Псевдослучайный код спутников ГЛОНАСС

>ПС дальномерный код снимается с 7-го разряда 9-ти разрядного регистра сдвига. Код начального состояния регистра сдвига соответствует наличию "1" во всех разрядах регистра. Начальным символом в периоде ПС дальномерного кода является 1-ый символ в группе 111111100, повторяющийся через 1 мс. Образующий полином, соответствующий регистру сдвига, формирующему ПС дальномерный код, имеет следующий вид:

Структура регистра сдвига, формирующего дальномерный код показана на рис.3.

 

Рис.3. Структура регистра сдвига, формирующего дальномерный код

 

Упрощенная структурная схема формирования дальномерного кода ПСПД и синхронизирующих импульсов для навигационного радиосигнала приведена на рис.2.

 

Рис.2. Упрощенная структурная схема формирования дальномерного кода ПСПД и синхроимпульсов для навигационного радиосигнала.

 

Формирование навигационного сообщения.

Информация навигационного сообщения, формируется в виде непрерывно следующих строк длительностью 2с. В первой части каждой строки в течение 1,7с передается цифровая информация навигационного сообщения. Во второй части каждой строки в течение 0,3с передается двоичный код метки времени.

Цифровая информация навигационного сообщения подразделяется на оперативную и неоперативную информацию.

Оперативная информация относится к тому НКА (Навигационный космический аппарат), с борта которого передается данный навигационный радиосигнал.

Неоперативная информация (альманах системы) относится ко всем НКА, входящим в состав ПКА (Подсистема космических аппаратов).

Двоичная последовательность информации навигационного сообщения образуется в результате сложения по модулю два двух двоичных последовательностей:

•   последовательности символов цифровой информации навигационного сообщения в относительном коде с длительностью символов 20 мс;

•    последовательности меандра с длительностью символов 10 мс.

 

Двоичный код метки времени представляет собой укороченную псевдослучайную двоичную последовательность метки времени (ПСПМВ) длиной 30 символов с длительностью символов 10 мс, которая описывается образующим полиномом

 

 

и имеет вид:

 

111110001101110101000010010110.

 

Первый символ цифровой информации в каждой строке информационного сообщения всегда "0" . Он дополняет укороченную ПСПМВ предыдущей строки до полной (не укороченной) псевдослучайной последовательности.

При помощи этой метки осуществляется синхронизация по строкам навигационного сообщения и устраняется возможная неоднозначность дальномерных измерений.

В излучаемом навигационном радиосигнале границы двухсекундных строк, границы символов цифровой информации, границы символов меандра, границы символов ПСПМВ и границы символов ПСПД (Псевдослучайная последовательность дальномерная) синхронизированы между собой; границы символов меандра и границы символов цифровой информации совпадают с передними фронтами начальных символов ПСПД. Задний фронт последнего символа ПСПМВ в излученном навигационном радиосигнале является меткой времени и соответствует моменту времени, отстоящему от начала суток на целое четное количество секунд в шкале времени спутника.

Упрощенная структурная схема формирования последовательности данных в системе ГЛОНАСС изображена на рис.1

Рис.1 Упрощенная структурная схема формирования последовательности данных в системе ГЛОНАСС.

 

 

 

Временные соотношения между синхроимпульсами модулирующего навигационного сигнала и дальномерным кодом ПСПД даны на рис.4.

 

Рис.4. Временные соотношения между синхроимпульсами модулирующего навигационного сигнала и дальномерным кодом ПСПД

 

Формирование последовательности данных в процессоре спутника приведены на рис.5.

 

Рис.5. Формирование последовательности данных в процессоре спутника

 

Содержание навигационного сообщения.

 

По своему содержанию навигационное сообщение подразделяется на оперативную и неоперативную информацию.

