
1.3 С помощью ГС и АС определить коэффициент ослабления аттенюатора <math>K_{att}</math>, дБ. При включенном в схему аттенюаторе установить на ГС формирование синусоидального сигнала с частотой, равной центральной частоте рабочего диапазона (для ГЛОНАСС L1 1602,0 МГц, для GPS L1 1575,42 МГц) и мощностью, измеряемой АС, <math>P_{with}</math> = - 70 дБм. Исключить их схемы аттенюатор - соединить разветвитель и АС. Измерить мощность <math>P_{without}</math> синусоидального сигнала с помощью АС. Найти <math>K_{att} = P_{without}-P_{with}</math>. Занести значение <math>K_{att}</math> (положительное число) в протокол.
 +
 +
<br>
  
 
=== 2 Определение разности коэффициентов передачи разветвителя ===
 
=== 2 Определение разности коэффициентов передачи разветвителя ===
  
−
2.1 Собрать экспериментальную установку для измерения характеристик разветвителя согласно [[#pic2|рис. 2]].  
+
2.1 Собрать экспериментальную установку для измерения характеристик разветвителя согласно [[#pic3|рис. 3]].  
  
 
2.2 Установить на ГНС формирование синусоидального сигнала с частотой, равной центральной частоте рабочего диапазона (для ГЛОНАСС L1 1602,0 МГц, для GPS L1 1575,42 МГц) и мощностью, измеряемой АС, <math>P_{g,1}</math> = - 60 дБм. Текущий выход разветвителя, соединенный с АС, считать ''первым''.
 
2.2 Установить на ГНС формирование синусоидального сигнала с частотой, равной центральной частоте рабочего диапазона (для ГЛОНАСС L1 1602,0 МГц, для GPS L1 1575,42 МГц) и мощностью, измеряемой АС, <math>P_{g,1}</math> = - 60 дБм. Текущий выход разветвителя, соединенный с АС, считать ''первым''.
Строка 151: Строка 174:
 
2.4 Определить разность коэффициентов передачи разветвителя как <math>\Delta K = P_{g,2} - P_{g,1}</math>, зафиксировать полученное значение в протоколе. В дальнейшем второй выход использовать для подключения к АС, первый - к МШУ.
 
2.4 Определить разность коэффициентов передачи разветвителя как <math>\Delta K = P_{g,2} - P_{g,1}</math>, зафиксировать полученное значение в протоколе. В дальнейшем второй выход использовать для подключения к АС, первый - к МШУ.
  
 +
<br>
  
 
=== 3 Определение помехоустойчивости навигационного модуля в условии холодного старта ===
 
=== 3 Определение помехоустойчивости навигационного модуля в условии холодного старта ===
Строка 160: Строка 184:
 
*Т2 = 300 сек.
 
*Т2 = 300 сек.
  
−
3.3 Собрать экспериментальную установку согласно [[#pic3|рис. 3]]
+
3.3 Собрать экспериментальную установку согласно [[#pic4|рис. 4]].
  
 
3.4 Включить ЭВМ и запустить ПО для отображения, сохранения и установки параметров модуля НП.
 
3.4 Включить ЭВМ и запустить ПО для отображения, сохранения и установки параметров модуля НП.
Строка 183: Строка 207:
 
3.12 Включить ВЧ выход ГНС, затем включить модуль НП. Установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 3.7.  
 
3.12 Включить ВЧ выход ГНС, затем включить модуль НП. Установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 3.7.  
  
−
3.13 С помощью общего регулятора мощности ГС синхронно уменьшать мощность помехового сигнала <math>P_{J}</math> на 3 дБ (по показаниям ГНС или АС) через каждый интервал времени T1, контролируя отсутствие выдачи навигационного 3D-решения. Когда модуль НП начнет выдавать навигационное 3D-решение, выключить ВЧ выход ГНС. Измерить с помощью АС мощность помехового сигнала. Занести в протокол измеренную мощность помехового сигнала <math>P_{J,0}</math>.
+
3.13 С помощью общего регулятора мощности ГПС синхронно уменьшать мощность помехового сигнала <math>P_{J}</math> на 3 дБ (по показаниям ГПС или АС) через каждый интервал времени T1, контролируя отсутствие выдачи навигационного 3D-решения. Когда модуль НП начнет выдавать навигационное 3D-решение, выключить ВЧ выход ГНС. Измерить с помощью АС мощность помехового сигнала. Занести в протокол измеренную мощность помехового сигнала <math>P_{J,0}</math>.
  
−
3.14 Выключить модуль НП, установить мощность помехового сигнала на втором выходе разветвителя <math>P_{J} = P_{J,0}</math> + 10 дБм по измерениям АС. Перезапустить сценарий имитации на ГНС, включить ВЧ выход ГНС.
+
3.14 Установить мощность помехового сигнала на втором выходе разветвителя <math>P_{J} = P_{J,0}</math> + 10 дБм по измерениям АС. Перезапустить сценарий имитации на ГНС, включить ВЧ выход ГНС.
  
−
3.15 Включить модуль НП, установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 3.7. Выждать время Т2, убедиться в отсутствии навигационного 3D-решения. Если навигационное 3D-решение всё же выдается, то повторить п.п. 3.14-3.15, увеличив мощность помехового сигнала на 3 дБ с помощью общего регулятора мощности ГПС.
+
3.15 Выключить и включить модуль НП, установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 3.7. Выждать время Т2, убедиться в отсутствии навигационного 3D-решения. Если навигационное 3D-решение всё же выдается, то повторить п.п. 3.14-3.15, увеличив мощность помехового сигнала на 3 дБ с помощью общего регулятора мощности ГПС.
  
−
3.16 Уменьшить мощность помехи на 1 дБ, выждать время Т2, проконтролировать наличие/отсутствие навигационного 3D-решения на выходе НП.
+
3.16 Уменьшить мощность помехи на 1 дБ, выждать время Т2, проконтролировать наличие/отсутствие навигационного 3D-решения на выходе НП.
  
−
3.17 При отсутствии навигационного 3D-решения в течение 2 минут без перерывов, превышающих 10-секундный интервал, повторить пп. 2.3.16-2.3.17.
+
3.17 При отсутствии навигационного 3D-решения в течение 2 минут без перерывов, превышающих 10-секундный интервал, повторить пп. 3.15-3.17.
 
   
 
   
 
3.18 При наличии навигационного 3D-решения в течение 2 минут без перерывов, превышающих 10-секундный интервал, зафиксировать граничное значение мощности <math>P_{J,i} = P_{J}</math> дБм  помехового сигнала.
 
3.18 При наличии навигационного 3D-решения в течение 2 минут без перерывов, превышающих 10-секундный интервал, зафиксировать граничное значение мощности <math>P_{J,i} = P_{J}</math> дБм  помехового сигнала.
Строка 197: Строка 221:
 
3.19 Рассчитать коэффициент подавления НП по формуле <math>J/S_i = P_{J,i} - P_S</math> (дБ). Зафиксировать рассчитанное значение в протоколе.
 
3.19 Рассчитать коэффициент подавления НП по формуле <math>J/S_i = P_{J,i} - P_S</math> (дБ). Зафиксировать рассчитанное значение в протоколе.
  
−
3.20 Набрать статистику значений <math>J/S_i</math> из 5 экспериментов повторяя выполнение пп. 3.14-3.18. Выполнение п. 2.3.14 допускается начинать с установки  <math>P_{J} = P_{J,i-1}</math> + 2 дБм, где <math>P_{J,i-1}</math> - граничное значение мощности помехового сигнала, полученное в предыдущем эксперименте по набору статистики.
+
3.20 Набрать статистику значений <math>J/S_i</math> из 5 экспериментов повторяя выполнение пп. 3.14-3.18. Выполнение п. 3.14 допускается начинать с установки  <math>P_{J} = P_{J,i-1}</math> + 2 дБм, где <math>P_{J,i-1}</math> - граничное значение мощности помехового сигнала, полученное в предыдущем эксперименте по набору статистики.
  
