Помехоустойчивость и чувствительность навигационных модулей (лабораторная работа) — различия между версиями
Korogodin (обсуждение | вклад) (→Контрольные вопросы) |
Korogodin (обсуждение | вклад) (→Контрольные вопросы) |
||
| Строка 532: | Строка 532: | ||
== Контрольные вопросы == | == Контрольные вопросы == | ||
| − | # Какова мощность навигационного сигнала системы ГЛОНАСС, NAVSTAR GPS на выходе антенны в условиях прямой видимости согласно ИКД? В каких пределах может изменяться мощность навигационного сигнала одного спутника на выходе антенны НАП? | + | # Какова мощность навигационного сигнала системы ГЛОНАСС, NAVSTAR GPS на выходе антенны в условиях прямой видимости согласно ИКД? В каких пределах может изменяться мощность навигационного сигнала одного спутника на выходе антенны НАП для каждой из систем? |
Версия 19:52, 20 ноября 2011
Цели работы
- Ознакомиться с современными образцами навигационной аппаратуры потребителя, их интерфейсными программами;
- Освоить методику оценивания помехоустойчивости и чувствительности навигационной аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем;
- Развить навыки использования радиотехнических измерительных приборов.
Описание работы
Объектом проведения экспериментальных исследований является модуль навигационного приемника (далее по тексту ― модуль НП), работающий в составе навигационной аппаратуры потребителей (НАП).
Под помехоустойчивостью модуля НП понимается его способность работать в условиях воздействия внешних помех. В качестве характеристики помехоустойчивости принимается граничное (наибольшее) значение отношения мощности помехового сигнала к мощности полезного сигнала
(1)
на входе модуля НП, при котором модуль НП еще может решать целевую задачу с заданными характеристиками. Здесь 
— мощность полезного сигнала одного навигационного спутника на выходе антенны, 
— мощность помеховых сигналов на выходе антенны. Если мощности навигационных сигналов не равны, то - мощность самого слабого сигнала из участвующих в навигационном решении.
Под заданными характеристиками решения целевой задачи понимается выдача навигационного 3D-решения без перерывов, превышающих 10-секундный интервал.
Параметр 
, который называется коэффициентом подавления НП, удобно характеризовать в децибелах, т.е.
дБ. (2)
Схемы экспериментальных установок
На рис. 1 представлена схема экспериментальной установки, предназначенной для измерения характеристик аттенюатора, на рис. 2 - разветвителя с соединительными кабелями и отсечкой постоянного тока. На рис. 3 представлена основная схема проведения экспериментов по измерению помехоустойчивости и чувствительности навигационных модулей.
Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки для измерения характеристик разветвителя
Рисунок 2 - Схема экспериментальной установки для измерения характеристик аттенюатора
Рисунок 3 - Схема экспериментальной установки для измерения чувствительности и помехоустойчивости навигационных модулей
| На схемах | Прибор | Пример | Функция | Кол-во |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Генератор навигационного сигнала | R&S SMBV, R&S SMU | Имитация навигационных сигналов | 1 |
| 2 | Генератор помехового сигнала | R&S SMBV, R&S SMU, R&S SMC (только гармонические) | Генерация помеховых сигналов: гармонических, шумовых, сигналоподобных. | 1 |
| 3 | Анализатор спектра | R&S FSV, R&S FSU | Измерение мощности навигационного сигнала, помехи, калибровочных сигналов | 1 |
| 4 | ВЧ-сумматор/разветвитель L-диапазона | MiniCircuits ZAPD-2DC-S+ | Суммирование помехового и навигационного сигналов; разветвление суммарного сигнала к анализатору спектра и навигационному модулю | 2 |
| 5 | Аттенюатор 30 дБ L-диапазона | MiniCircuits VAT-30+ | Ослабление сигнала до уровня, соответствующему выходной мощности приемной антенны навигационной аппаратуры потребителей | 2 |
| 6 | Малошумящий усилитель (МШУ) | MiniCircuits ZRL-2400LN+ | Имитация МШУ навигационной аппаратуры потребителей | 1 |
| 7 | DC-Block (отсечка постоянного тока) | MiniCircuits BLK-89-S+ | Предотвращение подачи постоянного напряжения от навигационного модуля к аттенюаторам | 1 |
| 8 | Модуль навигационного приемника | Объект исследования | 1 | |
| 9 | Персональный компьютер с интерфейсными кабелями | Выполнение интерфейсной программы, обмен данными с навигационными модулями, питание навигационных модулей. | 1 | |
| 10 | Соединительные кабели L-диапазона | Соединение генераторов и сумматора, соединение сумматоров, соединение аттенюатора и МШУ, соединение МШУ и навигационного модуля, соединение разветвителя и спектроанализатора. | 6 | |
| 11 | Источник питания | GW Instek GPS-4303 | Питание МШУ, навигационных модулей | 1 |
Лабораторное задание
Для проведения экспериментального исследования помехоустойчивости модуля НП выполните подготовительные этапы 1, 2, а затем выполните пункты методики, соответствующие составленному плану экспериментальных исследований. Результаты фиксируйте в протоколе.
