Многолучевое распространение сигналов СРНС (лабораторная работа) — различия между версиями

Текущая версия на 23:08, 9 июня 2013

TODO:

Добавить в модель возможность выбора конкретного момента времени с помощью EditBox'a
Добавить в модель возможность выбора параметров орбиты
Согласовать параметры ГЛОНАССа и GPS'a - орбита и длительность чипа ПСП, сделать ввод соответствующих величин
Контрольные вопросы?
Скрипт формирования индивидуальной таблицы параметров

Содержание

1 Введение
2 Модель многолучевого распространения сигналов и его влияния на сигналы на выходе коррелятора
3 Домашняя подготовка
4 Выполнение работ в лаборатории
- 4.1 Описание программной модели
- 4.2 Лабораторное задание
5 Литература
6 Шаблон индивидуальной таблицы параметров

[править] Введение

Спутниковые радионавигационные системы (СРНС) и их приложения в современном мире играют огромную роль: они способствуют развитию экономики, улучшают условия жизни людей, укрепляют оборону страны. Развитие навигационных технологий не останавливается: совершенствуются и космический, и наземный, и потребительский сегменты. Одна из существующих задач – повышение точности навигационных определений, одна из существующих проблем на этом пути – многолучевое распространение сигналов. Данная проблема особо остро стоит при применении навигационной аппаратуры потребителей (НАП) в условиях городской застройки, в составе военных комплексов (бронетехника, суда), как при кодовых, так и при фазовых измерениях.

Для борьбы с влиянием многолучевого распространения необходимо изучить характер этого влияния. Антенну, радиочастотный блок и корреляторы навигационного приемника можно считать, в некотором приближении, линейными устройствами. Прохождение через них навигационного сигнала хорошо изучено. Для составления адекватной модели процессов в этих элементах приемника достаточно определить запаздывание, ослабление и фазовый сдвиг отраженного сигнала относительно прямого. Тогда в качестве модели процессов можно принять суперпозицию откликов на прямой и отраженный сигнал.

В настоящей лабораторной работе студентам предлагается развить свои представления о многолучевом распространении сигнала и его влиянии на приемник на предельно простом, но практически ценном модельном примере: приеме сигналов неподвижным приемником в условиях переотражения от вертикального экрана конечных размеров, расположенном на некотором расстоянии от приемной антенны.

Лабораторный практикум включает в себя:

ознакомление с математической моделью совокупности сигналов при многолучевом распространении;
самостоятельный численный расчет характеристик многолучевого распространения с помощью приведенной математической модели;
моделирование многолучевого распространения сигнала СРНС в программе, созданной в среде Matlab;
обработку и сравнение полученных результатов.

[править] Модель многолучевого распространения сигналов и его влияния на сигналы на выходе коррелятора

Проведем логические рассуждения, на основе которых получим математические модели многолучевого распространения и сигналов коррелятора.

[править] Исходные данные

Опишем Землю, отражающий экран, фазовый центр антенны навигационного спутника и фазовый центр приемной антенны НАП как сферу, ограниченный прямоугольником участок плоскости и две точки в трехмерном пространстве соответственно (см. рисунок 1).

Рис. 1 Многолучевое распространение сигнала с отражением от экрана конечных размеров

Для этого зададим две декартовы системы координат:

СК $x_{E}^{{}}y_{E}^{{}}z_{E}^{{}}O_{E}^{{}}$ , связанная с центом Земли (сферы);
СК $xyzO_{}^{}$ , связанная с СК преобразованием:

$x=x_{E}^{{}};\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}y=y_{E}^{{}};\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}z=z_{E}^{{}}-R_{E}^{{}}$ ,

(1)

где - средний радиус Земли, равный 6 371 км.

