Фронтенд и корреляционный канал навигационного приемника (модель) — различия между версиями

Текущая версия на 21:23, 23 октября 2017

**Список всех моделей**
Модель: Фронтенд и корреляционный канал навигационного приемника

Описание	Модель коррелятора НАП ГЛОНАСС с учетом ограничений полосы фронтенда
Автор(ы)	Korogodin (Korogodin^{обсуждение})
Последняя версия	2.0 (см. репозиторий)
Загрузить	no link
Хранилище	GitHub
Категории	Коррелятор, RF, Фронтенд, Переходные процессы, ГЛОНАСС

[править] Описание имитационной модели

[править] Возможности имитационной модели

Имитационная модель "Фронтенд и корреляционный канал навигационного приемника" демонстрирует процессы и преобразования, проходящие в фронтенде, АЦП и корреляторе навигационной аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем. Модель позволяет получить осциллограммы и спектры процессов в описанных блоках:

при приеме сигнала на фоне мешающей гармонической помехи и без неё;
при наличии и отсутствии собственного шума приемника;
при различных значениях полосы пропускания фронтенда приемника;
при различном числе разрядов АЦП;
при различном числе разрядов опорных колебаний в корреляторе;
при различных настройках формирующего опорное ПСП регистра сдвига.

Расчет корреляционных сумм проводится тремя способами:

По сформированным отсчетам сигнала на выходе АЦП путем перемножения с опорными сигналами и последующим накоплением - для различных значений задержки ПСП. Позволяет рассчитать графики корреляционных сумм в зависимости от разности задержек опорной ПСП ДК и ПСП ДК сигнала на выходе АЦП.
На основании имеющихся данных о параметрах сигнала и фильтров производится расчет математических ожиданий статистических эквивалентов. Позволяет сравнить результаты работы коррелятора с моделью статистического эквивалента.
С помощью пошаговой модели с имитацией работы регистров схемы коррелятора, реализованной в ПЛИС или ASIC.

[править] Базовые математические модели

Так как моделирование производится на ЭВМ, в качестве моделей непрерывных процессов в радиочастотном блоке используются дискретизированные по времени последовательности.

Модель шкалы времени

$t_{k,l}=t_{k,0}^{{}}+l\cdot T_d$ ; $t_{k+1,0}^{{}}=t_{k,0}^{{}}+L\cdot T_{d}^{{}}=t_{k,0}^{{}}+T,$

где $T_d$ - интервал дискретизации, $T$ - интервал накопления в корреляторе.

Модель сигнала на выходе радиочастотного блока

$y_{fe,k,l} =K_{f}^{{}}\cdot \left( S_{k,l}^{{}}+J_{k,l}+n_{k,l}^{{}} \right),$

где

$K_f$ - операторный коэффициент передачи цифрового фильтра с заданной полосой,

$S_{k,l}^{{}}=A\cdot G_{c}^{{}}\left( t_{k,l}^{{}}-\tau _{k}^{{}} \right)\cdot \cos \left( \omega _{if}^{{}}t_{k,l}^{{}}+\omega _{d,k}^{{}}lT_{d}^{{}}+\varphi _{k}^{{}} \right)$ - модель полезного сигнала,

$J_{k,l}^{{}}=A_j \cdot \cos \left( \omega _{j}^{{}}t_{k,l}^{{}} + \varphi _{j,k} \right)$ - модель гармонической помехи,

$n_{k,l}^{{}}$ - ДБГШ с дисперсией $\sigma _{n}^{2}$ .

Модель сигнала на выходе АЦП

$y_{k,l} = Qu \left( y_{fe,k,l} \right),$

где $Qu \left( \right)$ - нелинейная функция квантования.

Модель корреляционных сумм

$I_{k}^{{}}=\sum\limits_{l=1}^{L}{y_{k,l}^{{}}\cdot }G_{c}^{{}}\left( t_{k,l}^{{}}-\tilde{\tau }_{k}^{{}} \right)\cos \left( \omega _{if}^{{}}t_{k,l}^{{}}+\tilde{\omega }_{d,k}^{{}}lT_{d}^{{}}+\tilde{\varphi }_{k}^{{}} \right);$

$Q_{k}^{{}}=\sum\limits_{l=1}^{L}{y_{k,l}^{{}}\cdot }G_{c}^{{}}\left( t_{k,l}^{{}}-\tilde{\tau }_{k}^{{}} \right)\sin \left( \omega _{if}^{{}}t_{k,l}^{{}}+\tilde{\omega }_{d,k}^{{}}lT_{d}^{{}}+\tilde{\varphi }_{k}^{{}} \right).$

[править] Работа с имитационной моделью

[править] Интерфейс модели

Взаимодействие с имитационной моделью производится посредством графического интерфейса пользователя (см. рисунок 1). С его помощью происходит установка параметров моделирования, запуск событий и получение результатов.

