Помехоустойчивость и чувствительность навигационных модулей (лабораторная работа)

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

${{K}_{J/S}} =P_{J}/P_{S}$

(1)

на входе модуля НП, при котором модуль НП еще может решать целевую задачу с заданными характеристиками. Здесь $P_{S}$ — мощность полезного сигнала одного навигационного спутника на выходе антенны, $P_{J}$ — мощность помеховых сигналов на выходе антенны. Если мощности навигационных сигналов не равны, то $P_{S}$ - 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 ${{K}_{J/S}}$, который называется коэффициентом подавления НП, удобно характеризовать в децибелах, т.е.

${}^{J}\!\!\diagup\!\!{}_{S}\;=10\log 10\left( {{K}_{J/S}} \right)$ 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

Используемое в работе оборудование

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 $K_{att}$, 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, $P_{with}$ = - 70 дБм. Исключить их схемы аттенюатор - соединить разветвитель и АС. Измерить мощность $P_{without}$ синусоидального сигнала с помощью АС. Найти $K_{att} = P_{without}-P_{with}$. Занести значение $K_{att}$ (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, $P_{g,1}$ = - 60 дБм. Текущий выход разветвителя, соединенный с АС, считать первым.

2.3 Перекоммутировать выходы разветвителя (при возможности, вместе с соединительными кабелями). Измерить мощность сигнала $P_{g,2}$ с помощью АС. Текущий выход разветвителя, соединенный с АС, считать вторым.

2.4 Определить разность коэффициентов передачи разветвителя как $\Delta K = P_{g,2} - P_{g,1}$, зафиксировать полученное значение в протоколе. В дальнейшем второй выход использовать для подключения к АС, первый - к МШУ.

Приложение А. Бланк протокола

Бланк протокола доступен к скачиванию.

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

К_att = + дБ

Разность коэффициентов передачи разветвителя (2 - 1)

Файл:Protocol Blank 01.png

= дБ

3. Мощность сигнала одного спутника по измерениям АС (второй выход разветвителя)

Файл:Protocol Blank 02.png

= - 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:

Файл:Protocol Blank 03.png

= - дБм,

5. Результаты косвенных измерений

Файл:Protocol Blank 04.png

№ эксперимента, i	Файл:Protocol Blank 05.png , дБм	Файл:Protocol Blank 06.png , дБ
1
2
3
4
5

Параметр	Значение
Среднеарифметическое значение Файл:Protocol Blank 07.png , дБ

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

К_att = + дБ

Разность коэффициентов передачи разветвителя (2 - 1)

Файл:Protocol Blank 08.png

= дБ

3. Мощность сигнала одного спутника по измерениям АС (второй выход разветвителя):

Файл:Protocol Blank 09.png

= - 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):

Файл:Protocol Blank 10.png

= - дБм,

5. Результаты набора статистики

Файл:Protocol Blank 11.png

№ эксперимента, i	Файл:Protocol Blank 12.png , дБм	Файл:Protocol Blank 13.png , дБ
1
2
3
4
5

Параметр	Значение
Среднеарифметическое значение Файл:Protocol Blank 14.png , дБ

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

К_att = + дБ

Разность коэффициентов передачи разветвителя (2 - 1)

Файл:Protocol Blank 15.png

= 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:

Файл:Protocol Blank 16.png

= - дБм,

4. Результаты косвенных измерений граничной мощности сигнала

№ эксперимента, i	Файл:Protocol Blank 17.png , дБм
1
2
3
4
5

Параметр	Значение
Среднеарифметическое значение Файл:Protocol Blank 18.png , дБм

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

К_att = + дБ

Разность коэффициентов передачи разветвителя (2 - 1)

Файл:Protocol Blank 19.png

= дБ

3. Мощность сигнала одного спутника по измерениям АС (второй выход разветвителя):

Файл:Protocol Blank 20.png

= - дБм.

4. 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):

Файл:Protocol Blank 21.png

= - дБм,

4. Результаты косвенных измерений граничной мощности сигнала

№ эксперимента, i	Файл:Protocol Blank 22.png , дБм
1
2
3
4
5

Параметр	Значение
Среднеарифметическое значение Файл:Protocol Blank 23.png , дБм