Пусть, известна высота экрана $c\ll R_{E}^{{}}$ и его ширина $\left( a+b \right)\ll R_{E}^{{}}$ . Тогда, в СК $xyzO_{}^{}$ плоскость отражающего экрана описывается уравнением $y=0$ , а его точки удовлетворяют соотношениям:

$y=0;\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}a\ge x\ge b;\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}c\ge z\ge 0.$

(2)

Пусть, на некотором расстоянии $l\ll R_{E}^{{}}$ от экрана, значительно меньшем радиуса Земли, расположена приемная антенна, поднятая над поверхностью на высоту $h$ . Тогда, в качестве модели фазового центра антенны в СК $xyzO_{}^{}$ выступает точка $\{x_{a}^{{}},y_{a}^{{}},z_{a}^{{}}\}$ или её радиус-вектор $\vec{r}_{a}^{{}}$ , где

$x_{a}^{{}}=0;\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}y_{a}^{{}}=l;\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}z_{a}^{{}}=h.$

(3)

Моделью фазового центра передающей антенны спутника выступает точка $\{x_{sv}^{{}}(t),y_{sv}^{{}}(t),z_{sv}^{{}}(t)\}$ (или её радиус-вектор $\vec{r}_{sv}^{{}}$ ), движущаяся вокруг центра СК $x_{E}^{{}}y_{E}^{{}}z_{E}^{{}}O_{E}^{{}}$ по соответствующему закону.

Если существует переотражённый от экрана сигнал, то точка его отражения имеет координаты $\{x_{o}^{{}}(t),y_{o}^{{}}(t),z_{o}^{{}}(t)\}$ (радиус-вектор $\vec{r}_{o}^{{}}$ ).

Центр сферы расположен в точке $(0;0;0)$ в СК $x_{E}^{{}}y_{E}^{{}}z_{E}^{{}}O_{E}^{{}}$ , радиус сферы - $R_{E}^{{}}$ .

Рассматриваемая модель рассматривает отражение сигнала только от вертикального экрана. Сигналы, отражённые от поверхности земли, достаточно хорошо подавляются специализированными антеннами.

[править] Модель многолучевого распространения

[править] Поиск координат точки отражения

Примем гипотезу зеркального отражения от экрана. Тогда, угол падения сигнала равен углу его отражения:

$\frac{\left( \vec{r}_{a}^{{}}-\vec{r}_{o}^{{}} \right)\cdot \vec{n}}{\left\| \vec{r}_{a}^{{}}-\vec{r}_{o}^{{}} \right\|}=\frac{\left( \vec{r}_{sv}^{{}}-\vec{r}_{o}^{{}} \right)\cdot \vec{n}}{\left\| \vec{r}_{sv}^{{}}-\vec{r}_{o}^{{}} \right\|},$

(4)

где $\vec{n}=(0;1;0)$ - вектор нормали к экрану.

Введем векторы

$\begin{matrix} \vec{r}_{ao}^{{}}=\vec{r}_{a}^{{}}-\vec{r}_{o}^{{}}; \\ \vec{r}_{svo}^{{}}=\vec{r}_{sv}^{{}}-\vec{r}_{o}^{{}}, \\ \end{matrix}$

(5)

тогда выражение (4) преобразуется к виду

$\vec{r}_{ao}^{{}}\cdot \vec{n}\cdot \left\| \vec{r}_{svo}^{{}} \right\|=\vec{r}_{svo}^{{}}\cdot \vec{n}\cdot \left\| \vec{r}_{ao}^{{}} \right\|,$

(6)

что в виду введенного определения $\vec{n}$ приводит к выражению

$y_{a}^{{}}=y_{sv}^{{}}\cdot \frac{\left\| \vec{r}_{ao}^{{}} \right\|}{\left\| \vec{r}_{svo}^{{}} \right\|}.$

(7)

откуда следует

$y_{a}^{2}\left( \frac{\left\| \vec{r}_{svo}^{{}} \right\|_{{}}^{2}}{y_{sv}^{2}}-1 \right)=\left( x_{a}^{{}}-x_{o}^{{}} \right)_{{}}^{2}+\left( z_{a}^{{}}-z_{o}^{{}} \right)_{{}}^{2}.$