 
3.20 Рассчитать среднеарифметическое значение <math>J/S</math> по полученным значениям <math>J/S_i</math>, <math>i = 1,..,5</math>. Зафиксировать рассчитанное значение <math>J/S</math> в протоколе.
 
3.20 Рассчитать среднеарифметическое значение <math>J/S</math> по полученным значениям <math>J/S_i</math>, <math>i = 1,..,5</math>. Зафиксировать рассчитанное значение <math>J/S</math> в протоколе.
 +
 +
<br>
  
 
=== 4 Определение помехоустойчивости навигационного модуля в условии слежения ===
 
=== 4 Определение помехоустойчивости навигационного модуля в условии слежения ===
 +
 +
 +
4.1 При необходимости выполнить пункты подготовки 1, 2, занести полученные значения <math>K_{att}</math>, <math>\Delta{K}</math>  в протокол.
 +
 +
4.2 Занести в протокол параметры,  использующиеся при испытаниях:
 +
*Т1 = 30 секунд;
 +
*Т2 = 120 секунд.
 +
 +
4.3 На ГНС запустить требуемый сценарий имитации. Установить уровень сигнала ГНС (далее навигационный сигнал) для каждого спутника равным <math>P_S</math> = -125 +  <math>\Delta{K}</math> + <math>K_{att}</math> ± 1 дБм по измерениям АС. Занести измеренное значение <math>P_S</math> в протокол.
 +
 +
4.4 Собрать экспериментальную установку согласно [[#pic4|рис. 4]]. Включить ЭВМ и запустить ПО для отображения, сохранения и установки параметров модуля НП.
 +
 +
4.5 Включить модуль НП.
 +
 +
4.6 Установить связь ЭВМ с модулем НП. Задать параметры работы:
 +
* система (ГЛОНАСС или GPS);
 +
* частотный диапазон (L1);
 +
* тип сигналов (СТ или C/A).
 +
 +
4.7 Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Если условие не выполняется, проверить правильность выполнения пунктов 1, 2, 4.3-4.6. Если проверка не выявила нарушений пунктов методики, записать в качестве оценки параметра <math>J/S</math> = 0. Сообщить преподавателю. Перейти к следующему пункту плана экспериментальных исследований.
 +
 +
4.8 Выключить модуль НП и ВЧ выход ГНС.
 +
 +
4.9 Установить на ГПС соответствующий экспериментальному исследованию тип и параметры выходного сигнала (далее помехового сигнала) в соответствии с Приложением B.
 +
 +
4.10 Включить выход ГПС,  контролируя значения по АС установить мощность помехового сигнала на втором выходе разветвителя  <math>P_{J} = P_{J,min}</math> = - 110 дБм + <math>K_{att}</math>. Полоса измерения АС должна быть согласованной с полосой соответствующего навигационного сигнала при каждом измерении.
 +
 +
4.11 Включить модуль НП, установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 4.6. Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек.
 +
 +
4.12 С помощью общего регулятора выходной мощности ГПС увеличивать мощность помехи на выходе ГС на 3 дБ через каждый интервал времени Т1 до тех пор, пока модуль НП не перестанет выдавать навигационное 3D-решение. Выключить ВЧ выход ГНС. Измерить с помощью АС мощность помехового сигнала. Занести в протокол измеренную мощность помехового сигнала <math>P_{J,0}</math>.
 +
 +
4.13 Отключить ВЧ выход ГПС. Выключить модуль НП. Включить ВЧ выход ГНС. Перезапустить сценарий имитации на ИС.
 +
 +
4.14 Включить модуль НП, установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 4.6.
 +
 +
4.15 Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек.
 +
 +
4.16 При испытаниях на помехоустойчивость в некогерентном/когерентном режиме слежения, перевести модуль НП в некогерентный/когерентный режим с помощью интерфейсного ПО на ПК.
 +
 +
4.17 Контролируя значения по АС установить мощность помехового сигнала на втором выходе разветвителя <math>P_{J}</math> = <math>P_{J,0}</math> – 6 дБм. Включить выходной сигнал ГПС. Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Иначе, повторить выполнение п.п 4.13-4.17, уменьшив выходную мощность ГПС на 3 дБ.
 +
 +
4.18 Увеличить мощность помехи на 1 дБ. Проконтролировать, выдает ли модуль НП в течение 2 минут навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Если условие выполняется, повторить п. 4.18.
 +
 +
4.19 При нарушении условия п. 4.18: выключить ВЧ выход ИС, уменьшить выходную мощность помехи на 1 дБ, зафиксировать граничное значение мощности <math>P_{J,i}</math> = <math>P_{J}</math> помехового сигнала по измерениям АС.
 +
 +
4.20 Рассчитать коэффициент подавления НП по формуле <math>J/S_i = P_{J,i} - P_S</math> (дБ). Зафиксировать рассчитанное значение в протоколе.
 +
 +
4.21 Набрать статистику значений <math>J/S_i</math> из 5 экспериментов повторяя выполнение пп. 4.13-4.20. Выполнение п. 3.17 допускается начинать с установки  <math>P_{J} = P_{J,i-1}</math> - 3 дБм, где <math>P_{J,i-1}</math> - граничное значение мощности помехового сигнала, полученное в предыдущем эксперименте по набору статистики.
 +
 +
4.22 Рассчитать среднеарифметическое значение <math>J/S</math> по полученным значениям <math>J/S_i</math>, <math>i = 1,..,5</math>. Зафиксировать рассчитанное значение <math>J/S</math> в протоколе.
 +
 +
<br>
  
 
=== 5 Определение чувствительности навигационного модуля в условии холодного старта ===
 
=== 5 Определение чувствительности навигационного модуля в условии холодного старта ===
  
