17.05.2011, Антенный коммутатор в угломере

В угломере присутствует три аналоговые части, обрабатывающие сигналы от трех соответствующих антенн. На одном из преобразователей частоты (порядка 150 МГц), стоит ПАВ-фильтр. Задержка в ПАВ-фильтре порядка 400 нс. Естественно, фильтры не абсолютно идентичные. Разность же задержек даже на 10 нс - это расхождение фазы сигнала на полтора периода.

Вторая беда - в каждой аналоговой части стоит своя ФАП синтезатора радиочастоты для гетеродина. Её начальная фаза произвольна.

В итоге - от включения к включению первые разности фаз имеют произвольную добавку, которая, вдобавок, очень медленно дрейфует - прогреваются ПАВ и т.п.

При использовании сигналов GPS данная проблема отпадает - во вторых разностях фаз паразитное слагаемое компенсируется. При использовании сигналов ГЛОНАСС данный трюк не проходит из-за FDMA - на каждой литерной частоте паразитное слагаемое своё.

Вопрос - как бороться с этим слагаемым?

Высказанные идеи можно классифицировать на группы:

юстировка специальная предварительная (коммутация одной антенны на три аналоговые части и т.п.) или на-лету, не прекращая выдачу навигационного решения
юстировка с использованием тестового сигнала (тестовая синусоида или спецсигнал поверх основного сигнала) или без
юстировка с коммутацией антенн

В качестве основой версии сейчас разрабатывается юстировка с помощью антенного коммутатора: последовательное переключение между антеннами. Есть множество возможных вариантов использования данной возможности, на какой-то конкретной пока не остановились.

Содержание

1 17.05.2011 Фазовые измерения при коммутации с темпом 10 с
2 19.05.2011 Обработка файла измерений
3 20.05.2011 Различие задержек в антенном коммутаторе
4 20.05.2011 Обработка первых разностей фаз нескольких спутников
- 4.1 Результаты

17.05.2011 Фазовые измерения при коммутации с темпом 10 с

Используется прибор 848. На RF-разветвитель подается сигнал от одной антенны, находящийся на крыше. Разветвитель идет на коммутатор. Выходы коммутатора соединены с антенными входами угломера. В момент времени ноль 1 антенна соединена с 1 аналоговой частью и т.д. Далее начинается коммутация:

Время,c	Антенна 1	Антенна 2	Антенна 3
0	1	2	3
10	3	1	2
20	2	3	1
30	1	2	3

Файл полученных измерений тут.

19.05.2011 Обработка файла измерений

Из файла izm.csv выбираются измерения одного канала.

ВНИМАНИЕ Далее выяснилось, что начальное положение в циклограмме было 3-1-2. В данном разделе изложен верный подход, но результаты получены на порядок хуже. Если взять правильное начальное положение - итоговая точность при данном подходе около 0.01 цикла фазы (порядка 2 мм).

Далее, строим столбцы-разности фаз 2 и 1 антенного входа и 3 и 1 антенного входа:

Строим разности фаз 2 и 1 антенны и 3 и 1 антенны (путем последовательного перемешивания по известной начальной фазе, циклограмме и проверенным моментам смены)

Далее измеряем скачок при переходе от первой точки цикла ко второй:

для разности между 2 и 1 антенной

$d_{11}=-0.197 - 0.465 = -0.662$

для разности между 3 и 1 антенной

$d_{12}=-0.258 - 0.012 = -0.270$

Далее, ищем решение незамысловатой системы уравнений для паразитной разности фаз между 2_и_1 и 3_и_1 аналоговыми частями:

$\left\{ \begin{matrix} \left( \Delta \phi _{3}^{{}}-\Delta \phi _{2}^{{}} \right)-\left( \Delta \phi _{2}^{{}}-0 \right)=d_{11}^{{}} \\ \left( 0-\Delta \phi _{2}^{{}} \right)-\left( \Delta \phi _{3}^{{}}-0 \right)=d_{12}^{{}} \\ \end{matrix} \right.$ ,

которое в общем виде выглядит как

$\begin{align} & \Delta \phi _{2}^{{}}=\frac{-d_{11}^{{}}-d_{12}^{{}}}{3} \\ & \Delta \phi _{3}^{{}}=-\Delta \phi _{2}^{{}}-d_{12}^{{}} \\ \end{align}$ .

Для первого такта циклограммы мы ранее получили значения d₁₁ и d₁₂, для них:

$\begin{align} & \Delta \phi _{2}^{{}}= 0.3107 \\ & \Delta \phi _{3}^{{}}= -0.0407 \\ \end{align}$ .

Используем полученные значения для компенсации паразитной разности фаз в отсортированных первых разностях в соответствии с известной циклограммой. Получаем обработанные первые разности:

Если отбросить участки переходных процессов, то коридор сжался до 0.1 цикла. Не забываем, что мы использовали нефильтрованные оценки величин $\Delta \phi _{2}$ и $\Delta \phi _{3}$ .

Следует провести моделирование системы в Matlab с учетом фильтрации, а так же произвести подбор величин $\Delta \phi _{2}$ и $\Delta \phi _{3}$ , которые бы минимизировали СКО результата (вероятно, это будет потенциальная точность при данной методике измерений и коррекции).

Получившийся xls-файл.

20.05.2011 Различие задержек в антенном коммутаторе

Вскрытие показало, что коммутатор имеет существенную разность задержек прохождения сигнала в различных точках циклограммы. "Существенную" для нашей задачи - порядка 100 пс, что на несущей есть около 0.16 длины волны.

Аналоговики измерили ГВЗ, табличка приведена ниже:

Код позиции	Соединение Вход/Выход	ГВЗ, пс	Подобранное значение, пс
01	X1/X4	573	590,9352038769
10	X1/X5	672	669,333593019592
11	X1/X6	672	656,616856780512
11	X2/X4	676	673,317608869649
01	X2/X5	670	654,56978826263
10	X2/X6	693	711,229117429279
10	X3/X4	740	724,672175359185
11	X3/X5	736	754,081769889783
01	X3/X6	710	707,33653283001

Выданные нам значения улучшить результаты не позволили, зато ошибки сводятся практически в ноль при найденных численными методами значениях. Найденные оценки ГВЗ отличаются не сильно от измеренных, разница до ~20 пс.

Подобранные значения

$\begin{align} & \Delta \phi _{2}^{{}}= 0.252565 \\ & \Delta \phi _{3}^{{}}= -0.14949 \\ \end{align}$ .

Обработанные первые разности:

Файл на этом этапе выглядит так.

20.05.2011 Обработка первых разностей фаз нескольких спутников

Ранее на приборе с режектором получены занимательные графики дрейфа первой разности фаз при использовании сигналов ГЛОНАСС:

Больше всего напрягает разброс между ними в 1 см. Задача - обработать измерения с целью уничтожения этого разброса, сведения "всех графиков в один".

При этом, желательно варьировать только параметры $\Delta \phi _{2}$ и $\Delta \phi _{3}$ , а ГВЗ в коммутаторе получить общие.