Рисунок 1 - Интерфейс имитационной модели

[править] Настройка и запуск генератора дальномерного кода

С помощью фрейма Настройка генератора производится установка параметров регистра сдвига, выполняющего функцию генератора дальномерного кода. С помощью выбора соответствующих CheckBox'ов производится замыкание обратной связи, с помощью полей ввода - установка начального значения. Сделанные изменения интерактивно отображаются на общей схеме коррелятора. Нажатие кнопки OK производит запуск генерирования ПСП - 511 тактов, что соответствует одному периоду ПСП СТ сигнала ГЛОНАСС. При этом во фрейме отображается график значения 7 бита регистра. Сформированное ПСП используется в дальнейшем для расчетов корреляционных сумм.

Рисунок 2 - Фрейм Настройка генератора

[править] Включение сигнала, помехи и собственного шума приемника

С помощью CheckBox Сигнал, Помеха, Шум (см. рисунок 3) производится включение/выключение имитации полезного сигнала, аддитивной гармонической помехи и аддитивного собственного шума приемника соответственно.

Рисунок 3 - CheckBox'ы Сигнал, Помеха, Шум

[править] Выбор полосы фронтенда

Установка полосы фронтенда производится во фрейме Полоса фронтенда (см. рисунок 4):

Бесконечность - отсутствуют зеркальные каналы приема и внеполосные помехи, но спектр полезного сигнала ограничивается только частотой дискретизации (51.1 МГц);
6 МГц - отсутствуют зеркальные каналы и внеполосные помехи, спектр полезного сигнала ограничен фильтром с полосой 6 МГц;
1 МГц - отсутствуют зеркальные каналы и внеполосные помехи, спектр полезного сигнала ограничен фильтром с полосой 1 МГц.

Рисунок 4 - Фрейм Полоса фронтенда

На обобщенной схеме фронтенда отображается график спектральной плотности мощности сигнала на входе шумового АРУ. С помощью кнопки в правом верхнем углу производится открытие графика в отдельном окне.

[править] Выбор разрядности АЦП

Установка числа разрядов АЦП производится во фрейме Квантование отсчетов АЦП (см. рисунок 5):

Без квантования - квантование не производится, отсчеты хранятся в переменных типа double (64 бита, плавающая точка);
Компаратор (1 бит) - входной сигнал АЦП пропускаются через компаратор, выходные отсчеты АЦП принимают значения $\left\{ -1; +1 \right\}$ .

Рисунок 5 - Фрейм Квантование отсчетов АЦП

На обобщенной схеме фронтенда отображается осциллограмма сигнала на выходе АЦП (точки отсчетов соединены прямыми отрезками). С помощью кнопки в правом верхнем углу производится открытие графика в отдельном окне.

[править] Выбор разрядности опорного сигнала коррелятора

Установка числа разрядов опорного сигнала коррелятора производится во фрейме Опорный сигнал (см. рисунок 6):

Без квантования - квантование не производится, отсчеты хранятся в переменных типа double (64 бита, плавающая точка);
4 бита - опорный сигнал коррелятора принимает значения $\left\{ -7; -6; ... ; 0; ... ; 6; 7 \right\}$ .

Рисунок 6 - Фрейм Квантование отсчетов АЦП

[править] Выбор набора квадратур

Значение рассчитанных корреляционных сумм, как функции от разности задержек дальномерного кода сигнала и дальномерного кода опорных колебаний, отображается на графиках в нижнем правом углу (см. рисунок 7). Открытие графиков в отдельном окне выполняется посредством нажатия на соответствующую кнопку в правом верхнем углу.