 +
5.1 При необходимости выполнить пункты подготовки 1, 2, занести полученные значения <math>K_{att}</math>, <math>\Delta{K}</math>  в протокол.
 +
 +
5.2 Занести в протокол параметры, использующиеся при проведении экспериментов:
 +
*Т1 = 60 сек;
 +
*Т2 = 300 сек.
 +
 +
5.3 Собрать экспериментальную установку согласно [[#pic4|рис. 4]]. Выключить ВЧ выход ГПС.
 +
 +
5.4 Включить ЭВМ и запустить ПО для отображения, сохранения и установки параметров модуля НП.
 +
 +
5.5 На ГНС запустить требуемый сценарий имитации. Установить уровень сигнала ГНС (далее навигационный сигнал) для каждого спутника равным <math>P_S</math> = -125 +  <math>\Delta{K}</math> + <math>K_{att}</math> ± 1 дБм по измерениям АС.
 +
 +
5.6 Включить модуль НП.
 +
 +
5.7 Установить связь ЭВМ с модулем НП. Задать параметры работы в соответствии с планом проведения экспериментальных исследований:
 +
* система (ГЛОНАСС или GPS);
 +
* частотный диапазон (L1);
 +
* тип сигналов (СТ или C/A).
 +
 +
5.8 Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Если условие не выполняется, проверить правильность выполнения пунктов 1, 2, 5.2-5.7. Если проверка не выявила нарушений пунктов методики, записать в качестве оценки параметра <math>J/S</math> = 0. Сообщить преподавателю. Перейти к следующему пункту плана экспериментальных исследований.
 +
 +
5.9 Выключить модуль НП и ВЧ выход ГНС.
 +
 +
5.10 На ГНС перезапустить требуемый сценарий имитации. Установить уровень сигнала ГНС (далее навигационный сигнал) для каждого спутника равным <math>P_S</math> = -170 +  <math>\Delta{K}</math> + <math>K_{att}</math> ± 1 дБм по измерениям АС. Включить ВЧ выход ГНС.
 +
 +
5.11 Включить модуль НП. Установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 5.7.
 +
 +
5.12 С помощью регулятора мощности ГНС увеличивать мощность навигационного сигнала <math>P_{S}</math> на 3 дБ (по показаниям ГНС или АС) через каждый интервал времени T1, контролируя отсутствие выдачи навигационного 3D-решения. Когда модуль НП начнет выдавать навигационное 3D-решение, измерить с помощью АС мощность навигационного сигнала. Занести в протокол измеренную мощность помехового сигнала <math>P_{S,0}</math>.
 +
 +
5.13 Установить мощность навигационного сигнала на втором выходе разветвителя <math>P_{S} = P_{S,0}</math> - 5 дБм по измерениям АС. Перезапустить сценарий имитации на ГНС, включить ВЧ выход ГНС.
 +
 +
5.14 Выключить и включить модуль НП, установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 5.7. Выждать время Т2, убедиться в отсутствии навигационного 3D-решения. Если навигационное 3D-решение всё же выдается, то повторить п.п. 5.13-5.14, уменьшив мощность навигационного сигнала на 3 дБ с помощью регулятора мощности ГНС.
 +
 +
5.15 Увеличить мощность навигационного сигнала на 1 дБ, выждать время Т2, проконтролировать наличие/отсутствие навигационного 3D-решения на выходе НП.
 +
 +
5.16 При отсутствии навигационного 3D-решения в течение 2 минут без перерывов, превышающих 10-секундный интервал, повторить пп. 5.14-5.16, увеличивая мощность навигационного сигнала.
 +
 +
5.17 При наличии навигационного 3D-решения в течение 2 минут без перерывов, превышающих 10-секундный интервал, зафиксировать граничное значение мощности <math>P_{S,i} = P_{S}</math> дБм  навигационного сигнала.
 +
 +
5.18 Набрать статистику значений <math>P_{S,i}</math> из 5 экспериментов повторяя выполнение пп. 5.13-5.17. Выполнение п. 5.13 допускается начинать с установки  <math>P_{S} = P_{S,i-1}</math> - 2 дБм, где <math>P_{S,i-1}</math> - граничное значение мощности навигационного сигнала, полученное в предыдущем эксперименте по набору статистики.
 +
 +
5.19 Рассчитать среднеарифметическое значение <math>P_{S}</math> по полученным значениям <math>P_{S,i}</math>, <math>i = 1,..,5</math>. Зафиксировать рассчитанное значение <math>P_{S}</math> в протоколе.
 +
 +
<br>
 
=== 6 Определение чувствительности навигационного модуля в условии слежения ===
 
=== 6 Определение чувствительности навигационного модуля в условии слежения ===
 +
 +
6.1 При необходимости выполнить пункты подготовки 1, 2, занести полученные значения <math>K_{att}</math>, <math>\Delta{K}</math>  в протокол.
 +
 +
6.2 Занести в протокол параметры,  использующиеся при испытаниях:
 +
*Т1 = 30 секунд;
 +
*Т2 = 120 секунд.
 +
 +
6.3 Собрать экспериментальную установку согласно [[#pic4|рис. 4]]. На ГНС запустить требуемый сценарий имитации. Установить уровень сигнала ГНС (далее навигационный сигнал) для каждого спутника равным <math>P_S</math> = -125 +  <math>\Delta{K}</math> + <math>K_{att}</math> ± 1 дБм по измерениям АС.
 +
 +
6.4 Включить ЭВМ и запустить ПО для отображения, сохранения и установки параметров модуля НП.
 +
 +
6.5 Включить модуль НП, выключить ГПС.
 +
 +
6.6 Установить связь ЭВМ с модулем НП. Задать параметры работы:
 +
* система (ГЛОНАСС или GPS);
 +
* частотный диапазон (L1);
 +
* тип сигналов (СТ или C/A).
 +
 +
6.7 Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Если условие не выполняется, проверить правильность выполнения пунктов 1, 2, 6.3-6.6. Если проверка не выявила нарушений пунктов методики, сообщить преподавателю. Перейти к следующему пункту плана экспериментальных исследований.
 +
 +
6.8 С помощью общего регулятора выходной мощности ГНС уменьшать мощность навигационного сигнала на 3 дБ через каждый интервал времени Т1 до тех пор, пока модуль НП не перестанет выдавать навигационное 3D-решение. Измерить с помощью АС мощность навигационного сигнала одного спутника. Занести в протокол измеренную мощность навигационного сигнала <math>P_{S,0}</math>.
 +
 +
6.9 Перезапустить сценарий имитации на ИС.
 +
 +
6.10 Выключить и включить модуль НП, установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 6.6.
 +
 +
6.11 Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек.
 +
 +
6.12 При испытаниях на помехоустойчивость в некогерентном/когерентном режиме слежения, перевести модуль НП в некогерентный/когерентный режим с помощью интерфейсного ПО на ПК.
 +
 +
6.13 Контролируя значения по АС установить мощность навигационного сигнала одного спутника на втором выходе разветвителя <math>P_{S}</math> = <math>P_{S,0}</math> + 6 дБм. Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Иначе, повторить выполнение п.п 6.9-6.13, увеличив выходную мощность ГНС на 3 дБ.
 +
 +
6.14 Уменьшить мощность навигационного сигнала на 1 дБ. Проконтролировать, выдает ли модуль НП в течение 2 минут навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Если условие выполняется, повторить п. 6.14.
 +
 +
6.15 При нарушении условия п. 6.14: увеличить выходную мощность навигационного сигнала на 1 дБ, зафиксировать граничное значение мощности <math>P_{S,i}</math> = <math>P_{S}</math> навигационного сигнала по измерениям АС.
 +
 +
6.16 Набрать статистику значений <math>P_{S,i}</math> из 5 экспериментов повторяя выполнение пп. 6.9-6.15. Выполнение п. 6.13 допускается начинать с установки  <math>P_{S} = P_{S,i-1}</math> + 3 дБм, где <math>P_{S,i-1}</math> - граничное значение мощности навигационного сигнала, полученное в предыдущем эксперименте по набору статистики.
 +
 +
6.17 Рассчитать среднеарифметическое значение <math>P_{S}</math> по полученным значениям <math>P_{S,i}</math>, <math>i = 1,..,5</math>. Зафиксировать рассчитанное значение <math>P_{S}</math> в протоколе.
  
 
== Контрольные вопросы ==
 
== Контрольные вопросы ==
  
 +
# Каковы цели работы?
 +
# Что такое помехоустойчивость?
 +
# Чем помехоустойчивость отличается от чувствительности?
 +
# Какой показатель используется для численной оценки помехоустойчивости?
 +
# Какое свойство навигационного сигнала обеспечивает высокую помехоустойчивость?
 +
# Какие методы повышения помехоустойчивости вы можете назвать?
 +
# На чём основано повышение помехоустойчивости с использованием пилот-сигнала?
 +
# Помехоусточивость какого режима — когерентного или некогерентного выше?
 +
# Как реализуется повышение помехоустойчивости с помощью пространственной обработки?
 +
# Как работает режекция узкополосных помех?
 +
# Какая типовая помехоусточивость НАП, работающей по сигналу ГЛОНАСС ПТ?
 +
# Какой максимальный уровень помехоусточивости НАП реализуем в настоящее время?
 +
# Для чего в схеме лабораторной установки используется два векторных генератора сигналов?
 +
# Как в лабораторной установке предполагается контролировать отношение мощности помехи к мощности сигнала?
 +
# Как рассчитываются требования к линейности радиочастотного тракта для обеспечения требуемой помехоустойчивости?
 +
# Как рассчитываются требования к АЦП для обеспечения требуемой помехоустойчивости?
 
