Информационное письмо
Образец оформления статьи
Анкета автора
29.12.2016

Исследование эффектов кросскорреляции в спутниковых радионавигационных системах

Свитцов Александр Сергеевич
магистрант 1 курса факультет радиотехники и электроники, радиотехники Воронежский государственный технический университет Воронеж, Россия
Аннотация: В данной статье рассматривается кросскорреляционная функция. В пакете MATLAB был исследован эффект кросскорреляции между спутниковыми радионавигационными системами GPS и Galileo. Выяснено, что на этапе тестирования между сигналами спутниковой радионавигационной системы GALILEO и сигналами системы GPS наблюдался эффект кросскорреляции, который был снижен в действующих системах.
Ключевые слова: кросскорреляционная функция, спутниковые радионавигационные системы, GPS, Galileo, MATLAB
Электронная версия
Скачать (906.8 Kb)

В настоящее время кросскорреляционная функция широко применяется при разработке глобальных спутниковых радионавигационных систем (СРНС) [2,6]. Она позволяет оценить степень сходства сигналов. С увеличением количества СРНС возникает проблема взаимного влияния сигналов различных спутников друг на друга. Несовершенство оборудования и искажения сигналов по пути к потребителю на одинаковых частотах приводит к захвату сигнала и дальнейшему слежению за другим спутником СРНС, возможно даже другой системы радионавигации. Это приводит к ошибкам определения координат потребителя из-за неправильных вычислений задержки распространения сигнала.

Основной целью исследования является изучение эффектов кросскорреляции между сигналами спутников GPS и GALILEO. Следует выяснить величину эффектов кросскорреляции у сигналов спутниковых радионавигационных системс при помощи кросскорреляционной функции [3,5]:

1.png

где 2.png – радиосигнал первой СРНС, 3.png – радиосигнал второй СРНС.

Первый спутник СРНС GALILEO под названием GIOVE-A был запущен в декабре 2005 года для тестирования оборудования и сигналов будущих радионавигационных спутников. В апреле 2008 года был запущен второй спутник GIOVE-B с улучшенными характеристиками. [8]

Сформируем сигналы L1 спутников GIOVE-A и GIOVE-B по
схеме (рис. 1), которые состоя из последовательности Голда [1]. Алгоритм реализован в MATLAB.

Рис. 1. Генератор кода

Рис. 1. Генератор кода

Будем полагать, что сформированные сигналы отличаются лишь начальными условиями. График автокорреляционной функции (АКФ) [4,7] кодов для спутников GIOVE-A показан на рисунке 2 и GIOVE-B (рис. 3). Также оценим взаимную корреляцию между кодами (рис. 4). 

 

Рис. 2. Автокорреляция кодов спутника GIOVE-A
Рис. 2. Автокорреляция кодов спутника GIOVE-A

Рис. 3. Автокорреляция кодов спутника GIOVE-B
Рис. 3. Автокорреляция кодов спутника GIOVE-B

Рис. 4. Кросскорреляционная функция кодов спутников GIOVE-A и GIOVE-B
Рис. 4. Кросскорреляционная функция кодов спутников GIOVE-A и GIOVE-B

Рис. 4 показывает, что кросскорреляции между кодами спутников GIOVE-A и GIOVE-B находится на допустимом уровне, разница между пиком АКФ и максимальным уровнем кросскорреляционной функции (ККФ) составляет примерно 21 дБ. Теперь сравним последовательности радионавигационных спутников GIOVE-A и GIOVE-B с кодами спутников GPS (рис. 5, 6) [7,9].

Рис. 5. ККФ кодов GIOVE-A и 1спутника системы GPS
Рис. 5. ККФ кодов GIOVE-A и 1спутника системы GPS

Рис. 6. ККФ кодов GIOVE-B и 1 спутника GPS
Рис. 6. ККФ кодов GIOVE-B и 1 спутника GPS

График максимальных значений кросскорреляции при влиянии сигналов GPS на сигналы системы GALILEO представлен на рис. 7, при влиянии сигналов системы GALILEO на сигналы системы GPS на рис. 8. 

Рис.7. Максимальные значения ККФ при влиянии на систему GALILEO

Рис.7. Максимальные значения ККФ при влиянии на систему GALILEO

Рис. 8. Максимальные значения кросскорреляции при влиянии на систему GPS

Рис. 8. Максимальные значения кросскорреляции при влиянии на систему GPS

Как видно из приведенных выше рисунков, сигналы спутниковой радионавигационной системы GALILEO (GIOVE-A, GIOVE-B) дают большой кросскорреляционный эффект. Из этого следует, что сигналы этих спутников могут влиять на сигналы спутников GPS, что в конечном итоге может привести к ошибочному приему. Разница между пиком АКФ GIOVE-A и максимальным уровнем кросскорреляционной функции при влиянии сигналов системы GPS составляет примерно 21 дБ, также как для GIOVE-B. При влиянии сигналов спутников GIOVE-A, GIOVE-B на сигналы СРНС GPS эта разница составляет 9 дБ.

Таким образом в MATLAB были написаны программы формирования псевдослучайных последовательностей и сигналов СРНС GPS и GALILEO, а также алгоритмы оценки автокорреляции и кросскорреляции. По построенным графикам и результатам вычислений была проведена оценка эффекта кросскорреляции между сигналами спутниковых радионавигационных систем.

Выяснено, что на этапе тестирования спутниковой системы GALILEO между сигналами системы и сигналами GPS наблюдался эффект кросскорреляции. Сигналы спутников GIOVE-A и GIOVE-B могли в результате интерференции искажать сигналы GPS. Но так как эти спутник были тестовыми, то в дальнейшем разработчики для устранения данной проблемы на спутниках GALILEO вместо генератора псевдослучайных последовательностей стали применять более длинные так называемые memory-коды и CBOC-модуляцию. Memory-коды имеют ряд преимуществ, среди которых улучшенные по сравнению с кодами Голда кросскорреляционные характеристики.

Список литературы:

1. Avila-Rodriguez J. A. The MBOC Modulation. A Final Touch for the Galileo Frequency and Signal Plan. Texas: Inside GNSS. 2007. 55 p.

2. Бакитько Р.В., Булавский Н.Т., Горев А.П. и др. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования, М.: Радиотехника, 2005. 687 с.

3. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. 384 с.

4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. 5-е изд. перераб. и доп. М.: Советское радио, 1994. 513 с.

5. Ипатов В.П. Широкополосные системы и кодовое разделение сигналов. Принципы и приложения. М.: Техносфера, 2007. 486 с.

6. Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. М.: Радиотехника, 2010. 800 с.

7. Токарев А.Б. Характеристики радиотехнических сигналов: учеб. пособие [текст]/ А.Б. Токарев, А.В. Останков. Воронеж: ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2007. 149с.

8. http://www.gps.gov/technical/icwg/ (дата обращения: 20.09.2016)

9. http://www.onlinegnss.com/ (дата обращения: 25.09.2016)