§ 13.7. ПОСТРОЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ПРИЕМОИНДИКАТОРОВ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Приемоиндикаторы ИФРНС производят прием и усиление сигналов, грубый поиск и распознавание сигналов ведущей и ведомых станций, точный поиск (допоиск), слежение за фазой сигналов, устранение многозначности фазовых измерений, измерение РНП и определение координат потребителя.

В настоящее время основные принципы построения бортовых ПИ ИФРНС достаточно хорошо разработаны. Их структура и состав в значительной мере зависят от требований потребителей. В одних случаях функциональные возможности ПИ ограничиваются определением РНП, в других ПИ решает навигационную задачу в целом.

При этом основная тенденция совершенствования бортовых ПИ заключается в использовании последних достижений микроэлектроники для реализации цифровых алгоритмов по возможности на всех этапах обработки сигналов.

Если не останавливаться на ранних стадиях развития бортовых ПИ, когда они выполнялись в виде аналоговых приемных устройств, сопряженных с электромеханическими следящими измерителями или с их цифровыми аналогами, то эволюция цифровых ПИ может быть прослежена по упрощенным структурным схемам (рис. 13.6, а — в). На этих схемах представлены лишь те узлы, которые необходимы для обработки входного сигнала до операции преобразования аналоговой величины в цифровой код.

Рис. 13.6

После АЦП обработка производится в бортовой ЭВМ по программам, соответствующим алгоритмам грубого и точного поисков, слежения, устранения многозначности, преобразования РНП в географические координаты, определения параметров движения потребителя и т. п.

В простейших ПИ (рис. 13.6, а) сигнал после прохождения через линейный частотно-избирательный тракт приемника, который состоит из блока согласования с антенной БСА и полосового усилителя ПУ, поступает на усилитель-ограничитель УО. Амплитудная характеристика УО имеет вид

где - уровень ограничения (квантования).

С выхода УО бинарно-квантованное напряжение поступает на временной селектор ВС устройства поиска и временной дискриминатор ВД следящего измерителя. Функции устройства поиска и следящего измерителя возлагаются на бортовую ЭВМ, т. е. реализуются в виде соответствующих программ. Выбор числа параллельных квадратурных каналов при поиске зависит от вычислительных возможностей ЭВМ. Применение современных микропроцессорных комплектов позволяет реализовать параллельный поиск в бортовых ПИ.

Временной селектор устройства поиска вырабатывает кратковременные нормированные по амплитуде импульсы, полярность которых определяется знаком в моменты селектирования. Согласно алгоритму поиска, в, ЭВМ производятся декодирование фазоманипулированных пачек сигнальных импульсов, накопление, сопоставление с порогом и выработка грубой оценки временного положения сигнала.

Поиск производится поочередно для сигналов ведущей и ведомых станций либо одновременно в зависимости от вычислительных возможностей бортовой ЭВМ. Последующие операции слежения и устранения многозначности осуществляются одновременно для сигналов ведущей и ведомых станций. В упрощенной структурной схеме рис. 13.6, а представлен канал слежения и устранения многозначности лишь для сигналов одной из станций.

Получение сигнала ошибки в схеме временного дискриминатора осуществляется в результате сопоставления фазы ограниченного по амплитуде сигнала с временным положением селекторного импульса следящей системы. Поэтому вырабатываемый сигнал ошибки оказывается прокванто-ваниым на два уровня . Программно реализуемый в ЭВМ алгоритм обработки сигнала ошибки соответствует следящему измерителю второго порядка астатизма.

Вырабатываемое в ЭВМ числовое значение управляющего воздействия преобразуется во временное положение селекторного импульса следящего измерителя. Ввод следящего измерителя в режим сопровождения производится путем принудительной установки селекторного импульса в положение, соответствующее оценке запаздывания, вырабатываемой в результате грубого поиска. После завершения режима ввода селекторный импульс следящего измерителя может оказаться в зоне действия пространственного сигнала, поэтому осуществляют точный поиск (допоиск) начального участка фронта поверхностного сигнала. Процедура допоиска завершается установкой селекторного импульса следящего измерителя на начальный участок фронта сигнала.