Оперативная информация относится к тому НКА, с борта которого передается данный навигационный радиосигнал и содержит:

• оцифровку меток времени НКА;

• сдвиг шкалы времени НКА относительно шкалы времени системы ГЛОНАСС;

• относительное отличие несущей частоты излучаемого навигационного радиосигнала от номинального значения;

• эфемериды НКА и другие параметры.

 

Неоперативная информация содержит альманах системы, включающий в себя:

• данные о состоянии всех НКА системы (альманах состояния);

• сдвиг шкалы времени каждого НКА относительно шкалы времени системы ГЛОНАСС (альманах фаз);

• параметры орбит всех НКА системы (альманах орбит);

• сдвиг шкалы времени системы ГЛОНАСС относительно UTC(SU) и другие параметры.

 

Структура навигационного сообщения

Навигационное сообщение передается в виде потока цифровой информации, закодированной по коду Хемминга и преобразованной в относительный код. Структурно поток ЦИ формируется в виде непрерывно повторяющихся суперкадров. Суперкадр состоит из нескольких кадров, кадр состоит из нескольких строк ЦИ.

Границы строк, кадров и суперкадров различных НКА синхронны с погрешностью не более 2 мс

 

Структура суперкадра

Суперкадр имеет длительность 2,5 мин и состоит из 5 кадров длительностью 30 с. Каждый кадр состоит из 15 строк длительностью 2 с.

В пределах каждого суперкадра передается полный объем неоперативной информации (альманах) для всех 24 НКА системы ГЛОНАСС.

 

Структура кадра

Навигационный кадр является частью суперкадра. Каждый навигационный кадр имеет длительность 30 с и состоит из пятнадцати строк длительностью 2 с каждая.

В пределах каждого кадра передается полный объем оперативной ЦИ для данного НКА и часть неоперативной ЦИ.

Альманах системы ГЛОНАСС, передаваемый в пределах суперкадра, распределяется по навигационным кадрам как показано в таблице 4.1.

Таблица 4.1 Распределение альманаха системы ГЛОНАСС по кадрам суперкадра.

Номер кадра в суперкадре Номера НКА, для которых в данном кадре передается альманах

 

Структура информационной строки в кадре

Информационная строка является структурным элементом навигационного кадра. Структура информационной строки показана на рис. 4.3.

Каждая строка содержит двоичные символы ЦИ и метку времени. Длительность строки ЦИ равна 2 с, и из них 0,3 с в конце строки занимает МВ в виде укороченной ПС последовательности ПСПМВ, состоящей из 30-ти символов длительностью 10 мс (см. параграф 3.3.2.2.). Остальную часть строки (1,7с) занимает собственно ЦИ с символьной частотой 50 Гц, сложенная по модулю два с меандром двойной символьной частоты 100 Гц (бидвоичный код). Таким образом, каждая строка содержит 85 двоичных символов ЦИ. Нумерация позиций символов в строке осуществляется справа налево. Наряду с информационными символами (позиции 84-9) в каждой строке ЦИ передаются 8 проверочных символов (позиции 1-8) кода Хемминга (КХ), позволяющие производить проверку достоверности символов ЦИ в строке. Код Хемминга имеет кодовое расстояние равное четырем. Разделение строк ЦИ осуществляется с помощью меток времени (МВ). Слова ЦИ записываются старшими разрядами слева. Передача ЦИ осуществляется старшими разрядами вперед. В каждой строке последний символ (85-я позиция) является "холостым", он необходим для реализации последовательного относительного кода при передаче ЦИ по радиолинии. В качестве "холостого" символа принят "0".

