17.05.2011, Антенный коммутатор в угломере

Материал из SRNS
Перейти к: навигация, поиск
(→‎17.05.2011 Фазовые измерения при коммутации с темпом 10 с)
 
(не показаны 23 промежуточные версии 1 участника)
Строка 1: Строка 1:
−
<accesscontrol>SuperUsers</accesscontrol>
 
−
 
 
<summary> В угломере присутствует три аналоговые части, обрабатывающие сигналы от трех соответствующих антенн. На одном из преобразователей частоты (порядка 150 МГц), стоит ПАВ-фильтр. Задержка в ПАВ-фильтре порядка 400 нс. Естественно, фильтры не абсолютно идентичные. Разность же задержек даже на 10 нс - это расхождение фазы сигнала на полтора периода.  
 
<summary> В угломере присутствует три аналоговые части, обрабатывающие сигналы от трех соответствующих антенн. На одном из преобразователей частоты (порядка 150 МГц), стоит ПАВ-фильтр. Задержка в ПАВ-фильтре порядка 400 нс. Естественно, фильтры не абсолютно идентичные. Разность же задержек даже на 10 нс - это расхождение фазы сигнала на полтора периода.  
  
Строка 37: Строка 35:
 
|}
 
|}
  
 +
Файл полученных измерений [[Media:20110517_Ant_kommutator.xls|тут]].
 +
 +
 +
== 19.05.2011 Обработка файла измерений ==
 +
 +
Из файла izm.csv выбираются измерения одного канала.
 +
 +
 +
'''ВНИМАНИЕ''' Далее выяснилось, что начальное положение в циклограмме было 3-1-2. В данном разделе изложен верный подход, но результаты получены на порядок хуже. Если взять правильное начальное положение - итоговая точность при данном подходе около 0.01 цикла фазы (порядка 2 мм).
 +
 +
 +
Далее, строим столбцы-разности фаз 2 и 1 антенного входа и 3 и 1 антенного входа:
 +
[[File:20110519_1.png|600px|center]]
 +
 +
 +
Строим разности фаз 2 и 1 антенны и 3 и 1 антенны (путем последовательного перемешивания по известной начальной фазе, циклограмме и проверенным моментам смены)
 +
[[File:20110519_2.png|600px|center]]
 +
 +
 +
Далее измеряем скачок при переходе от первой точки цикла ко второй:
 +
* для разности между 2 и 1 антенной
 +
:<math>d_{11}=-0.197 - 0.465 = -0.662</math>
 +
* для разности между 3 и 1 антенной
 +
:<math>d_{12}=-0.258 - 0.012 = -0.270</math>
 +
 +
 +
Далее, ищем решение незамысловатой системы уравнений для паразитной разности фаз между 2_и_1  и 3_и_1 аналоговыми частями:
 +
:<math>\left\{ \begin{matrix}
 +
  \left( \Delta \phi _{3}^{{}}-\Delta \phi _{2}^{{}} \right)-\left( \Delta \phi _{2}^{{}}-0 \right)=d_{11}^{{}}  \\
 +
  \left( 0-\Delta \phi _{2}^{{}} \right)-\left( \Delta \phi _{3}^{{}}-0 \right)=d_{12}^{{}}  \\
 +
\end{matrix} \right.</math>,
 +
 +
которое в общем виде выглядит как
 +
:<math>\begin{align}
 +
  & \Delta \phi _{2}^{{}}=\frac{-d_{11}^{{}}-d_{12}^{{}}}{3} \\
 +
& \Delta \phi _{3}^{{}}=-\Delta \phi _{2}^{{}}-d_{12}^{{}} \\
 +
\end{align}</math>.
 +
 +
Для первого такта циклограммы мы ранее получили значения d<sub>11</sub> и d<sub>12</sub>, для них:
 +
:<math>\begin{align}
 +
  & \Delta \phi _{2}^{{}}= 0.3107 \\
 +
& \Delta \phi _{3}^{{}}= -0.0407 \\
 +
\end{align}</math>.
 +
 +
 +
Используем полученные значения для компенсации паразитной разности фаз в отсортированных первых разностях в соответствии с известной циклограммой.
 +
Получаем обработанные первые разности:
 +
[[File:20110519_3.png|600px|center]]
 +
 +