(8)

Нормаль, падающий луч и отраженный луч лежат в одной плоскости:

$\frac{\vec{r}_{svo}^{{}}}{\left\| \vec{r}_{svo}^{{}} \right\|}+\frac{\vec{r}_{ao}^{{}}}{\left\| \vec{r}_{ao}^{{}} \right\|}=\alpha \cdot \vec{n}=\left( 0;\alpha ;0 \right),$

(9)

что для компонент x и z вырождается в выражения:

$\frac{x_{sv}^{{}}-x_{o}^{{}}}{x_{a}^{{}}-x_{o}^{{}}}=-\frac{\left\| \vec{r}_{svo}^{{}} \right\|}{\left\| \vec{r}_{ao}^{{}} \right\|};\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}\frac{z_{sv}^{{}}-z_{o}^{{}}}{z_{a}^{{}}-z_{o}^{{}}}=-\frac{\left\| \vec{r}_{svo}^{{}} \right\|}{\left\| \vec{r}_{ao}^{{}} \right\|},$

(10)

откуда

$x_{o}^{{}}=\frac{x_{sv}^{{}}+x_{a}^{{}}\frac{\left\| \vec{r}_{svo}^{{}} \right\|}{\left\| \vec{r}_{ao}^{{}} \right\|}}{1+\frac{\left\| \vec{r}_{svo}^{{}} \right\|}{\left\| \vec{r}_{ao}^{{}} \right\|}};\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}z_{o}^{{}}=\frac{z_{sv}^{{}}+z_{a}^{{}}\frac{\left\| \vec{r}_{svo}^{{}} \right\|}{\left\| \vec{r}_{ao}^{{}} \right\|}}{1+\frac{\left\| \vec{r}_{svo}^{{}} \right\|}{\left\| \vec{r}_{ao}^{{}} \right\|}}.$

(11)

Воспользовавшись теоремой Пифагора для уравнения (8), получаем:

$y_{a}^{2}\left( \frac{\left\| \vec{r}_{svo}^{{}} \right\|_{{}}^{2}}{y_{sv}^{2}}-1 \right)+y_{a}^{2}=\left\| \vec{r}_{ao}^{{}} \right\|_{{}}^{2},$

(12)

тогда

$\frac{\left\| \vec{r}_{svo}^{{}} \right\|}{\left\| \vec{r}_{ao}^{{}} \right\|}=\left| \frac{y_{sv}^{{}}}{y_{a}^{{}}} \right|.$

(13)

Подставляя выражение (13) в (11), получаем координаты точки отражения на бесконечном экране:

$x_{o}^{{}}=\frac{x_{sv}^{{}}+x_{a}^{{}}\left| \frac{y_{sv}^{{}}}{y_{a}^{{}}} \right|}{1+\left| \frac{y_{sv}^{{}}}{y_{a}^{{}}} \right|};\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}y_{o}^{{}}=0;\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}z_{o}^{{}}=\frac{z_{sv}^{{}}+z_{a}^{{}}\left| \frac{y_{sv}^{{}}}{y_{a}^{{}}} \right|}{1+\left| \frac{y_{sv}^{{}}}{y_{a}^{{}}} \right|}.$

(14)

[править] Условия наличия прямого и отраженного сигналов

Чтобы присутствовал отраженный сигнал, при просмотре из точки отражения спутник должен находиться над горизонтом и при этом выполняться неравенство $y_{sv}^{{}}>0$ .

Определим условия видимости спутника из точки отражения (см. рисунок 2).