1 Определение коэффициентов передачи аттенюатора
1.1 Собрать экспериментальную установку для измерения характеристик аттенюатора согласно рис. 1. В качестве аттенюатора использовать сборный с номинальным коэффициентом ослабления 50-60 дБ.
1.2 Включить генератор навигационного сигнала (ГНС), анализатор спектра (далее АС). Перевести АС в режим измерения мощности в полосе равной полосе используемого навигационного сигнала. Дальнейшие измерения мощности с помощью АС проводить в этом режиме, устанавливая в качестве центральной частоты анализа центральную частоту навигационного или помехового сигнала.
1.3 С помощью ГС и АС определить коэффициент ослабления аттенюатора 
, дБ. При включенном в схему аттенюаторе установить на ГС формирование синусоидального сигнала с частотой, равной центральной частоте рабочего диапазона (для ГЛОНАСС L1 1602,0 МГц, для GPS L1 1575,42 МГц) и мощностью, измеряемой АС, 
= - 70 дБм. Исключить их схемы аттенюатор - соединить разветвитель и АС. Измерить мощность 
синусоидального сигнала с помощью АС. Найти 
. Занести значение (положительное число) в протокол.
2 Определение разности коэффициентов передачи разветвителя
2.1 Собрать экспериментальную установку для измерения характеристик разветвителя согласно рис. 2.
2.2 Установить на ГНС формирование синусоидального сигнала с частотой, равной центральной частоте рабочего диапазона (для ГЛОНАСС L1 1602,0 МГц, для GPS L1 1575,42 МГц) и мощностью, измеряемой АС, 
= - 60 дБм. Текущий выход разветвителя, соединенный с АС, считать первым.
2.3 Перекоммутировать выходы разветвителя (при возможности, вместе с соединительными кабелями). Измерить мощность сигнала 
с помощью АС. Текущий выход разветвителя, соединенный с АС, считать вторым.
2.4 Определить разность коэффициентов передачи разветвителя как 
, зафиксировать полученное значение в протоколе. В дальнейшем второй выход использовать для подключения к АС, первый - к МШУ.
3 Определение помехоустойчивости навигационного модуля в условии холодного старта
3.1 При необходимости выполнить пункты подготовки 1, 2, занести полученные значения , 
в протокол.
3.2 Занести в протокол параметры, использующиеся при проведении экспериментов:
- Т1 = 60 сек;
- Т2 = 300 сек.
3.3 Включить генератор навигационного сигнала ГНС (не запуская сценарий).
3.4 Включить ЭВМ и запустить ПО для отображения, сохранения и установки параметров модуля НП.
3.5 На ГНС запустить требуемый сценарий имитации. Установить уровень сигнала ГНС (далее навигационный сигнал) для каждого спутника равным 
= -125 + + ± 1 дБм по измерениям АС. Занести измеренное значение в протокол.
3.6 Включить модуль НП.
3.7 Установить связь ЭВМ с модулем НП. Задать параметры работы в соответствии с планом проведения экспериментальных исследований:
- система (ГЛОНАСС или GPS);
- частотный диапазон (L1);
- тип сигналов (СТ или C/A)
3.8 Через 2 минуты убедиться, что модуль НП в течение 2 минут выдает навигационное 3D-решение без перерывов, превышающих 10 сек. Если условие не выполняется, проверить правильность выполнения пунктов 1, 2, 3.2-3.7. Если проверка не выявила нарушений пунктов методики, записать в качестве оценки параметра 
= 0. Сообщить преподавателю. Перейти к следующему пункту плана экспериментальных исследований.