Если отбросить участки переходных процессов, то коридор сжался до 0.1 цикла. Не забываем, что мы использовали нефильтрованные оценки величин <math>\Delta \phi _{2}</math> и <math>\Delta \phi _{3}</math>.
 +
 +
Следует провести моделирование системы в Matlab с учетом фильтрации, а так же произвести подбор величин <math>\Delta \phi _{2}</math> и <math>\Delta \phi _{3}</math>, которые бы минимизировали СКО результата (вероятно, это будет потенциальная точность при данной методике измерений и коррекции).
 +
 +
Получившийся [[Media:20110519_Ant_kommutator.xls|xls-файл]].
 +
 +
== 20.05.2011 Различие задержек в антенном коммутаторе ==
 +
 +
Вскрытие показало, что коммутатор имеет существенную разность задержек прохождения сигнала в различных точках циклограммы. "Существенную" для нашей задачи - порядка 100 пс, что на несущей есть около 0.16 длины волны.
 +
 +
Аналоговики измерили ГВЗ, табличка приведена ниже:
 +
{| class="wikitable" align="center"
 +
|-
 +
! Код<br>позиции || Соединение<br>Вход/Выход || ГВЗ, пс || Подобранное значение, пс
 +
|- align="center"
 +
| 01 || X1/X4 || 573 || 590,9352038769
 +
|- align="center"
 +
| 10 || X1/X5 || 672 || 669,333593019592
 +
|- align="center"
 +
| 11 || X1/X6 || 672 || 656,616856780512
 +
|- align="center"
 +
| 11 || X2/X4 || 676 || 673,317608869649
 +
|- align="center"
 +
| 01 || X2/X5 || 670 || 654,56978826263
 +
|- align="center"
 +
| 10 || X2/X6 || 693 || 711,229117429279
 +
|- align="center"
 +
| 10 || X3/X4 || 740 || 724,672175359185
 +
|- align="center"
 +
| 11 || X3/X5 || 736 || 754,081769889783
 +
|- align="center"
 +
| 01 || X3/X6 || 710 || 707,33653283001
 +
|}
 +
 +
Выданные нам значения улучшить результаты не позволили, зато ошибки сводятся практически в ноль при найденных численными методами значениях. Найденные оценки ГВЗ отличаются не сильно от измеренных, разница до ~20 пс.
 +
 +
Подобранные значения
 +
:<math>\begin{align}
 +
  & \Delta \phi _{2}^{{}}= 0.252565 \\
 +
& \Delta \phi _{3}^{{}}= -0.14949 \\
 +
\end{align}</math>.
 +
 +
Обработанные первые разности:
 +
[[File:20110520_4.png|600px|center]]
 +
 +
Файл на этом этапе выглядит [[Media:20110520_Ant_kommutator.xls|так]].
 +
 +
== 20.05.2011 Обработка первых разностей фаз нескольких спутников ==
 +
 +
Ранее на приборе с режектором получены занимательные графики дрейфа первой разности фаз при использовании сигналов ГЛОНАСС:
 +
[[File:20110520_5.png|600px|center]]
 +
 +
Больше всего напрягает разброс между ними в 1 см. '''Задача''' - обработать измерения с целью уничтожения этого разброса, сведения "всех графиков в один".
 +
 +
При этом, желательно варьировать только параметры <math>\Delta \phi _{2}</math> и <math>\Delta \phi _{3}</math>, а ГВЗ в коммутаторе получить общие.
 +
 +
=== Результаты ===
 +
 +
ГВЗ - приведенные в таблице выше, соответствующие минимуму СКО по 8 спутнику.
 +
 +
Для остальных спутников варьируются только <math>\Delta \phi _{2}</math> и <math>\Delta \phi _{3}</math>.
 +
 +
Первые разности до обработки, ошибка порядка 0.05 цикла p2p:
 +
[[File:20110520_6.png|600px|center]]<br>
 +
[[File:20110520_7.png|600px|center]]
 +
 +
После обработки ошибка peek2peek меньше 0.01 цикла:
 +
[[File:20110520_8.png|600px|center]]<br>
 +
[[File:20110520_9.png|600px|center]]
 +
 +
Повторюсь, ГВЗ коммутатора использовались общие для всех литер.
 +
 +
Итоговый файл [[Media:20110520_Ant_kommutator_2.xls|тут]].
  