Рис. 2 Срез в плоскости точка отражения – спутник – центр Земли

Тангенс угла места, под которым из точки отражения виден горизонт:

$tg\left( \alpha _{sky}^{{}} \right)=-\frac{\sqrt{2R_{E}^{{}}z_{o}^{{}}+z_{o}^{2}}}{R_{E}^{{}}},$

(15)

тангенс угла места, под которым спутник виден из точки отражения:

$tg\left( \alpha _{sv}^{{}} \right)=\frac{z_{sv}^{{}}-z_{o}^{{}}}{\sqrt{\left( x_{sv}^{{}}-x_{o}^{{}} \right)_{{}}^{2}+\left( y_{sv}^{{}}-y_{o}^{{}} \right)_{{}}^{2}}}.$

(16)

Условие нахождения спутника над горизонтом для точки отражения:

$tg\left( \alpha _{sv}^{{}} \right)>tg\left( \alpha _{sky}^{{}} \right).$

(17)

По аналогии найдем критерий наличия прямого сигнала. При возвышении спутника над горизонтом, при наблюдениях из точки фазового центра приемной антенны, выполняется неравенство:

$tg\left( \alpha _{sv}^{a} \right)>tg\left( \alpha _{sky}^{a} \right),$

(18)

где

$tg\left( \alpha _{sky}^{a} \right)=-\frac{\sqrt{2R_{E}^{{}}h+h_{{}}^{2}}}{R_{E}^{{}}},$

(19)

$tg\left( \alpha _{sv}^{a} \right)=\frac{z_{sv}^{{}}-z_{a}^{{}}}{\sqrt{\left( x_{sv}^{{}}-x_{a}^{{}} \right)_{{}}^{2}+\left( y_{sv}^{{}}-y_{a}^{{}} \right)_{{}}^{2}}}.$

(20)

Когда спутник находится в полуплоскости $y_{sv}^{{}}<0$ , его сигнал может быть затенен экраном. Точки прямой спутник – приемная антенна удовлетворяют уравнению:

$\frac{x-x_{a}^{{}}}{x_{sv}^{{}}-x_{a}^{{}}}=\frac{y-y_{a}^{{}}}{y_{sv}^{{}}-y_{a}^{{}}}=\frac{z-z_{a}^{{}}}{z_{sv}^{{}}-z_{a}^{{}}}.$

(21)

Тогда точка пересечения прямого луча с экраном имеет координаты:

$\begin{align} & x_{p}^{{}}=x_{a}^{{}}-\frac{y_{a}^{{}}\left( x_{sv}^{{}}-x_{a}^{{}} \right)}{y_{sv}^{{}}-y_{a}^{{}}}; \\ & z_{p}^{{}}=z_{a}^{{}}-\frac{y_{a}^{{}}\left( z_{sv}^{{}}-z_{a}^{{}} \right)}{y_{sv}^{{}}-y_{a}^{{}}}. \\ \end{align}$

(22)

С учетом (2) получаем условие затенения экраном прямого сигнала спутника

$a\ge x_{p}^{{}}\ge -b;\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}c\ge z_{p}^{{}}\ge 0;\begin{matrix} {} \\ \end{matrix}y_{sv}^{{}}<0.$

(23)

Тогда, для наличия прямого сигнала спутника должно выполняться соотношение (18) и не выполняться соотношения (23).

[править] Координаты спутника

Опишем координаты спутника $\{x_{sv}^{{}}(t),y_{sv}^{{}}(t),z_{sv}^{{}}(t)\}$ как функцию времени. Пусть, спутник движется по круговой орбите на высоте $h_{o}^{{}}$ над средним уровнем Земли. Пусть, в начальный момент времени долгота восходящего узла составляет $\Omega _{0}^{{}}$ , наклонение орбиты $i_{0}^{{}}$ , угол начального положения на орбите $\theta _{0}^{{}}$ , тогда в СК $x_{E}^{{}}y_{E}^{{}}z_{E}^{{}}O_{E}^{{}}$ координаты спутника (см. рисунок 3) задаются выражением([1]):

