К

К.т.н. Хачатурян А.Б.

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Электромагнитная совместимость и конкретизация параметров перспективных сигналов ГНСС ГЛОНАСС

По мере насыщения выделенных участков спектра новыми глобальными спутниковыми навигационными системами (ГНСС) все острее становится проблема их бесконфликтного сосуществования как между собой, так и с соседствующими в эфире системами иного назначения. Для ГНСС ГЛОНАСС этот фактор оказывается критическим в связи с возможностью просачивания ее сигналов в примыкающий диапазон радиоастрономических наблюдений 1610.6…1613.8 МГц. Согласно Рекомендации ITU-RRA.769 порог суммарной плотности потока мощности сигналов всех космических аппаратов, попадающих в луч радиотелескопа, составляет в полосе 20 кГц. Уложиться в подобное ограничение, не жертвуя массогабаритными и стоимостными показателями оборудования космического аппарата, можно за счет замены стандартной бинарной фазовой модуляции (БФМ) спектрально-эффективными форматами, в частности модуляцией с непрерывной фазой (МНФ), позволяющей существенно сузить занимаемую полосу, не нарушив постоянства амплитуды сигнала.

В публикациях [1-3] показано, что c учетом жесткой спектральной регламентации МНФ форматы предпочтительны по сравнению с БФМ с точки зрения таких ключевых показателей как фильтрация помехи множественного доступа, точность временнóй привязки, точности измерении запаздывания сигнала, искаженного многолучевой помехой и др. Настоящий доклад посвящен анализу электромагнитной совместимости предлагаемых сигналов с соседствующими системами диапазона L1, а также оптимизации параметров их форматов.

Анализу были подвергнуты следующие виды модуляции с полным фазовым откликом :

– МЧМ;

– МНФ из работы F. Amoroso [4] (далее МНФА):

– МНФ, рекомендованная J. Ponsonby [5] (МНФП):

– МНФ с полиномиальным законом изменения мгновенной фазы из [6] (МНФПЛ):

Помимо этого исследовались модуляционные форматы с частичным откликом:

– формат с частичным линейным откликом (МНФЧЛ), - память в количестве посылок

– стандартная гауссовская МЧМ (ГМЧМ) с параметром и фазовым откликом [7]:

где – частотный отклик, представляющий собой свертку (обозначена символом ) импульсной характеристики гауссовского фильтра и прямоугольного импульса

причем а указанное ранее значение параметра выбирается из компромисса между спектральной компактностью сигнала и уровнем его паразитных компонент, создаваемых фильтром.

Спектральные ограничения далее трактуются в терминах статьи 1.153 Регламента ITU, согласно которой занимаемой (далее регламентной) полосой именуется частотный интервал, содержащий 99 % полной энергии сигнала. Регламентная полоса связана с длительностью посылки обратной зависимостью: где коэффициент a определяется конкретной формой чипа, т. е. форматом модуляции.

Критерием степени проникновения спектральных компонент навигационного сигнала ГЛОНАСС в радиоастрономическое окно является плотность потока мощности сигнала у Земной поверхности, определяемая соотношением , где – эффективная площадь приемной антенны , ‑ коэффициент усиления антенны, ‑ длина волны). В диапазоне L1 ГЛОНАСС навигационный сигнал имеет длину волны см, что при переходе к децибелам приводит к результату

дБ м².

Тогда значение плотности потока мощности (ППМ):

дБ Вт/м².

Подставив эту величину вместо в выражение для СПМ сигнала, можно получить зависимость плотности потока мощности на приемной стороне от частоты . Чтобы вычислить величину ППМ в частотном интервале ширины и с центром на частоте , необходимо проинтегрировать полученный результат в пределах этого интервала:

. (1)

В таблице 1Ошибка! Источник ссылки не найден. представлены значения уровня режекции ППМ ГНСС сигнала (1) в радиоастрономическом окне, необходимого для удовлетворения этого требования. В качестве номинал несущей частоты выбран из сетки частот , где МГц (частоте C/A кода GPS), а - целое. Регламентная полоса сигнала, таким образом, соответствовала удвоенному значению минимального интервала, ограниченного несущей и границами диапазона, а длительность чипа - для сигнала с полным откликом и для сигнала с частичным откликом. Наряду с исследуемыми форматами рассмотрены варианты модуляции гражданских сигналов модифицированной ГНСС ГЛОНАСС [8].

Таблица 1 – Уровень ослабления внеполосных излучений НС

Параметр	Вид модуляции
Параметр	BOC (1,1)	BOC (5,2.5)	МЧМ	МНФА	МНФП	МНФПЛ	МНФЧЛ	ГМЧМ
f₀, МГц	1594, 3455	1600, 995	1598, 949	1597, 4145	1595,88	1596, 3915	1594, 857	1597, 4145
Глубина режекции, дБ	14,92	11,42	1,023	0	10,4	0	11,20	2,65
D (), мкс	1	1	0,215	0,555	0,584	0,258	0,611	0,230

Из таблицы видно, что подобного спектрально-компактные форматы позволяют добиться минимального уровня побочных излучений МНФ сигналов (менее 1 дБ). В заключении приведем расчет основных параметров дальномерного сигнала, полагая его период равным 1 мс. Скорректированные длительности чипов МНФ сигналов и частоты их формирования в соответствии с выбранной сеткой частот, а также оценки длины дальномерного кода представлены в таблице 2.

Таблица 2. Параметры дальномерного сигнала на основе МНФ

Параметр	Вид модуляции
Параметр	МЧМ	МНФА	МНФП	МНФПЛ	МНФЧЛ	ГМЧМ
D₁ (), мкс	0,244	0,489	0,489	0,244	0,489	0,244
f_s, МГц	4,092	2,046	2,046	4,092	2,046	4,092
N	4092	2046	2046	4092	2046	4092

Литература:

1. Ипатов В. П., Хачатурян А. Б. Спектрально-эффективные CDMA–сигнатуры и помеха множественного доступа. // Радиотехника. 2012. № 7. С. 9–13.

2. Ипатов В. П. Хачатурян А. Б. Точность измерения запаздывания спектрально-эффективных сигналов с полным и частичным откликами // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2013. Вып. 2. С. 13–18.

3. Delay estimation and multipath resistance potential accuracy of continuous phase modulation signals /Khachaturian, A.B., Gayvoronsky, D.V. // IET Communications, 2015.

4. Amoroso F. Pulse and spectrum manipulation in minimum (frequency) shift keying (MSK) format // IEEE Trans. on communications. 1976. Vol. COM-24, № 3. P. 381–384.

5. Ponsonby J. E. B. Impact of spread spectrum signals from the Global Satellite Navigation System GLONASS on radio astronomy: problem and proposed solution // Spread spectrum techniques and applications. 1994. IEEE ISSSTA’94. Third Int. symp., 4-6 July. 1994, University of Oulu, Finland. Piscataway: IEEE, 1994. Vol. 2. P. 386–390.

6. Артамонов А. А., Косухин И. Л., Макаров С. Б. Спектральные характеристики случайных последовательностей зависимых ФМ-сигналов с огибающей, описываемой полиномами n-й степени // Техника средств связи. Сер. "Техника радиосвязи". 1990. Вып. 8. С. 51–63.

7. Architecture for a future C-band/L-band GNSS Mission. Part 2: Signal consideration and related user terminal aspects / J. A. Avila-Rodriguez, J. H. Won, S. Wallner et al. // Inside GNSS. 2009. Vol. 4, № 4. P. 52–63.

8. Цифровая обработка сигналов. / А. Б. Сергиенко.–.СПб.: Питер, 2002. – 608 с.