# Какова мощность навигационного сигнала системы ГЛОНАСС, NAVSTAR GPS на выходе антенны в условиях прямой видимости согласно ИКД? В каких пределах может изменяться мощность навигационного сигнала одного спутника на выходе антенны НАП для каждой из систем?
 
# Какова мощность навигационного сигнала системы ГЛОНАСС, NAVSTAR GPS на выходе антенны в условиях прямой видимости согласно ИКД? В каких пределах может изменяться мощность навигационного сигнала одного спутника на выходе антенны НАП для каждой из систем?
−
 
  
 
== Приложение А. Бланк протокола ==
 
== Приложение А. Бланк протокола ==
Строка 534: Строка 710:
  
  
−
== Приложение B. Описание навигационных модулей ==
+
== Приложение B. Характеристики помех ==
 +
 
 +
== Приложение C. Описание навигационных модулей ==
  
 
=== НАВИС NV-08C ===
 
=== НАВИС NV-08C ===
  
 
=== НАВИС СН-4706 ===
 
=== НАВИС СН-4706 ===
 +
 +
Навигационный модуль [[CH-4706]] - одноплатный 24-х канальный навигационный приемник, предназначен для интегрирования в различные системы в качестве навигационного датчика. СН-4706 обеспечивает определения текущих значений координат (широты, долготы, высоты), вектора скорости потребителя, а также текущего времени по сигналам СНС ГЛОНАСС, GPS и SBAS.
 +
 +
Основные заявленные характеристики модуля СН-4706 приведены в [[#tablC1|табл. C.1]]. Фотография модуля представлена на [[#picC1|рис. C.1]].
 +
 +
{{pic|20110522_SN-4706_385x300_coin.jpg|Рисунок C.1 - Фотография модуля СН-4706|picC1}}
 +
 +
 +
 +
 +
{{Якорь|tablC1}}
 +
{|class="wikitable" border="1"
 +
|+Таблица C.1. Основные характеристики модуля СН-4706
 +
!align = "center"|Характеристика
 +
!align = "center"|Значение
 +
 +
|-
 +
|Год начала серийного производства
 +
|2009
 +
 +
|-
 +
|Используемые навигационные сигналы
 +
|- ГЛОНАСС L1 СТ<br>- GPS L1 C/A
 +
 +
|-
 +
|Время выдачи первого навигационного решения:<br>&nbsp;- «холодный старт» (отсутствие альманахов СНС)<br>&nbsp;- «теплый старт» (наличие альманахов СНС, координат и времени)<br>&nbsp;- «горячий старт» (наличие альманахов СНС, координат, эфемерид и времени)
 +
|<br>90 c<br>60 c<br>15 c
 +
 +
|-
 +
|Чувствительность:
 +
|- 165 дБВт
 +
 +
|-
 +
|Потребляемая мощность
 +
|0.9 Вт
 +
 +
|-
 +
|Масса
 +
|20 г
 +
 +
|-
 +
|Габаритные размеры
 +
|35х35х6мм
 +
 +
|}
  
 
=== u-blox NEO-6Q ===
 
=== u-blox NEO-6Q ===
  
−
== Приложение C. Описание постановщиков помех ==
+
== Приложение D. Описание постановщиков помех ==
  
−
== Приложение D. Описание интерфейсных программ навигационных модулей ==
+
== Приложение E. Описание интерфейсных программ навигационных модулей ==
  
 
=== u-center ===
 
=== u-center ===
 +
 +
В качестве одного из исследуемых выступает модуль НП u-blox NEO-6Q производства швейцарской компании [http://www.u-blox.com/ u-blox Holding AG]. Компания предоставляет специальную интерфейсную программу для управления модулем НП, получения и обработки результатов его работы - [http://www.u-blox.com/en/evaluation-tools-a-software/u-center/u-center.html ''u-center''].
 +
 +
Взаимодействие между программой u-center и модулем НП организуется посредством USB-интерфейса. Опосредованно от программы распространяется [http://www.u-blox.com/en/usb-drivers.html драйвер] модуля НП, предназначенный для использования в операционных системах семейства Windows.
 +
 +
Основное окно программы представлено на [[#pic_E1|рис. E.1]].
 +
 +
{{pic|20111121_U-center.jpg{{!}}800px{{!}}|Рисунок E.1 - Основное окно программы u-center 6.10 |pic_E1}}
 +
 +
 +
Для установки соединения между программой и модулем НП необходимо подключить приемник к компьютеру и в пункте меню ''Receiver'' выбрать соответствующий порт (см. [[#pic_E2|рис. E.2]])
 +
 +
{{pic|20111121_u-center_port.png|Рисунок E.2 - Выбор порта в программе u-center 6.10|pic_E2}}
 +
 +
 +
Отображение флага выдачи 3D решения в программе u-center производится в окне ''Data View'' (см. [[#pic_E3|рис. E.3]]).
 +
 +
{{pic|20111121_U-center-3D.png|Рисунок E.3 - Окно Data View программы u-center 6.10|pic_E3}}
 +
 +
 +
Программа позволяет осуществить перезапуск приемника с помощью команды ''Coldstart'' через соответствующий пункт меню ''Receiver'' (см. [[#pic_E4|рис. E.4]])
 +
 +
{{pic|20111121_u-center_coldstart.png|Рисунок E.4 - Передача команды на холодный старт|pic_E4}}
  
 
=== BM Control ===
 
=== BM Control ===
  
  
−
== Приложение E. Примеры установки параметров генератора сигналов и анализатора спектра ==
+
== Приложение F. Примеры установки параметров генератора сигналов и анализатора спектра ==
  
 
=== Имитация навигационных сигналов системы NAVSTAR GPS с помощью векторного генератора сигналов [[R&S SMJ (серия приборов)|R&S SMJ100A]] ===
 
=== Имитация навигационных сигналов системы NAVSTAR GPS с помощью векторного генератора сигналов [[R&S SMJ (серия приборов)|R&S SMJ100A]] ===
Строка 558: Строка 804:
  
 
=== Измерение мощности навигационного сигнала с помощью анализатора спектра [[R&S FSU (серия приборов)|R&S FSU3]] ===
 
=== Измерение мощности навигационного сигнала с помощью анализатора спектра [[R&S FSU (серия приборов)|R&S FSU3]] ===
 +
 +
[[Категория:Лабораторные работы по курсу АП СРНС]]

Текущая версия на 11:43, 29 октября 2015

Содержание

[править] Цели работы

  • Ознакомиться с современными образцами навигационной аппаратуры потребителя, их интерфейсными программами;
  • Освоить методику оценивания помехоустойчивости и чувствительности навигационной аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем;
  • Развить навыки использования радиотехнических измерительных приборов.

[править] Общая информация

[править] Основные понятия

20111121 modul NP.png
Рисунок 1 - Структурный состав НАП

Объектом проведения экспериментальных исследований является модуль навигационного приемника (далее по тексту ― модуль НП, навигационный модуль), работающий в составе навигационной аппаратуры потребителей (НАП) (см. рис. 1).

Под помехоустойчивостью модуля НП понимается его способность работать в условиях воздействия внешних помех. В качестве характеристики помехоустойчивости принимается граничное (наибольшее) значение отношения мощности помехового сигнала к мощности полезного сигнала

{{K}_{J/S}} =P_{J}/P_{S}
(1)

на входе модуля НП, при котором модуль НП еще может решать целевую задачу с заданными характеристиками. Здесь P_{S} — мощность полезного сигнала одного навигационного спутника на выходе антенны, P_{J} — мощность помеховых сигналов на выходе антенны. Если мощности навигационных сигналов не равны, то P_{S} - мощность самого слабого сигнала из участвующих в навигационном решении.