$\begin{align} & x_{E,sv}^{{}}=\left( R_{E}^{{}}+h_{o}^{{}} \right)\cdot \left[ \cos \left( \theta _{0}^{{}}+2\pi f_{sv}^{{}}t \right)\cos \left( \Omega _{0}^{{}}+2\pi f_{E}^{{}}t \right) \right.- \\ & \begin{matrix} {} & {} & {} & {} \\ \end{matrix}\left. -\sin \left( \theta _{0}^{{}}+2\pi f_{sv}^{{}}t \right)\sin \left( \Omega _{0}^{{}}+2\pi f_{E}^{{}}t \right)\cos \left( i_{0}^{{}} \right) \right], \\ \end{align}$

$\begin{align} & y_{E,sv}^{{}}=\left( R_{E}^{{}}+h_{o}^{{}} \right)\cdot \left[ \cos \left( \theta _{0}^{{}}+2\pi f_{sv}^{{}}t \right)\sin \left( \Omega _{0}^{{}}+2\pi f_{E}^{{}}t \right) \right.+ \\ & \begin{matrix} {} & {} & {} & {} \\ \end{matrix}\left. +\sin \left( \theta _{0}^{{}}+2\pi f_{sv}^{{}}t \right)\cos \left( \Omega _{0}^{{}}+2\pi f_{E}^{{}}t \right)\cos \left( i_{0}^{{}} \right) \right], \\ \end{align}$

$z_{E,sv}^{{}}=\left( R_{E}^{{}}+h_{o}^{{}} \right)\cdot \sin \left( \theta _{0}^{{}}+2\pi f_{sv}^{{}}t \right)\cdot \cos \left( i_{0}^{{}} \right),$

(24)

где $f_{E}^{{}}$ - частота вращения Земли (около $1.16\cdot 10_{{}}^{-5}$ Гц), $f_{sv}^{{}}$ - частота вращения спутника (в зависимости от системы около $2.5\cdot 10_{{}}^{-5}$ Гц). Переход от координат СК $x_{E}^{{}}y_{E}^{{}}z_{E}^{{}}O_{E}^{{}}$ к координатам СК $xyzO_{}^{}$ осуществляется с помощью преобразований (1).

Рис. 3 Ориентация орбитальной плоскости

[править] Разность хода прямого и отраженного лучей

Разность хода прямого и отраженного лучей можно после проведенных выкладок можно найти множеством способов, например прямым:

$\begin{align} & \Delta _{R}^{{}}=\sqrt{x_{sv}^{2}+\left( y_{sv}^{{}}-y_{a}^{{}} \right)_{{}}^{2}+\left( z_{sv}^{{}}-z_{a}^{{}} \right)_{{}}^{2}}- \\ & \begin{matrix} {} \\ \end{matrix}-\sqrt{x_{o}^{2}+y_{a}^{2}+\left( z_{o}^{{}}-z_{a}^{{}} \right)_{{}}^{2}}-\sqrt{\left( x_{o}^{{}}-x_{sv}^{{}} \right)_{{}}^{2}+y_{sv}^{2}+\left( z_{o}^{{}}-z_{sv}^{{}} \right)_{{}}^{2}}. \\ \end{align}$

(25)

[править] Модель выходного сигнала коррелятора при действии на входе приемника прямого и отраженного сигналов

Антенный модуль, фронтенд и коррелятор в отсутствии помех можно считать линейными устройствами. Тогда сигнал на выходе коррелятора при действии на входе антенны прямого и отраженного лучей можно представить как сумму реакций на прямой и отраженный сигнал.

При действии на выходе антенного модуля одного навигационного сигнала, выходной k-й отсчет коррелятора можно приближенно описать выражениями:

$\begin{align} & {{I}_{k}}\overset{{}}{\mathop{=}}\,A_{IQ,k}^{{}}\cos \left( \delta \Phi _{k}^{{}} \right)+n_{I}^{{}}\sigma _{IQ,k}^{{}}, \\ & {{Q}_{k}}=-A_{IQ,k}^{{}}\sin \left( \delta \Phi _{k}^{{}} \right)+n_{Q}^{{}}\sigma _{IQ,k}^{{}}, \\ \end{align}$

(26)