Рисунок 7 - Графики вычисленных корреляционных сумм как функции разности задержек дальномерных кодов сигнала и опорных колебаний

Моделью рассчитываются три пары квадратур: earler, promt, later. Переключение между их отображением осуществляется с помощью выпадающего списка (см. рисунок 8)

Рисунок 8 - Выбор пары корреляционных сумм

[править] Запуск пошаговой модели

Для более наглядного представления процессов, проходящих в аппаратном корреляторе, в правом верхнем блоке основного окна программы расположена интерактивная схема аппаратного коррелятора (см. рисунок 9).

Рисунок 9 - Выбор пары корреляционных сумм

Помимо настройки формирующего опорное ПСП регистра и изменения сигнала на выходе АЦП, пользователь может имитировать сигналы, поступающие в коррелятор:

тактовые сигналы (clk) с помощью кнопок - подать один импульс, - включить тактовый генератор;
сигнал сброса (R) с помощью кнопки .

[править] Пример результатов моделирования

[править] См. также

@@ Строка 13: / Строка 13: @@
 |readme        =
 |changelog     =
-|repository    = [http://code.google.com/p/gnss-frontend-correlator-model/ Google Code]
+|repository    = [https://github.com/Korogodin/gnss-frontend-correlator-model GitHub]
 |category1     = Коррелятор
 |category2     = RF
@@ Строка 32: / Строка 32: @@
 === Возможности имитационной модели ===
-Имитационная модель "Фронтенд и корреляционный канал навигационного приемника" демонстрирует процессы и преобразования, проходящие в фронтенде, АЦП и корреляторе навигационной аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем. Модель позволяет получить осциллограммы и спектры процессов в описанных блоках:
+Имитационная модель "[[Фронтенд_и_корреляционный_канал_навигационного_приемника_(модель)|Фронтенд и корреляционный канал навигационного приемника]]" демонстрирует процессы и преобразования, проходящие в фронтенде, АЦП и корреляторе навигационной аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем. Модель позволяет получить осциллограммы и спектры процессов в описанных блоках:
 * при приеме сигнала на фоне мешающей гармонической помехи и без неё;
 * при наличии и отсутствии собственного шума приемника;
@@ Строка 46: / Строка 46: @@
 === Базовые математические модели ===
+Так как моделирование производится на ЭВМ, в качестве моделей непрерывных процессов в радиочастотном блоке используются дискретизированные по времени последовательности.
 * Модель шкалы времени
-* Модель сигнала (IF)
+::<math>t_{k,l}=t_{k,0}^{{}}+l\cdot T_d</math>; <math>t_{k+1,0}^{{}}=t_{k,0}^{{}}+L\cdot T_{d}^{{}}=t_{k,0}^{{}}+T,</math>
-* Модель помехи (IF)
+:где <math>T_d</math> - интервал дискретизации, <math>T</math> - интервал накопления в корреляторе.
-* Модель шума (IF)
-* Модель сигнала на выходе фронтенда
+* Модель сигнала на выходе радиочастотного блока
+::<math>y_{fe,k,l} =K_{f}^{{}}\cdot \left( S_{k,l}^{{}}+J_{k,l}+n_{k,l}^{{}} \right),</math>
+:где <br>
+:<math>K_f</math> - операторный коэффициент передачи цифрового фильтра с заданной полосой,<br>
+:<math>S_{k,l}^{{}}=A\cdot G_{c}^{{}}\left( t_{k,l}^{{}}-\tau _{k}^{{}} \right)\cdot \cos \left( \omega _{if}^{{}}t_{k,l}^{{}}+\omega _{d,k}^{{}}lT_{d}^{{}}+\varphi _{k}^{{}} \right)</math> - модель полезного сигнала, <br>
+:<math>J_{k,l}^{{}}=A_j \cdot \cos \left( \omega _{j}^{{}}t_{k,l}^{{}} + \varphi _{j,k} \right)</math> - модель гармонической помехи, <br>
+:<math>n_{k,l}^{{}}</math> - ДБГШ с дисперсией <math>\sigma _{n}^{2}</math>.
 * Модель сигнала на выходе АЦП
+::<math>y_{k,l} = Qu \left( y_{fe,k,l} \right),</math>
+:где <math>Qu \left(  \right)</math> - нелинейная функция квантования.
 * Модель корреляционных сумм
+::<math>I_{k}^{{}}=\sum\limits_{l=1}^{L}{y_{k,l}^{{}}\cdot }G_{c}^{{}}\left( t_{k,l}^{{}}-\tilde{\tau }_{k}^{{}} \right)\cos \left( \omega _{if}^{{}}t_{k,l}^{{}}+\tilde{\omega }_{d,k}^{{}}lT_{d}^{{}}+\tilde{\varphi }_{k}^{{}} \right);</math> <br>