Под заданными характеристиками решения целевой задачи понимается выдача навигационного 3D-решения без перерывов, превышающих 10-секундный интервал.

Параметр {{K}_{J/S}}, который называется коэффициентом подавления НП, удобно характеризовать в децибелах, т.е.

{}^{J}\!\!\diagup\!\!{}_{S}\;=10\log 10\left( {{K}_{J/S}} \right) дБ.
(2)


Основными путями повышения помехозащиты НАП являются:

  • введение избыточности по навигационным сигналам, т.е. увеличение числа принимаемых и обрабатываемых навигационных сигналов, в том числе от различных глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС);
  • прием и обработка перспективных двухкомпонентных (пилот и данных) сигналов ГНСС;
  • использование высококачественных комплектующих и элементной базы;
  • оптимизация алгоритмов обработки сигналов в НАП;
  • комплексирование НАП ГНСС с другими информационными системами и в первую очередь с инерциальной навигационной системой (ИНС);
  • частотная селекция (компенсация) помех;
  • пространственная селекция (подавление) помех с использованием антенных решеток с управляемой диаграммой направленности.


[править] Схемы экспериментальных установок

На рис. 2 представлена схема экспериментальной установки, предназначенной для измерения характеристик аттенюатора, на рис. 3 - разветвителя с соединительными кабелями и отсечкой постоянного тока. На рис. 4 представлена основная схема проведения экспериментов по измерению помехоустойчивости и чувствительности навигационных модулей.


20111120 Sxema IzmRazvetvitelya.png
Рисунок 2 - Схема экспериментальной установки для измерения характеристик разветвителя


20111120 Sxema IzmAtten.png
Рисунок 3 - Схема экспериментальной установки для измерения характеристик аттенюатора


20111120 Sxema Pomexoyst.png
Рисунок 4 - Схема экспериментальной установки для измерения чувствительности и помехоустойчивости навигационных модулей


Таблица 1. Используемое в работе оборудование
На схемах Прибор Пример Функция Кол-во
1 Генератор навигационного сигнала R&S SMBV, R&S SMU Имитация навигационных сигналов 1
2 Генератор помехового сигнала R&S SMBV, R&S SMU, R&S SMC (только гармонические) Генерация помеховых сигналов: гармонических, шумовых, сигналоподобных. 1
3 Анализатор спектра R&S FSV, R&S FSU Измерение мощности навигационного сигнала, помехи, калибровочных сигналов 1
4 ВЧ-сумматор/разветвитель L-диапазона MiniCircuits ZAPD-2DC-S+ Суммирование помехового и навигационного сигналов; разветвление суммарного сигнала к анализатору спектра и навигационному модулю 2
5 Аттенюатор 30 дБ L-диапазона MiniCircuits VAT-30+ Ослабление сигнала до уровня, соответствующему выходной мощности приемной антенны навигационной аппаратуры потребителей 2
6 Малошумящий усилитель (МШУ) MiniCircuits ZRL-2400LN+ Имитация МШУ навигационной аппаратуры потребителей 1
7 DC-Block (отсечка постоянного тока) MiniCircuits BLK-89-S+ Предотвращение подачи постоянного напряжения от навигационного модуля к аттенюаторам 1
8 Модуль навигационного приемника Объект исследования 1
9 Персональный компьютер с интерфейсными кабелями Выполнение интерфейсной программы, обмен данными с навигационными модулями, питание навигационных модулей. 1
10 Соединительные кабели L-диапазона Соединение генераторов и сумматора, соединение сумматоров, соединение аттенюатора и МШУ, соединение МШУ и навигационного модуля, соединение разветвителя и спектроанализатора. 6
11 Источник питания GW Instek GPS-4303 Питание МШУ, навигационных модулей 1

[править] Лабораторное задание

Для проведения экспериментального исследования помехоустойчивости модуля НП выполните подготовительные этапы 1, 2, а затем выполните пункты методики, соответствующие составленному плану экспериментальных исследований. Результаты фиксируйте в протоколе.


[править] 1 Определение коэффициента передачи аттенюатора

1.1 Собрать экспериментальную установку для измерения характеристик аттенюатора согласно рис. 2. В качестве аттенюатора использовать сборный с номинальным коэффициентом ослабления 50-60 дБ.

1.2 Включить генератор навигационного сигнала (ГНС), анализатор спектра (далее АС). Перевести АС в режим измерения мощности в полосе равной полосе используемого навигационного сигнала. Дальнейшие измерения мощности с помощью АС проводить в этом режиме, устанавливая в качестве центральной частоты анализа центральную частоту навигационного или помехового сигнала.

1.3 С помощью ГС и АС определить коэффициент ослабления аттенюатора K_{att}, дБ. При включенном в схему аттенюаторе установить на ГС формирование синусоидального сигнала с частотой, равной центральной частоте рабочего диапазона (для ГЛОНАСС L1 1602,0 МГц, для GPS L1 1575,42 МГц) и мощностью, измеряемой АС, P_{with} = - 70 дБм. Исключить их схемы аттенюатор - соединить разветвитель и АС. Измерить мощность P_{without} синусоидального сигнала с помощью АС. Найти K_{att} = P_{without}-P_{with}. Занести значение K_{att} (положительное число) в протокол.


[править] 2 Определение разности коэффициентов передачи разветвителя

2.1 Собрать экспериментальную установку для измерения характеристик разветвителя согласно рис. 3.

2.2 Установить на ГНС формирование синусоидального сигнала с частотой, равной центральной частоте рабочего диапазона (для ГЛОНАСС L1 1602,0 МГц, для GPS L1 1575,42 МГц) и мощностью, измеряемой АС, P_{g,1} = - 60 дБм. Текущий выход разветвителя, соединенный с АС, считать первым.

2.3 Перекоммутировать выходы разветвителя (при возможности, вместе с соединительными кабелями). Измерить мощность сигнала P_{g,2} с помощью АС. Текущий выход разветвителя, соединенный с АС, считать вторым.

2.4 Определить разность коэффициентов передачи разветвителя как \Delta K = P_{g,2} - P_{g,1}, зафиксировать полученное значение в протоколе. В дальнейшем второй выход использовать для подключения к АС, первый - к МШУ.


[править] 3 Определение помехоустойчивости навигационного модуля в условии холодного старта

3.1 При необходимости выполнить пункты подготовки 1, 2, занести полученные значения K_{att}, \Delta{K} в протокол.

3.2 Занести в протокол параметры, использующиеся при проведении экспериментов:

  • Т1 = 60 сек;
  • Т2 = 300 сек.

3.3 Собрать экспериментальную установку согласно рис. 4.

3.4 Включить ЭВМ и запустить ПО для отображения, сохранения и установки параметров модуля НП.

3.5 На ГНС запустить требуемый сценарий имитации. Установить уровень сигнала ГНС (далее навигационный сигнал) для каждого спутника равным P_S = -125 + \Delta{K} + K_{att} ± 1 дБм по измерениям АС. Занести измеренное значение P_S в протокол.

3.6 Включить модуль НП.

3.7 Установить связь ЭВМ с модулем НП. Задать параметры работы в соответствии с планом проведения экспериментальных исследований:

  • система (ГЛОНАСС или GPS);
  • частотный диапазон (L1);
  • тип сигналов (СТ или C/A).

3.8 Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Если условие не выполняется, проверить правильность выполнения пунктов 1, 2, 3.2-3.7. Если проверка не выявила нарушений пунктов методики, записать в качестве оценки параметра J/S = 0. Сообщить преподавателю. Перейти к следующему пункту плана экспериментальных исследований.