−
[[Категория:Фазовые измерения]]
 
 
[[Категория:ГЛОНАСС]]
 
[[Категория:ГЛОНАСС]]
 
[[Категория:НИИ КП]]
 
[[Категория:НИИ КП]]
−
[[Категория:Угломер]]
+
[[Категория:Угломер_(коммутатор)]]
 +
{{wl-publish: 2011-05-17 16:27:01 +0400 | Korogodin }}

Текущая версия на 11:30, 6 июля 2011

В угломере присутствует три аналоговые части, обрабатывающие сигналы от трех соответствующих антенн. На одном из преобразователей частоты (порядка 150 МГц), стоит ПАВ-фильтр. Задержка в ПАВ-фильтре порядка 400 нс. Естественно, фильтры не абсолютно идентичные. Разность же задержек даже на 10 нс - это расхождение фазы сигнала на полтора периода.

Вторая беда - в каждой аналоговой части стоит своя ФАП синтезатора радиочастоты для гетеродина. Её начальная фаза произвольна.

В итоге - от включения к включению первые разности фаз имеют произвольную добавку, которая, вдобавок, очень медленно дрейфует - прогреваются ПАВ и т.п.

При использовании сигналов GPS данная проблема отпадает - во вторых разностях фаз паразитное слагаемое компенсируется. При использовании сигналов ГЛОНАСС данный трюк не проходит из-за FDMA - на каждой литерной частоте паразитное слагаемое своё.

Вопрос - как бороться с этим слагаемым?

Высказанные идеи можно классифицировать на группы:

  • юстировка специальная предварительная (коммутация одной антенны на три аналоговые части и т.п.) или на-лету, не прекращая выдачу навигационного решения
  • юстировка с использованием тестового сигнала (тестовая синусоида или спецсигнал поверх основного сигнала) или без
  • юстировка с коммутацией антенн

В качестве основой версии сейчас разрабатывается юстировка с помощью антенного коммутатора: последовательное переключение между антеннами. Есть множество возможных вариантов использования данной возможности, на какой-то конкретной пока не остановились.

Содержание

[править] 17.05.2011 Фазовые измерения при коммутации с темпом 10 с

Используется прибор 848. На RF-разветвитель подается сигнал от одной антенны, находящийся на крыше. Разветвитель идет на коммутатор. Выходы коммутатора соединены с антенными входами угломера. В момент времени ноль 1 антенна соединена с 1 аналоговой частью и т.д. Далее начинается коммутация:

Время,c Антенна 1 Антенна 2 Антенна 3
0 1 2 3
10 3 1 2
20 2 3 1
30 1 2 3

Файл полученных измерений тут.


[править] 19.05.2011 Обработка файла измерений

Из файла izm.csv выбираются измерения одного канала.


ВНИМАНИЕ Далее выяснилось, что начальное положение в циклограмме было 3-1-2. В данном разделе изложен верный подход, но результаты получены на порядок хуже. Если взять правильное начальное положение - итоговая точность при данном подходе около 0.01 цикла фазы (порядка 2 мм).


Далее, строим столбцы-разности фаз 2 и 1 антенного входа и 3 и 1 антенного входа:

20110519 1.png


Строим разности фаз 2 и 1 антенны и 3 и 1 антенны (путем последовательного перемешивания по известной начальной фазе, циклограмме и проверенным моментам смены)

20110519 2.png


Далее измеряем скачок при переходе от первой точки цикла ко второй:

  • для разности между 2 и 1 антенной
d_{11}=-0.197 - 0.465 = -0.662
  • для разности между 3 и 1 антенной
d_{12}=-0.258 - 0.012 = -0.270


Далее, ищем решение незамысловатой системы уравнений для паразитной разности фаз между 2_и_1 и 3_и_1 аналоговыми частями:

\left\{ \begin{matrix} \left( \Delta \phi _{3}^{{}}-\Delta \phi _{2}^{{}} \right)-\left( \Delta \phi _{2}^{{}}-0 \right)=d_{11}^{{}} \\ \left( 0-\Delta \phi _{2}^{{}} \right)-\left( \Delta \phi _{3}^{{}}-0 \right)=d_{12}^{{}} \\ \end{matrix} \right.,

которое в общем виде выглядит как

\begin{align} & \Delta \phi _{2}^{{}}=\frac{-d_{11}^{{}}-d_{12}^{{}}}{3} \\ & \Delta \phi _{3}^{{}}=-\Delta \phi _{2}^{{}}-d_{12}^{{}} \\ \end{align}.