3.9 Выключить модуль НП и ВЧ выход ГНС.
3.10 Установить на генераторе помехового сигнала (далее ГПС) соответствующие экспериментальному исследованию тип и параметры выходных сигналов (далее помеховых сигналов) в соответствии с Приложением B.
3.11 Включить выход ГПС, контролируя значения по АС установить мощность помехового сигнала на втором выходе разветвителя 
= - 70 дБм + . Полоса измерения АС должна быть согласованной с полосой соответствующего навигационного сигнала при каждом измерении.
3.12 Включить ВЧ выход ГНС, затем включить модуль НП. Установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 3.7.
3.13 С помощью общего регулятора мощности ГС синхронно уменьшать мощность помехового сигнала на 3 дБ (по показаниям ГНС или АС) через каждый интервал времени T1, контролируя отсутствие выдачи навигационного 3D-решения. Когда модуль НП начнет выдавать навигационное 3D-решение, выключить ВЧ выход ГНС. Измерить с помощью АС мощность помехового сигнала. Занести в протокол измеренную мощность помехового сигнала 
.
3.14 Выключить модуль НП, установить мощность помехового сигнала на втором выходе разветвителя 
+ 10 дБм по измерениям АС. Перезапустить сценарий имитации на ГНС, включить ВЧ выход ГНС.
3.15 Включить модуль НП, установить связь ЭВМ с модулем НП и задать параметры работы как в п. 3.7. Выждать время Т2, убедиться в отсутствии навигационного 3D-решения. Если навигационное 3D-решение всё же выдается, то повторить п.п. 3.14-3.15, увеличив мощность помехового сигнала на 3 дБ с помощью общего регулятора мощности ГПС.
3.16 Уменьшить мощность помехи на 1 дБ, выждать время Т2, проконтролировать наличие/отсутствие навигационного 3D-решения на выходе НП.
3.17 При отсутствии навигационного 3D-решения в течение 2 минут без перерывов, превышающих 10-секундный интервал, повторить пп. 2.3.16-2.3.17.
3.18 При наличии навигационного 3D-решения в течение 2 минут без перерывов, превышающих 10-секундный интервал, зафиксировать граничное значение мощности 
дБм помехового сигнала.
2.3.20 Рассчитать коэффициент подавления НП по формуле (дБ). За-фиксировать рассчитанное значение в протоколе. 2.3.21 Если планом проведения экспериментального исследования предусмотрено формирование оценок точности навигационного решения в условиях действия помех, то с помощью интерфейсного ПО на ЭВМ записать в файл выборку навигационного решения, включающую признак достоверности, оценки координат, скорости, времени и геометри-ческого фактора GDOP длительностью 300±10 сек. 2.3.22 Набрать статистику значений и, если необходимо, выборок навигационно-го решения из 5 экспериментов повторяя выполнение пп. 2.3.15-2.3.21. Выполнение п. 2.3.15 допускается начинать с установки = +3дБ, где - граничное значение мощ-ности помехового сигнала, полученное в предыдущем эксперименте по набору статисти-ки. 2.3.23 Рассчитать среднеарифметическое значение по полученным значениям , . Зафиксировать рассчитанное значение в протоколе. 2.3.24 Если планом проведения экспериментального исследования предусмотрено формирование оценок точности навигационного решения в условиях действия помех, то с помощью сервисного ПО имитатора сигналов по полученным выборкам навигационного решения и данным сценария имитации найти статистические характеристики ошибок оп-ределения координат и вектора скорости: , , , , , - СКО; , , , , , - предельные ошибки по уровню вероятности 0,997. Зафиксировать полу-ченные значения ошибок в протоколе, а также среднее значение геометрических факторов GDOP, PDOP по всем выборкам. 2.3.25 Выключить модуль НП.