3.9 Выключить модуль НП и ВЧ выход ГНС.

3.10 Установить на генераторе помехового сигнала (далее ГПС) соответствующие экспериментальному исследованию тип и параметры выходных сигналов (далее помеховых сигналов) в соответствии с Приложением B.

3.11 Включить выход ГПС, контролируя значения по АС установить мощность помехового сигнала на втором выходе разветвителя P_{J} = P_{J,max} = - 70 дБм + K_{att}. Полоса измерения АС должна быть согласованной с полосой соответствующего навигационного сигнала при каждом измерении.

3.12 Включить ВЧ выход ГНС, затем включить модуль НП. Установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 3.7.

3.13 С помощью общего регулятора мощности ГПС синхронно уменьшать мощность помехового сигнала P_{J} на 3 дБ (по показаниям ГПС или АС) через каждый интервал времени T1, контролируя отсутствие выдачи навигационного 3D-решения. Когда модуль НП начнет выдавать навигационное 3D-решение, выключить ВЧ выход ГНС. Измерить с помощью АС мощность помехового сигнала. Занести в протокол измеренную мощность помехового сигнала P_{J,0}.

3.14 Установить мощность помехового сигнала на втором выходе разветвителя P_{J} = P_{J,0} + 10 дБм по измерениям АС. Перезапустить сценарий имитации на ГНС, включить ВЧ выход ГНС.

3.15 Выключить и включить модуль НП, установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 3.7. Выждать время Т2, убедиться в отсутствии навигационного 3D-решения. Если навигационное 3D-решение всё же выдается, то повторить п.п. 3.14-3.15, увеличив мощность помехового сигнала на 3 дБ с помощью общего регулятора мощности ГПС.

3.16 Уменьшить мощность помехи на 1 дБ, выждать время Т2, проконтролировать наличие/отсутствие навигационного 3D-решения на выходе НП.

3.17 При отсутствии навигационного 3D-решения в течение 2 минут без перерывов, превышающих 10-секундный интервал, повторить пп. 3.15-3.17.

3.18 При наличии навигационного 3D-решения в течение 2 минут без перерывов, превышающих 10-секундный интервал, зафиксировать граничное значение мощности P_{J,i} = P_{J} дБм помехового сигнала.

3.19 Рассчитать коэффициент подавления НП по формуле J/S_i = P_{J,i} - P_S (дБ). Зафиксировать рассчитанное значение в протоколе.

3.20 Набрать статистику значений J/S_i из 5 экспериментов повторяя выполнение пп. 3.14-3.18. Выполнение п. 3.14 допускается начинать с установки P_{J} = P_{J,i-1} + 2 дБм, где P_{J,i-1} - граничное значение мощности помехового сигнала, полученное в предыдущем эксперименте по набору статистики.

3.20 Рассчитать среднеарифметическое значение J/S по полученным значениям J/S_i, i = 1,..,5. Зафиксировать рассчитанное значение J/S в протоколе.


[править] 4 Определение помехоустойчивости навигационного модуля в условии слежения

4.1 При необходимости выполнить пункты подготовки 1, 2, занести полученные значения K_{att}, \Delta{K} в протокол.

4.2 Занести в протокол параметры, использующиеся при испытаниях:

  • Т1 = 30 секунд;
  • Т2 = 120 секунд.

4.3 На ГНС запустить требуемый сценарий имитации. Установить уровень сигнала ГНС (далее навигационный сигнал) для каждого спутника равным P_S = -125 + \Delta{K} + K_{att} ± 1 дБм по измерениям АС. Занести измеренное значение P_S в протокол.

4.4 Собрать экспериментальную установку согласно рис. 4. Включить ЭВМ и запустить ПО для отображения, сохранения и установки параметров модуля НП.

4.5 Включить модуль НП.

4.6 Установить связь ЭВМ с модулем НП. Задать параметры работы:

  • система (ГЛОНАСС или GPS);
  • частотный диапазон (L1);
  • тип сигналов (СТ или C/A).

4.7 Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Если условие не выполняется, проверить правильность выполнения пунктов 1, 2, 4.3-4.6. Если проверка не выявила нарушений пунктов методики, записать в качестве оценки параметра J/S = 0. Сообщить преподавателю. Перейти к следующему пункту плана экспериментальных исследований.

4.8 Выключить модуль НП и ВЧ выход ГНС.

4.9 Установить на ГПС соответствующий экспериментальному исследованию тип и параметры выходного сигнала (далее помехового сигнала) в соответствии с Приложением B.

4.10 Включить выход ГПС, контролируя значения по АС установить мощность помехового сигнала на втором выходе разветвителя P_{J} = P_{J,min} = - 110 дБм + K_{att}. Полоса измерения АС должна быть согласованной с полосой соответствующего навигационного сигнала при каждом измерении.

4.11 Включить модуль НП, установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 4.6. Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек.

4.12 С помощью общего регулятора выходной мощности ГПС увеличивать мощность помехи на выходе ГС на 3 дБ через каждый интервал времени Т1 до тех пор, пока модуль НП не перестанет выдавать навигационное 3D-решение. Выключить ВЧ выход ГНС. Измерить с помощью АС мощность помехового сигнала. Занести в протокол измеренную мощность помехового сигнала P_{J,0}.

4.13 Отключить ВЧ выход ГПС. Выключить модуль НП. Включить ВЧ выход ГНС. Перезапустить сценарий имитации на ИС.

4.14 Включить модуль НП, установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 4.6.

4.15 Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек.

4.16 При испытаниях на помехоустойчивость в некогерентном/когерентном режиме слежения, перевести модуль НП в некогерентный/когерентный режим с помощью интерфейсного ПО на ПК.

4.17 Контролируя значения по АС установить мощность помехового сигнала на втором выходе разветвителя P_{J} = P_{J,0} – 6 дБм. Включить выходной сигнал ГПС. Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Иначе, повторить выполнение п.п 4.13-4.17, уменьшив выходную мощность ГПС на 3 дБ.

4.18 Увеличить мощность помехи на 1 дБ. Проконтролировать, выдает ли модуль НП в течение 2 минут навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Если условие выполняется, повторить п. 4.18.

4.19 При нарушении условия п. 4.18: выключить ВЧ выход ИС, уменьшить выходную мощность помехи на 1 дБ, зафиксировать граничное значение мощности P_{J,i} = P_{J} помехового сигнала по измерениям АС.

4.20 Рассчитать коэффициент подавления НП по формуле J/S_i = P_{J,i} - P_S (дБ). Зафиксировать рассчитанное значение в протоколе.

4.21 Набрать статистику значений J/S_i из 5 экспериментов повторяя выполнение пп. 4.13-4.20. Выполнение п. 3.17 допускается начинать с установки P_{J} = P_{J,i-1} - 3 дБм, где P_{J,i-1} - граничное значение мощности помехового сигнала, полученное в предыдущем эксперименте по набору статистики.

4.22 Рассчитать среднеарифметическое значение J/S по полученным значениям J/S_i, i = 1,..,5. Зафиксировать рассчитанное значение J/S в протоколе.


[править] 5 Определение чувствительности навигационного модуля в условии холодного старта

5.1 При необходимости выполнить пункты подготовки 1, 2, занести полученные значения K_{att}, \Delta{K} в протокол.

5.2 Занести в протокол параметры, использующиеся при проведении экспериментов:

  • Т1 = 60 сек;
  • Т2 = 300 сек.

5.3 Собрать экспериментальную установку согласно рис. 4. Выключить ВЧ выход ГПС.

5.4 Включить ЭВМ и запустить ПО для отображения, сохранения и установки параметров модуля НП.