После завершения допоиска и повторного введения в синхронизм следящего измерителя вырабатывается команда на устранение многозначности. Напряжение с выхода ПУ поступает на каналы формирования характерной точки (ФХТ) огибающей. После УО производится выделение бинарно-квантованных значений напряжения, отселектиро-ванных ранним и поздним стробами устройства устранения многозначности. В ЭВМ производится накопление бинарно-квантованных выборочных значений и сравнение с порогами согласно алгоритму устранения многозначности.

Ширина полосы пропускания ПУ в режиме поиска выбирается из условия получения наибольшего отношения сигнала/шум, а в режиме слежения и устранения многозначности — из условия достижения наименьшей погрешности измерения временного положения характерной точки огибающей. Обычно в режиме поиска , в режиме слежения и устранения многозначности .

Для обеспечения линейности частотно-избирательного тракта во всем диапазоне рабочих напряжений в ПУ производится автоматическая регулировка усиления (АРУ). В режиме поиска коэффициент усиления ПУ максимален, в остальных режимах автоматически поддерживается на уровне, обеспечивающем линейное прохождение через тракт ПУ всех используемых для измерения РНП сигналов.

Применение жесткого ограничения после ПУ и ФХТ приводит к энергетическим потерям, выражающимся в увеличении порогового отношения сигнал/шум в раз. Однако при этом существенно упрощается обработка сигналов и, в частности, минимизируются вычислительные затраты в бортовой ЭВМ.

Развитие цифровой элементной базы (появление широкой номенклатуры микропроцессорных комплектов, многоразрядных АЦП и других БИС) позволило приблизить качественные показатели бортовых ПИ к предельно достижимым.

Этот этап развития характеризуется переходом от бинарного к многоуровневому квантованию сигналов. Однако в структуре ПИ (рис.13.6,б) ВД и ФХТ остаются по-прежнему аналоговыми.

Следующий этап в совершенствовании бортовых ПИ связан с применением единого АЦП и введением программируемой процедуры формирования характерной точки огибающей (рис. 13.6, в).

Логическим продолжением внедрения цифровых методов обработки сигналов в ПИ ИФРНС является замена аналогового ПУ, формирующего частотную характеристику приемника, цифровым фильтром. Цифровая фильтрация реализуется программно над кодами чисел, поступающих с АЦП. Таким образом, структура цифрового ПИ ИФРНС, построенного на базе бортовой ЭВМ, имеет такой же вид, как и ПИ ФРНС (см. рис. 13.2). Однотипность структур удобна при унификации парка бортовых ПИ ФРНС и ИФРНС, обеспечивает их взаимозаменяемость, технологичность серийного производства и экономически выгодна.

Программная реализация алгоритмов обработки сигналов в тракте ПИ открывает большие возможности для применения адаптивных методов радиоприема, требующих трансформации формы частотной характеристики в условиях изменяющейся помеховой обстановки. Она обеспечивает высокую стабильность всех параметров приемного тракта в широком диапазоне изменения внешних факторов.

В чем различие фазового и импульсно-фазового методов

измерения РНП?

Поясните зависимость погрешности измерения дальности (разности дальностей) в ФРНС от номинала несущей частоты сигнала.

Какие методы устранения многозначности измерений в ФРНС Вам известны?

Почему при измерении РНП в ИФРНС используется лишь начальный участок фронта сигнального импульса? Как это влияет на погрешность измерения, обусловленную действием шума?

С помощью рис. 13.4 и 13.5 поясните процедуру устранения многозначности измерений по начальному участку фронта сигнала.

Погрешность измерений РНП в ИФРНС зависит от номинала несущей частоты сигнала. К каким последствиям приводит увеличение ?

По упрощенным структурным схемам рис. 13.6 поясните эволюцию развития ПИ ИФРНС.