4 Определение помехоустойчивости навигационного модуля в условии слежения
5 Определение чувствительности навигационного модуля в условии холодного старта
6 Определение чувствительности навигационного модуля в условии слежения
Приложение А. Бланк протокола
Бланк протокола доступен к скачиванию.
Помехоустойчивость поиска
Протокол экспериментальных исследований помехоустойчивости модуля НП _________________ в режиме поиска сигналов
| Тип навигационных сигналов | |
| Тип помехи | |
| Сценарий движения потребителя |
1. Параметры:
Т1 = 60 сек
Т2 = 300 сек
2. Коэффициент ослабления аттенюатора
Кatt = + дБ
Разность коэффициентов передачи разветвителя (2 - 1)
= дБ
3. Мощность сигнала одного спутника по измерениям АС (второй выход разветвителя)
= - дБм.
4. Мощность помехового сигнала по измерениям АС, при котором модуль НП захватил сигналы не менее чем 4 НС и выдавал навигационное 3D-решение в течение 2 минут без перерывов более 10 сек:
= - дБм.
5. Результаты косвенных измерений
| № эксперимента, i |  , дБм
|
 , дБ
|
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 | ||
| 5 |
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Среднеарифметическое значение , дБ
|
Помехоустойчивость слежения
Протокол экспериментальных исследований помехоустойчивости модуля НП _________________ в режиме слежения
| Тип навигационных сигналов | |
| Тип помехи | |
| Сценарий движения потребителя |
1. Временные параметры:
Т1 =
Т2 = 120 сек
2. Коэффициент ослабления аттенюатора
Кatt = + дБ
Разность коэффициентов передачи разветвителя (2 - 1)
= дБ
3. Мощность сигнала одного спутника по измерениям АС (второй выход разветвителя)
= - дБм.
4. Приближенное значение мощности помехового сигнала по измерениям АС, при котором модуль НП прекращает выдачу навигационного 3D-решения (в течение 2 минут без перерывов более 10 сек):
= - дБм,
5. Результаты косвенных измерений
| № эксперимента, i | , дБм
|
, дБ
|
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 | ||
| 5 |
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Среднеарифметическое значение , дБ
|
Чувствительность поиска
Протокол экспериментальных исследований чувствительности модуля НП _________________ в режиме поиска сигналов
| Тип навигационных сигналов | |
| Сценарий движения потребителя |
1. Параметры:
Т1 = 60 сек
Т2 = 300 сек
2. Коэффициент ослабления аттенюатора
Кatt = + дБ
Разность коэффициентов передачи разветвителя (2 - 1)
= дБ
3. Мощность навигационного сигнала одного спутника по измерениям АС, при котором модуль НП захватил сигналы не менее чем 4 НС и выдавал навигационное 3D-решение в течение 2 минут без перерывов более 10 сек:
= - дБм,
4. Результаты косвенных измерений граничной мощности сигнала
| № эксперимента, i |  , дБм
|
|---|---|
| 1 | |
| 2 | |
| 3 | |
| 4 | |
| 5 |
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Среднеарифметическое значение , дБм
|
Чувствительность слежения
Протокол экспериментальных исследований чувствительности модуля НП _________________ в режиме слежения
| Тип навигационных сигналов | |
| Тип помехи | |
| Сценарий движения потребителя |
1. Временные параметры:
Т1 =
Т2 = 120 сек
2. Коэффициент ослабления аттенюатора
Кatt = + дБ
Разность коэффициентов передачи разветвителя (2 - 1)
= дБ
3. Приближенное значение мощности навигационного сигнала одного спутника по измерениям АС, при котором модуль НП прекращает выдачу навигационного 3D-решения (в течение 2 минут без перерывов более 10 сек):
= - дБм,
4. Результаты косвенных измерений граничной мощности сигнала
| № эксперимента, i | , дБм
|
|---|---|
| 1 | |
| 2 | |
| 3 | |
| 4 | |
| 5 |
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Среднеарифметическое значение , дБм
|
Контрольные вопросы
- Какова мощность навигационного сигнала системы ГЛОНАСС, NAVSTAR GPS на выходе антенны в условиях прямой видимости согласно ИКД? В каких пределах может изменяться мощность навигационного сигнала одного спутника на выходе антенны НАП для каждой из систем?