5.5 На ГНС запустить требуемый сценарий имитации. Установить уровень сигнала ГНС (далее навигационный сигнал) для каждого спутника равным P_S = -125 + \Delta{K} + K_{att} ± 1 дБм по измерениям АС.

5.6 Включить модуль НП.

5.7 Установить связь ЭВМ с модулем НП. Задать параметры работы в соответствии с планом проведения экспериментальных исследований:

  • система (ГЛОНАСС или GPS);
  • частотный диапазон (L1);
  • тип сигналов (СТ или C/A).

5.8 Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Если условие не выполняется, проверить правильность выполнения пунктов 1, 2, 5.2-5.7. Если проверка не выявила нарушений пунктов методики, записать в качестве оценки параметра J/S = 0. Сообщить преподавателю. Перейти к следующему пункту плана экспериментальных исследований.

5.9 Выключить модуль НП и ВЧ выход ГНС.

5.10 На ГНС перезапустить требуемый сценарий имитации. Установить уровень сигнала ГНС (далее навигационный сигнал) для каждого спутника равным P_S = -170 + \Delta{K} + K_{att} ± 1 дБм по измерениям АС. Включить ВЧ выход ГНС.

5.11 Включить модуль НП. Установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 5.7.

5.12 С помощью регулятора мощности ГНС увеличивать мощность навигационного сигнала P_{S} на 3 дБ (по показаниям ГНС или АС) через каждый интервал времени T1, контролируя отсутствие выдачи навигационного 3D-решения. Когда модуль НП начнет выдавать навигационное 3D-решение, измерить с помощью АС мощность навигационного сигнала. Занести в протокол измеренную мощность помехового сигнала P_{S,0}.

5.13 Установить мощность навигационного сигнала на втором выходе разветвителя P_{S} = P_{S,0} - 5 дБм по измерениям АС. Перезапустить сценарий имитации на ГНС, включить ВЧ выход ГНС.

5.14 Выключить и включить модуль НП, установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 5.7. Выждать время Т2, убедиться в отсутствии навигационного 3D-решения. Если навигационное 3D-решение всё же выдается, то повторить п.п. 5.13-5.14, уменьшив мощность навигационного сигнала на 3 дБ с помощью регулятора мощности ГНС.

5.15 Увеличить мощность навигационного сигнала на 1 дБ, выждать время Т2, проконтролировать наличие/отсутствие навигационного 3D-решения на выходе НП.

5.16 При отсутствии навигационного 3D-решения в течение 2 минут без перерывов, превышающих 10-секундный интервал, повторить пп. 5.14-5.16, увеличивая мощность навигационного сигнала.

5.17 При наличии навигационного 3D-решения в течение 2 минут без перерывов, превышающих 10-секундный интервал, зафиксировать граничное значение мощности P_{S,i} = P_{S} дБм навигационного сигнала.

5.18 Набрать статистику значений P_{S,i} из 5 экспериментов повторяя выполнение пп. 5.13-5.17. Выполнение п. 5.13 допускается начинать с установки P_{S} = P_{S,i-1} - 2 дБм, где P_{S,i-1} - граничное значение мощности навигационного сигнала, полученное в предыдущем эксперименте по набору статистики.

5.19 Рассчитать среднеарифметическое значение P_{S} по полученным значениям P_{S,i}, i = 1,..,5. Зафиксировать рассчитанное значение P_{S} в протоколе.


[править] 6 Определение чувствительности навигационного модуля в условии слежения

6.1 При необходимости выполнить пункты подготовки 1, 2, занести полученные значения K_{att}, \Delta{K} в протокол.

6.2 Занести в протокол параметры, использующиеся при испытаниях:

  • Т1 = 30 секунд;
  • Т2 = 120 секунд.

6.3 Собрать экспериментальную установку согласно рис. 4. На ГНС запустить требуемый сценарий имитации. Установить уровень сигнала ГНС (далее навигационный сигнал) для каждого спутника равным P_S = -125 + \Delta{K} + K_{att} ± 1 дБм по измерениям АС.

6.4 Включить ЭВМ и запустить ПО для отображения, сохранения и установки параметров модуля НП.

6.5 Включить модуль НП, выключить ГПС.

6.6 Установить связь ЭВМ с модулем НП. Задать параметры работы:

  • система (ГЛОНАСС или GPS);
  • частотный диапазон (L1);
  • тип сигналов (СТ или C/A).

6.7 Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Если условие не выполняется, проверить правильность выполнения пунктов 1, 2, 6.3-6.6. Если проверка не выявила нарушений пунктов методики, сообщить преподавателю. Перейти к следующему пункту плана экспериментальных исследований.

6.8 С помощью общего регулятора выходной мощности ГНС уменьшать мощность навигационного сигнала на 3 дБ через каждый интервал времени Т1 до тех пор, пока модуль НП не перестанет выдавать навигационное 3D-решение. Измерить с помощью АС мощность навигационного сигнала одного спутника. Занести в протокол измеренную мощность навигационного сигнала P_{S,0}.

6.9 Перезапустить сценарий имитации на ИС.

6.10 Выключить и включить модуль НП, установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 6.6.

6.11 Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек.

6.12 При испытаниях на помехоустойчивость в некогерентном/когерентном режиме слежения, перевести модуль НП в некогерентный/когерентный режим с помощью интерфейсного ПО на ПК.

6.13 Контролируя значения по АС установить мощность навигационного сигнала одного спутника на втором выходе разветвителя P_{S} = P_{S,0} + 6 дБм. Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Иначе, повторить выполнение п.п 6.9-6.13, увеличив выходную мощность ГНС на 3 дБ.

6.14 Уменьшить мощность навигационного сигнала на 1 дБ. Проконтролировать, выдает ли модуль НП в течение 2 минут навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Если условие выполняется, повторить п. 6.14.

6.15 При нарушении условия п. 6.14: увеличить выходную мощность навигационного сигнала на 1 дБ, зафиксировать граничное значение мощности P_{S,i} = P_{S} навигационного сигнала по измерениям АС.

6.16 Набрать статистику значений P_{S,i} из 5 экспериментов повторяя выполнение пп. 6.9-6.15. Выполнение п. 6.13 допускается начинать с установки P_{S} = P_{S,i-1} + 3 дБм, где P_{S,i-1} - граничное значение мощности навигационного сигнала, полученное в предыдущем эксперименте по набору статистики.

6.17 Рассчитать среднеарифметическое значение P_{S} по полученным значениям P_{S,i}, i = 1,..,5. Зафиксировать рассчитанное значение P_{S} в протоколе.

[править] Контрольные вопросы

  1. Каковы цели работы?
  2. Что такое помехоустойчивость?
  3. Чем помехоустойчивость отличается от чувствительности?
  4. Какой показатель используется для численной оценки помехоустойчивости?
  5. Какое свойство навигационного сигнала обеспечивает высокую помехоустойчивость?
  6. Какие методы повышения помехоустойчивости вы можете назвать?
  7. На чём основано повышение помехоустойчивости с использованием пилот-сигнала?
  8. Помехоусточивость какого режима — когерентного или некогерентного выше?
  9. Как реализуется повышение помехоустойчивости с помощью пространственной обработки?
  10. Как работает режекция узкополосных помех?
  11. Какая типовая помехоусточивость НАП, работающей по сигналу ГЛОНАСС ПТ?
  12. Какой максимальный уровень помехоусточивости НАП реализуем в настоящее время?
  13. Для чего в схеме лабораторной установки используется два векторных генератора сигналов?
  14. Как в лабораторной установке предполагается контролировать отношение мощности помехи к мощности сигнала?
  15. Как рассчитываются требования к линейности радиочастотного тракта для обеспечения требуемой помехоустойчивости?
  16. Как рассчитываются требования к АЦП для обеспечения требуемой помехоустойчивости?
  17. Какова мощность навигационного сигнала системы ГЛОНАСС, NAVSTAR GPS на выходе антенны в условиях прямой видимости согласно ИКД? В каких пределах может изменяться мощность навигационного сигнала одного спутника на выходе антенны НАП для каждой из систем?