где

$A_{IQ,k}^{{}}=\frac{A_{k}^{{}}L}{2}\operatorname{sinc}\left( \frac{\left( \omega _{d,k}^{{}}-\tilde{\omega }_{d,k}^{{}} \right)T}{2} \right)\rho \left( \tau _{k}^{{}}-\tilde{\tau }_{k}^{{}} \right),$

(27)

$\sigma _{IQ,k}^{2}=\sigma _{n,k}^{2}{}^{L}\!\!\diagup\!\!{}_{2}\;,$

(28)

$\delta \Phi _{k}^{{}}=\bmod \left( \frac{\left( \omega _{d,k}^{{}}-\tilde{\omega }_{d,k}^{{}} \right)T}{2}+\varphi _{k}^{{}}+\theta _{k}^{{}}\pi ,2\pi \right),$

(29)

где $A_{k}^{{}}$ - амплитуда навигационного сигнала на входе АЦП, $\sigma _{n,k}^{2}$ - дисперсия шума на входе АЦП, $L$ - число тактов АЦП участвующих в накоплении в корреляторе, $\tau _{k}^{{}},\tilde{\tau }_{k}^{{}}$ - задержка дальномерного кода сигнала спутника и опорного сигнала коррелятора, $\omega _{d,k}^{{}},\tilde{\omega }_{d,k}^{{}}$ - циклическая частота сигнала спутника и опорного сигнала коррелятора, $\varphi _{k}^{{}}$ - начальная фаза навигационного сигнала на k-ом интервале, $\rho \left( x \right)$ - корреляционная функция дальномерного кода, $n_{I}^{{}}, n_{Q}^{{}}$ - некоррелированные белые гауссовские шумы.

Темп изменения коэффициента отражения, угла прихода отраженного сигнала и т.п. значительно меньше темпа изменения фазовых соотношений между прямым и отраженным сигналом. Если не учитывать сдвиг фазы при отражении, фазовую характеристику антенны, сигнал на выходе коррелятора при многолучевом распространении можно описать выражениями

$\begin{align} & {{I}_{k}}\overset{{}}{\mathop{=}}\,A_{IQ,k}^{{}}\left[ \cos \left( \delta \Phi _{k}^{{}} \right)+K_{MP,k}^{{}}\cos \left( \delta \Phi _{k}^{{}}+2\pi \frac{\Delta _{R,k}^{{}}}{\lambda } \right) \right]+n_{I}^{{}}\sigma _{IQ,k}^{{}}; \\ & {{Q}_{k}}=-A_{IQ,k}^{{}}\left[ \sin \left( \delta \Phi _{k}^{{}} \right)+K_{MP,k}^{{}}\sin \left( \delta \Phi _{k}^{{}}+2\pi \frac{\Delta _{R,k}^{{}}}{\lambda } \right) \right]+n_{Q}^{{}}\sigma _{IQ,k}^{{}}, \\ \end{align}$

(30)

где $\lambda$ - длина волны несущей навигационного сигнала, $K_{MP,k}^{{}}$ - коэффициент ослабления отраженного сигнала относительно прямого на выходе антенны.

Для расчета коэффициента ослабления отраженного сигнала следует уточнить характер отражения от экрана и характеристики антенны.

Модель выходного сигнала коррелятора (30) можно графически представить как сложение двух векторов комплексных сигналов – прямого и отраженного (см. рисунок 4).

Рис. 4 Сложение векторов прямого и отраженного сигналов на комплексной плоскости

Воздействие отраженного сигнала приводит к фазовой и амплитудной модуляции суммарного сигнала - искажению корреляционной функции, меняющемуся во времени, см. рисунок 5.

Рис. 5 Искажение корреляционной функции при действии отраженного сигнала

[править] Домашняя подготовка

Перед выполнением работ в лаборатории, обучающиеся проводят предварительную подготовку. Результаты студентами предоставляются индивидуально на бумажных носителях до начала выполнения лабораторного задания.

В процессе подготовки требуется:

1. Получить у преподавателя индивидуальную таблицу параметров.