Для первого такта циклограммы мы ранее получили значения d11 и d12, для них:

\begin{align} & \Delta \phi _{2}^{{}}= 0.3107 \\ & \Delta \phi _{3}^{{}}= -0.0407 \\ \end{align}.


Используем полученные значения для компенсации паразитной разности фаз в отсортированных первых разностях в соответствии с известной циклограммой. Получаем обработанные первые разности:

20110519 3.png

Если отбросить участки переходных процессов, то коридор сжался до 0.1 цикла. Не забываем, что мы использовали нефильтрованные оценки величин \Delta \phi _{2} и \Delta \phi _{3}.

Следует провести моделирование системы в Matlab с учетом фильтрации, а так же произвести подбор величин \Delta \phi _{2} и \Delta \phi _{3}, которые бы минимизировали СКО результата (вероятно, это будет потенциальная точность при данной методике измерений и коррекции).

Получившийся xls-файл.

[править] 20.05.2011 Различие задержек в антенном коммутаторе

Вскрытие показало, что коммутатор имеет существенную разность задержек прохождения сигнала в различных точках циклограммы. "Существенную" для нашей задачи - порядка 100 пс, что на несущей есть около 0.16 длины волны.

Аналоговики измерили ГВЗ, табличка приведена ниже:

Код
позиции 		Соединение
Вход/Выход 		ГВЗ, пс Подобранное значение, пс
01 X1/X4 573 590,9352038769
10 X1/X5 672 669,333593019592
11 X1/X6 672 656,616856780512
11 X2/X4 676 673,317608869649
01 X2/X5 670 654,56978826263
10 X2/X6 693 711,229117429279
10 X3/X4 740 724,672175359185
11 X3/X5 736 754,081769889783
01 X3/X6 710 707,33653283001

Выданные нам значения улучшить результаты не позволили, зато ошибки сводятся практически в ноль при найденных численными методами значениях. Найденные оценки ГВЗ отличаются не сильно от измеренных, разница до ~20 пс.

Подобранные значения

\begin{align} & \Delta \phi _{2}^{{}}= 0.252565 \\ & \Delta \phi _{3}^{{}}= -0.14949 \\ \end{align}.

Обработанные первые разности:

20110520 4.png

Файл на этом этапе выглядит так.

[править] 20.05.2011 Обработка первых разностей фаз нескольких спутников

Ранее на приборе с режектором получены занимательные графики дрейфа первой разности фаз при использовании сигналов ГЛОНАСС:

20110520 5.png

Больше всего напрягает разброс между ними в 1 см. Задача - обработать измерения с целью уничтожения этого разброса, сведения "всех графиков в один".

При этом, желательно варьировать только параметры \Delta \phi _{2} и \Delta \phi _{3}, а ГВЗ в коммутаторе получить общие.

[править] Результаты

ГВЗ - приведенные в таблице выше, соответствующие минимуму СКО по 8 спутнику.

Для остальных спутников варьируются только \Delta \phi _{2} и \Delta \phi _{3}.

Первые разности до обработки, ошибка порядка 0.05 цикла p2p:

20110520 6.png

20110520 7.png

После обработки ошибка peek2peek меньше 0.01 цикла:

20110520 8.png

20110520 9.png

Повторюсь, ГВЗ коммутатора использовались общие для всех литер.

Итоговый файл тут.

— Корогодин Илья • 16:27, 17 мая 2011 • нет комментариев

[ Хронологический вид ]Комментарии

Войдите, чтобы комментировать.

Источник — «https://blog.srns.ru/index.php?title=Blog:Korogodin/17.05.2011,_Антенный_коммутатор_в_угломере&oldid=3020»
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
SRNS Wiki
Рабочие журналы
Приватный файлсервер
QNAP Сервер
Инструменты