[править] Приложение А. Бланк протокола

Бланк протокола доступен к скачиванию.


[править] Помехоустойчивость поиска

Протокол экспериментальных исследований помехоустойчивости модуля НП _________________ в режиме поиска сигналов

Тип навигационных сигналов  
Тип помехи  
Сценарий движения потребителя  

1. Параметры:

Т1 = 60 сек

Т2 = 300 сек

2. Коэффициент ослабления аттенюатора

Кatt = +          дБ

Разность коэффициентов передачи разветвителя (2 - 1)

\Delta{K} =          дБ

3. Мощность сигнала одного спутника по измерениям АС (второй выход разветвителя)

P_S = -          дБм.

4. Мощность помехового сигнала по измерениям АС, при котором модуль НП захватил сигналы не менее чем 4 НС и выдавал навигационное 3D-решение в течение 2 минут без перерывов более 10 сек:

P_{J,0} = -          дБм.

5. Результаты косвенных измерений J/S

№ эксперимента, i P_{J,i}, дБм J/S_{i}, дБ
1    
2    
3    
4    
5    
Параметр Значение
Среднеарифметическое значение J/S, дБ  


[править] Помехоустойчивость слежения

Протокол экспериментальных исследований помехоустойчивости модуля НП _________________ в режиме слежения

Тип навигационных сигналов  
Тип помехи  
Сценарий движения потребителя  

1. Временные параметры:

Т1 =

Т2 = 120 сек

2. Коэффициент ослабления аттенюатора

Кatt = +          дБ

Разность коэффициентов передачи разветвителя (2 - 1)

\Delta{K} =          дБ

3. Мощность сигнала одного спутника по измерениям АС (второй выход разветвителя)

P_S = -          дБм.

4. Приближенное значение мощности помехового сигнала по измерениям АС, при котором модуль НП прекращает выдачу навигационного 3D-решения (в течение 2 минут без перерывов более 10 сек):

P_{J,0} = -          дБм,

5. Результаты косвенных измерений J/S

№ эксперимента, i P_{J,i}, дБм J/S_{i}, дБ
1    
2    
3    
4    
5    
Параметр Значение
Среднеарифметическое значение J/S, дБ  

[править] Чувствительность поиска

Протокол экспериментальных исследований чувствительности модуля НП _________________ в режиме поиска сигналов

Тип навигационных сигналов  
Сценарий движения потребителя  

1. Параметры:

Т1 = 60 сек

Т2 = 300 сек

2. Коэффициент ослабления аттенюатора

Кatt = +          дБ

Разность коэффициентов передачи разветвителя (2 - 1)

\Delta{K} =          дБ

3. Мощность навигационного сигнала одного спутника по измерениям АС, при котором модуль НП захватил сигналы не менее чем 4 НС и выдавал навигационное 3D-решение в течение 2 минут без перерывов более 10 сек:

P_{S,0} = -          дБм,

4. Результаты косвенных измерений граничной мощности сигнала

№ эксперимента, i P_{S,i}, дБм
1  
2  
3  
4  
5  
Параметр Значение
Среднеарифметическое значение P_S, дБм  


[править] Чувствительность слежения

Протокол экспериментальных исследований чувствительности модуля НП _________________ в режиме слежения

Тип навигационных сигналов  
Тип помехи  
Сценарий движения потребителя  

1. Временные параметры:

Т1 =

Т2 = 120 сек

2. Коэффициент ослабления аттенюатора

Кatt = +          дБ

Разность коэффициентов передачи разветвителя (2 - 1)

\Delta{K} =          дБ

3. Приближенное значение мощности навигационного сигнала одного спутника по измерениям АС, при котором модуль НП прекращает выдачу навигационного 3D-решения (в течение 2 минут без перерывов более 10 сек):

P_{S,0} = -          дБм,

4. Результаты косвенных измерений граничной мощности сигнала

№ эксперимента, i P_{S,i}, дБм
1  
2  
3  
4  
5  
Параметр Значение
Среднеарифметическое значение P_S, дБм  


[править] Приложение B. Характеристики помех

[править] Приложение C. Описание навигационных модулей

[править] НАВИС NV-08C

[править] НАВИС СН-4706

Навигационный модуль CH-4706 - одноплатный 24-х канальный навигационный приемник, предназначен для интегрирования в различные системы в качестве навигационного датчика. СН-4706 обеспечивает определения текущих значений координат (широты, долготы, высоты), вектора скорости потребителя, а также текущего времени по сигналам СНС ГЛОНАСС, GPS и SBAS.

Основные заявленные характеристики модуля СН-4706 приведены в табл. C.1. Фотография модуля представлена на рис. C.1.

20110522 SN-4706 385x300 coin.jpg
Рисунок C.1 - Фотография модуля СН-4706



Таблица C.1. Основные характеристики модуля СН-4706
Характеристика Значение
Год начала серийного производства 2009
Используемые навигационные сигналы
Время выдачи первого навигационного решения:
 - «холодный старт» (отсутствие альманахов СНС)
 - «теплый старт» (наличие альманахов СНС, координат и времени)
 - «горячий старт» (наличие альманахов СНС, координат, эфемерид и времени)
90 c
60 c
15 c
Чувствительность:
Потребляемая мощность 0.9 Вт
Масса 20 г
Габаритные размеры 35х35х6мм

[править] u-blox NEO-6Q

[править] Приложение D. Описание постановщиков помех

[править] Приложение E. Описание интерфейсных программ навигационных модулей

[править] u-center

В качестве одного из исследуемых выступает модуль НП u-blox NEO-6Q производства швейцарской компании u-blox Holding AG. Компания предоставляет специальную интерфейсную программу для управления модулем НП, получения и обработки результатов его работы - u-center.

Взаимодействие между программой u-center и модулем НП организуется посредством USB-интерфейса. Опосредованно от программы распространяется драйвер модуля НП, предназначенный для использования в операционных системах семейства Windows.

Основное окно программы представлено на рис. E.1.

20111121 U-center.jpg
Рисунок E.1 - Основное окно программы u-center 6.10


Для установки соединения между программой и модулем НП необходимо подключить приемник к компьютеру и в пункте меню Receiver выбрать соответствующий порт (см. рис. E.2)

20111121 u-center port.png
Рисунок E.2 - Выбор порта в программе u-center 6.10


Отображение флага выдачи 3D решения в программе u-center производится в окне Data View (см. рис. E.3).

20111121 U-center-3D.png
Рисунок E.3 - Окно Data View программы u-center 6.10


Программа позволяет осуществить перезапуск приемника с помощью команды Coldstart через соответствующий пункт меню Receiver (см. рис. E.4)

20111121 u-center coldstart.png
Рисунок E.4 - Передача команды на холодный старт

[править] BM Control

[править] Приложение F. Примеры установки параметров генератора сигналов и анализатора спектра

[править] Имитация навигационных сигналов системы NAVSTAR GPS с помощью векторного генератора сигналов R&S SMJ100A

[править] Генерирование шумовой помехи с помощью векторного генератора сигналов R&S SMJ100A

[править] Измерение мощности навигационного сигнала с помощью анализатора спектра R&S FSU3

Источник — «https://2fwww.srns.ru/index.php?title=Помехоустойчивость_и_чувствительность_навигационных_модулей_(лабораторная_работа)&oldid=13784»
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
SRNS Wiki
Рабочие журналы
Приватный файлсервер
QNAP Сервер
Инструменты