2. Изучить математическую модель многолучевого распространения сигналов и процессов на выходе коррелятора.

3. Построить график зависимости высоты орбиты спутника $H\left( t \right)=\sqrt{x_{E,sv}^{2}\left( t \right)+y_{E,sv}^{2}\left( t \right)+z_{E,sv}^{2}\left( t \right)}-R_{E}^{{}}$ для параметров, заданных в индивидуальной таблице, и $t$ от 0 до 12 часов. Занести результат в отчет.

4. Для указанного момента времени определить разность хода прямого и отраженного лучей, ошибку, вносимую многолучевостью в фазу сигнала. Занести ход решения задачи (математические выкладки или код программы) и результат в отчет.

[править] Выполнение работ в лаборатории

[править] Описание программной модели

В лаборатории проводится моделирование многолучевого распространения сигнала с помощью программы, написанной в среде Matlab. Для выполнения скрипта следует запустить Matlab, перейти в соответствующую директорию и открыть файл main.m. Для запуска модели следует нажать клавишу клавиатуры F5 или кнопку Run () в графическом интерфейсе Matlab'a, после чего открывается графический интерфейс программы (см. рисунок 6).

Рис. 6 Графический пользовательский интерфейс модели

С помощью интерфейса вводятся исходные данные для моделирования и производится запуск расчета. После выполнения расчета происходит отображение результатов на 13 графиках:

Координаты спутника
Расстояние между спутником и антенной
Расстояние между антенной и точкой отражения
Положение точки отражения на экране
Угол возвышения спутника, горизонта и точки отражения
Ошибка, вносимая в фазу многолучевым распространением сигнала
Разность хода прямого и отраженного лучей
Корреляционная функция для прямого, отраженного и суммарного сигналов
Период ошибки, вносимой в фазу многолучевым распространением сигнала
SkyView - графическое отображение угла возвышения и азимута спутника, экрана, точки отражения
Трехмерный вид многолучевого распространения сигналов
Представление выходного сигнала коррелятора на комплексной плоскости: прямой сигнал, отраженный сигнал и их суперпозиция
Трехмерный вид движения спутника вокруг Земли

Каждый график можно открыть в отдельном окне с помощью кнопки в правом верхнем углу области.

С помощью слайдера внизу окна пользователь может выбирать любой момент времени из моделируемого интервала. С помощью кнопок правее слайдера - запускать проигрывание результатов (с различными коэффициентами ускорения).

[править] Лабораторное задание

1. С помощью модели проверить результаты, полученные в пунктах 3 и 4 домашней подготовки, включить в отчет необходимые выходные данные моделирования.

2. Провести моделирование длительностью 5, 12, 48 часов. Провести самостоятельное исследование результатов в соответствии с темой лабораторной работы. Отразить результаты исследования (выводы, соответствующие результаты моделирования и теоретические обоснования) в индивидуальном отчете.

3. Представить результаты преподавателю.

[править] Литература

1. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А. И. Перова , В. Н. Харисова. — 4-е, перераб. и доп. — М.: Радиотехника, 2010. — 800 с.

[править] Шаблон индивидуальной таблицы параметров

Ф.И.О: ___________________

Группа: __________

Высота поднятия антенны: $h =$ ____ м

Расстояние от антенны до экрана: $l =$ ____ м

Высота экрана: $c =$ ____ м

Ширина экрана: $a =$ ____ м; $b =$ ____ м

Используемая навигационная система: ГЛОНАСС/NAVSTAR GPS

Параметры орбиты в начальный момент времени:

долгота восходящего узла $\Omega _{0}^{{}} =$ ____ град
наклонение орбиты $i_{0}^{{}}$ - любая орбитальная плоскость системы, на выбор
угол начального положения на орбите $\theta _{0}^{{}} =$ ____ град