 

 

 

 

 

Для определения пространственных координат и точного времени требуется принять и обработать навигационные сигналы не менее чем от 4-х спутников ГЛОНАСС. При приеме навигационных радиосигналов ГЛОНАСС приемник, используя известные радиотехнические методы, измеряет дальности до видимых спутников и измеряет скорости их движения. Одновременно с проведением измерений в приемнике выполняется автоматическая обработка содержащихся в каждом навигационном радиосигнале меток времени и цифровой информации. Цифровая информация описывает положение данного спутника в пространстве и времени (эфемериды) относительно единой для системы шкалы времени и в геоцентрической связанной декартовой системе координат. Кроме того, цифровая информация описывает положение других спутников системы (альманах) в виде кеплеровских элементов их орбит и содержит некоторые другие параметры. Результаты измерений и принятая цифровая информация являются исходными данными для решения навигационной задачи по определению координат и параметров движения. Навигационная задача решается автоматически в вычислительном устройстве приемника, при этом используется известный метод наименьших квадратов. В результате решения определяются три координаты местоположения потребителя, скорость его движения и осуществляется привязка шкалы времени потребителя к высокоточной шкале Координированного всемирного времени.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Математическая процедура «сложение по модулю 2».

Сложение по модулю 2 — булева функция и логическая операция. Результат выполнения операции является истинным только при условии, если является истинным в точности один из аргументов. Такая операция естественным образом возникает в кольце вычетов по модулю 2, откуда и происходит название операции.

В теории множеств сложению по модулю 2 соответствует операция симметричной разности двух множеств.

Чаще всего встречаются следующие варианты записи:

^

В булевой алгебре сложение по модулю 2 — это функция двух, трёх и более переменных (они же — операнды операции, они же — аргументы функции). Переменные могут принимать значения из множества {0,1}. Результат также принадлежит множеству {0,1}. Вычисление результата производится по простому правилу, либо по таблице истинности.

Таблицы истинности:

Для бинарного сложения по модулю 2:

Правило (только для бинарного сложения по модулю 2): результат равен  0, если оба операнда равны 0; во всех остальных случаях результат равен 1.

 

Для тернарного сложения по модулю 2:

Пример:

Если а=011001012,

б=001010012,

то аб=010011002

Также используют и умножение двоичных чисел(умножение по модулю 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рекомендуется следующий порядок выполнения лабораторной работы.

 

1. Создайте папку CodGLONASS_My и скопируйте в ее все программы из папки CodGLONASS.

2. Запустите MatLab, откройте функцию cod_GLONASS, изучите программные процедуры и комментарии, выполните задание.

3. Задание. Откройте файл BPS_K.m. Выполните файл. Опишите полученные графики и занесите описание графиков в отчет.

 

 

Функции и файлы из папки CodGLONASS.

Функция cod_GLONASS (формирование М- последовательности спутников ГЛОНАСС)

function [codGL, codGL_bin,Out,n]=cod_GLONASS(n);

%Имя функции: cod_GLONASS

%Функция cod_GLONASS вычисляет псевдослучайный код ГЛОНАСС

%(М-последовательность). Входные данные: n- количество символов в М-последовательности.

%Выходные данные: codGL- М- последовательность в символах "1", "-1" ,

%codGL_bin- М-последователности в символах "0", "1",

%Out- столбцы кодов для сравнения, n- длина кода

shift_reg=ones(1,9); %Начальное состояние регистра сдвига

for i=1:n

codGL_bin(i)=shift_reg(7); % Выход М-последователности в символах "0", "1"

modulo2 = xor(shift_reg(9),shift_reg(5)); %Сложение по модулю 2 символов с 9 и 5 выходов регистра сдвига

shift_reg(2:9)=shift_reg(1:8); %Смещение данных в регистре сдвига

shift_reg(1)=modulo2; % Сложение по модулю 2 на входе 1 регистра сдвига

end

codGL=2*codGL_bin-1; %М- последовательность в символах "1", "-1"

Out=[codGL_bin' codGL' ]; % Столбцы кодов для сравнения

 

 

Файл:BPS_K.m

%Имя m--файла:BPS_K.m

%программа расчета характеристик сигнала спутника ГЛОНАСС

clear;

n=511; %количество символов в М-последовательности

[codGL, codGL_bin,Out,n]=cod_GLONASS(n); %функция, формирующая М-последовательность

Dat= codGL_bin;

fDat=0.511*10^6; % скорость передачи данных