+::<math>Q_{k}^{{}}=\sum\limits_{l=1}^{L}{y_{k,l}^{{}}\cdot }G_{c}^{{}}\left( t_{k,l}^{{}}-\tilde{\tau }_{k}^{{}} \right)\sin \left( \omega _{if}^{{}}t_{k,l}^{{}}+\tilde{\omega }_{d,k}^{{}}lT_{d}^{{}}+\tilde{\varphi }_{k}^{{}} \right).</math>
-=== Использование имитационной модели ===
+=== Работа с имитационной моделью ===
 ==== Интерфейс модели ====
@@ Строка 65: / Строка 82: @@
 ==== Настройка и запуск генератора дальномерного кода ====
-С помощью фрейма ''Настройка генератора'' производится установка параметров регистра сдвига, выполняющего функцию генератора дальномерного кода. С помощью выбора соответствующих CheckBox'ов производится замыкание обратной связи, с помощью полей ввода - установка начального значения. Нажатие кнопки ''OK'' производит запуск генерирования ПСП - 511 тактов, что соответствует одному периоду ПСП СТ сигнала ГЛОНАСС. Также во фрейме отображается график значения 7 бита регистра.
+С помощью фрейма ''Настройка генератора'' производится установка параметров регистра сдвига, выполняющего функцию генератора дальномерного кода. С помощью выбора соответствующих CheckBox'ов производится замыкание обратной связи, с помощью полей ввода - установка начального значения. Сделанные изменения интерактивно отображаются на общей схеме коррелятора. Нажатие кнопки ''OK'' производит запуск генерирования ПСП - 511 тактов, что соответствует одному периоду ПСП СТ сигнала ГЛОНАСС. При этом во фрейме отображается график значения 7 бита регистра. Сформированное ПСП используется в дальнейшем для расчетов корреляционных сумм.
 {{pic|20111005_CorrModel_3.png|Рисунок 2 - Фрейм ''Настройка генератора''|pic2}}
-==== Включение сигала, помехи и собственного шума приемника ====
+==== Включение сигнала, помехи и собственного шума приемника ====
 С помощью CheckBox ''Сигнал'', ''Помеха'', ''Шум'' (см. [[#pic3|рисунок 3]]) производится включение/выключение имитации полезного сигнала, аддитивной гармонической помехи и аддитивного собственного шума приемника соответственно.
@@ Строка 75: / Строка 92: @@
 {{pic|20111005_CorrModel_2.png|Рисунок 3 - CheckBox'ы ''Сигнал'', ''Помеха'', ''Шум''|pic3}}
-Мощность гармонической помехи на 12 дБ больше мощности сигнала, шум соответствует штатному энергетическому потенциалу 45 дБГц.
+{{ambox
+ |type       = notice
-Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то изменение значений CheckBox'ов приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм.
+ |text       = Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то изменение значений CheckBox'ов приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм
+}}
 ==== Выбор полосы фронтенда ====
@@ Строка 88: / Строка 106: @@
 {{pic|20111005_CorrModel_4.png|Рисунок 4 - Фрейм ''Полоса фронтенда''|pic4}}
-На обобщенной схеме фротенда отображается график спектральной плотности мощности сигнала на входе шумового АРУ. С помощью кнопки в правом верхнем углу производится открытие графика в отдельном окне.
+На обобщенной схеме фронтенда отображается график спектральной плотности мощности сигнала на входе шумового АРУ. С помощью кнопки в правом верхнем углу производится открытие графика в отдельном окне.
+{{ambox
+ |type       = notice
+ |text       = Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то выбор полосы фронтенда приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм
+}}
-==== Выбор числа разрядов АЦП ====
+==== Выбор разрядности АЦП ====
 Установка числа разрядов АЦП производится во фрейме ''Квантование отсчетов АЦП'' (см. [[#pic5|рисунок 5]]):
-* ''Бесконечность'' - квантование не производится, отсчеты хранятся в переменных типа double (64 бита, плавающая точка);
+* ''Без квантования'' - квантование не производится, отсчеты хранятся в переменных типа double (64 бита, плавающая точка);
 * ''Компаратор (1 бит)'' - входной сигнал АЦП пропускаются через компаратор, выходные отсчеты АЦП принимают значения <math>\left\{ -1; +1 \right\}</math>.