@@ Строка 8: / Строка 8: @@
 == Введение ==
-Спутниковые радионавигационные системы (СРНС) и их приложения в современном мире играют огромную роль: они способствуют развитию экономики, улучшают условия жизни людей, укрепляют оборону страны. Развитие навигационных технологий не останавливается: совершенствуются и космический, и наземный, и потребительский сегменты. Одна из существующих задач – повышение точности навигационных определений, одна из существующих проблем на этом пути – многолучевое распространение сигналов. Данная проблема особо остро стоит при применении навигационной аппаратуры потребителей (НАП) в условиях городской застройки, в составе военных комплексов (бронетехника, суда), при высокоточных фазовых измерениях.
+Спутниковые радионавигационные системы (СРНС) и их приложения в современном мире играют огромную роль: они способствуют развитию экономики, улучшают условия жизни людей, укрепляют оборону страны. Развитие навигационных технологий не останавливается: совершенствуются и космический, и наземный, и потребительский сегменты. Одна из существующих задач – повышение точности навигационных определений, одна из существующих проблем на этом пути – многолучевое распространение сигналов. Данная проблема особо остро стоит при применении навигационной аппаратуры потребителей (НАП) в условиях городской застройки, в составе военных комплексов (бронетехника, суда), как при кодовых, так и при фазовых измерениях.
-Для борьбы с влиянием многолучевого распространения необходимо изучить характер этого влияния. Антенну, фронтенд и корреляторы навигационного приемника можно считать, в некотором приближении, линейными устройствами. Прохождение через них навигационного сигнала хорошо изучено. Для составления адекватной модели процессов в этих элементах приемника достаточно определить запаздывание, ослабление и фазовый сдвиг отраженного сигнала относительно прямого. Тогда в качестве модели процессов можно принять суперпозицию откликов на прямой и отраженный сигнал.
+Для борьбы с влиянием многолучевого распространения необходимо изучить характер этого влияния. Антенну, радиочастотный блок и корреляторы навигационного приемника можно считать, в некотором приближении, линейными устройствами. Прохождение через них навигационного сигнала хорошо изучено. Для составления адекватной модели процессов в этих элементах приемника достаточно определить запаздывание, ослабление и фазовый сдвиг отраженного сигнала относительно прямого. Тогда в качестве модели процессов можно принять суперпозицию откликов на прямой и отраженный сигнал.
 В настоящей лабораторной работе студентам предлагается развить свои представления о многолучевом распространении сигнала и его влиянии на приемник на предельно простом, но практически ценном модельном примере: приеме сигналов неподвижным приемником в условиях переотражения от вертикального экрана конечных размеров, расположенном на некотором расстоянии от приемной антенны.
 Лабораторный практикум включает в себя:
-* ознакомление с математической моделью многолучевого распространения и его воздействия на навигационный приемник;
+* ознакомление с математической моделью совокупности сигналов при многолучевом распространении;
-* самостоятельный численный расчет отдельных зависимостей с помощью приведенной математической модели;
+* самостоятельный численный расчет характеристик многолучевого распространения с помощью приведенной математической модели;
 * моделирование многолучевого распространения сигнала СРНС в программе, созданной в среде Matlab;
 * обработку и сравнение полученных результатов.

Многолучевое распространение сигналов СРНС (лабораторная работа) — различия между версиями

Текущая версия на 23:08, 9 июня 2013

Содержание

[править] Введение

[править] Модель многолучевого распространения сигналов и его влияния на сигналы на выходе коррелятора

[править] Исходные данные

[править] Модель многолучевого распространения

[править] Поиск координат точки отражения

[править] Условия наличия прямого и отраженного сигналов

[править] Координаты спутника

[править] Разность хода прямого и отраженного лучей

[править] Модель выходного сигнала коррелятора при действии на входе приемника прямого и отраженного сигналов

[править] Домашняя подготовка

[править] Выполнение работ в лаборатории

[править] Описание программной модели

[править] Лабораторное задание

[править] Литература

[править] Шаблон индивидуальной таблицы параметров

Персональные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

SRNS Wiki

Рабочие журналы

Приватный файлсервер

QNAP Сервер

Инструменты