-На обобщенной схеме фротенда отображается осциллограмма сигнала на выходе АЦП (точки отсчетов соединены прямыми отрезками). С помощью кнопки в правом верхнем углу производится открытие графика в отдельном окне.
+{{pic|20111005_CorrModel_5.png|Рисунок 5 - Фрейм ''Квантование отсчетов АЦП''|pic5}}
+На обобщенной схеме фронтенда отображается осциллограмма сигнала на выходе АЦП (точки отсчетов соединены прямыми отрезками). С помощью кнопки в правом верхнем углу производится открытие графика в отдельном окне.
+{{ambox
+ |type       = notice
+ |text       = Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то выбор разрядности АЦП приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм
+}}
+==== Выбор разрядности опорного сигнала коррелятора ====
+Установка числа разрядов опорного сигнала коррелятора производится во фрейме ''Опорный сигнал'' (см. [[#pic6|рисунок 6]]):
+* ''Без квантования'' - квантование не производится, отсчеты хранятся в переменных типа double (64 бита, плавающая точка);
+* ''4 бита'' - опорный сигнал коррелятора принимает значения <math>\left\{  -7; -6; ... ; 0; ... ; 6; 7   \right\}</math>.
+{{pic|20111005_CorrModel_6.png|Рисунок 6 - Фрейм ''Квантование отсчетов АЦП''|pic6}}
+{{ambox
+ |type       = notice
+ |text       = Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то выбор разрядности опорного сигнала коррелятора приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм
+}}
+==== Выбор набора квадратур ====
+Значение рассчитанных корреляционных сумм, как функции от разности задержек дальномерного кода сигнала и дальномерного кода опорных колебаний, отображается на графиках в нижнем правом углу (см. [[#pic7|рисунок 7]]). Открытие графиков в отдельном окне выполняется посредством нажатия на соответствующую кнопку в правом верхнем углу.
+{{pic|20111005_CorrModel_7.png|Рисунок 7 - Графики вычисленных корреляционных сумм как функции разности задержек дальномерных кодов сигнала и опорных колебаний|pic7}}
+Моделью рассчитываются три пары квадратур: earler, promt, later. Переключение между их отображением осуществляется с помощью выпадающего списка (см. [[#pic8|рисунок 8]])
+{{pic|20111005_CorrModel_8.png|Рисунок 8 - Выбор пары корреляционных сумм|pic8}}
+==== Запуск пошаговой модели ====
+Для более наглядного представления процессов, проходящих в аппаратном корреляторе, в правом верхнем блоке основного окна программы расположена интерактивная схема аппаратного коррелятора (см. [[#pic9|рисунок 9]]).
+{{pic|20111005_CorrModel_9.png|Рисунок 9 - Выбор пары корреляционных сумм|pic9}}
+Помимо настройки формирующего опорное ПСП регистра и изменения сигнала на выходе АЦП, пользователь может имитировать сигналы, поступающие в коррелятор:
+* ''тактовые сигналы (clk)'' с помощью кнопок [[File:20111005_CorrModel_b1.png]] - подать один импульс, [[File:20111005_CorrModel_b2.png]] - включить тактовый генератор;
+* ''сигнал сброса (R)'' с помощью кнопки [[File:20111005_CorrModel_b3.png]].
 <noinclude>

Фронтенд и корреляционный канал навигационного приемника (модель) — различия между версиями

Текущая версия на 21:23, 23 октября 2017

Содержание

[править] Описание имитационной модели

[править] Возможности имитационной модели

[править] Базовые математические модели

[править] Работа с имитационной моделью

[править] Интерфейс модели

[править] Настройка и запуск генератора дальномерного кода

[править] Включение сигнала, помехи и собственного шума приемника

[править] Выбор полосы фронтенда

[править] Выбор разрядности АЦП

[править] Выбор разрядности опорного сигнала коррелятора

[править] Выбор набора квадратур

[править] Запуск пошаговой модели

[править] Пример результатов моделирования

[править] См. также

Персональные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

SRNS Wiki

Рабочие журналы

Приватный файлсервер

QNAP Сервер

Инструменты