Помехоустойчивость многоканальной передачи информации при кодировании перспективных сигналов системы ГЛОНАСС

Актуальность работы Начало XXI столетия характеризуется интенсивным развитием глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), их создание многими странами и использованием во многих отраслях экономики, инфраструктуры, обороны, культуры, туризма и других сторон жизни человечества. На данный момент происходит модернизация американской ГНСС GPS и развертывание новых систем: европейской GALILEO и китайской COMPASS. Продолжается развертывание японской ГНСС QZSS, являющейся региональным дополнением к системе GPS.

Существующая скорость и помехоустойчивость передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС становится тормозом для повышения точности и оперативности позиционирования потребителей навигационных услуг. В связи с развитием системы ГЛОНАСС и освоением других частотных диапазонов появилась возможность создавать и использовать сигналы с новыми свойствами, обеспечивающими повышение скорости и помехоустойчивости передачи информации в условиях кодового разделения каналов. Таким образом, процесс развития системы ГЛОНАСС обуславливает актуальность исследований методов обеспечения помехоустойчивости и скорости передачи информации, включая снижение помех множественного доступа (ПМД) при передаче сигналов с кодовым разделением каналов, учитывающих присущие ГЛОНАСС ограничения.

Объектом исследования является система совмещенной передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС и информации для дальнометрии.

Предметом исследования являются теоретические и практические вопросы повышения скорости и помехоустойчивости передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС, совмещенной с информацией для далыюметрии, на основе выбора соответствующего множества сигналов.

Целыо диссертации является исследование способов обеспечения низкого уровня ПМД при кодовом разделении каналов, а также высокой скорости передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС при обеспечении высокой точности дальнометрии путем выбора сигналов кодового разделения каналов, используемых совместно для дальнометрии, и способа их оверлейного кодирования с учетом доплеровских частотных сдвигов между сигналами, принимаемыми от разных космических аппаратоввариантов предварительного помехоустойчивого кодирования информации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС. Задачи диссертации.

1. Анализ структуры, методов формирования и характеристик навигационных и информационных сигналов в существующих и модернизируемых ГНСС.

2. Исследование свойств псевдослучайных последовательностей (ПСП), применяемых в навигационных и информационных сигналах с кодовым разделением, и формулировка предложений по выбору типов ПСП в перспективных сигналах ГЛОНАСС.

3. Исследование свойств оверлейных кодов, применяемых в навигационных и информационных сигналах современных ГНСС, и разработка предложений по оверлейному кодированию в перспективных сигналах ГЛОНАСС.

4. Анализ существующих и разработка новых методов повышения помехоустойчивости передачи информации в перспективных сигналах ГЛОНАСС.

Методы исследования Для решения поставленных в диссертационной работе задач были использованы методы теории сигналов и методы математического моделирования.

Научная новизна диссертационной работы состоит в:

1. Результатах сравнительного анализа применения различающихся и одинаковых оверлейных кодов в навигационных и информационных сигналах разных навигационных космических аппаратов.

2. Результатах сравнительного анализа нового метода использования ортогональных многопозиционных сигналов и кода Рида-Соломона с существующими методами повышения помехоустойчивости передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия.

3. Обоснованности, на основе анализа структуры навигационных и информационных сигналов, переноса сигнала словной синхронизации в пилотный канал.

Практическая ценность работы состоит:

1. В обосновании возможности применения простых схем генерации дальномерных кодов в навигационных и информационных сигналах с кодовым разделением каналов.

2. В рекомендации применения различающихся оверлейных кодов в навигационных и информационных сигналах разных космических аппаратов по сравнению с применением одинакововых оверлейных кодов, что при длине периода дальномерного кода 10 230 символов и длине оверлейного кода 100 символов, как предложено в системе Galileo, позволяет снизить максимальную величину ПМД на 11 дБ.

3. В полученных оценках преимуществ сочетания ортогональных многопозиционных сигналов с кодом Рида-Соломона: при вероятности битовой ошибки 10~6 энергетический выигрыш по сравнению со сверточным кодированием более 2,5 дБ, по сравнению с кодами Хемминга около 5 дБ, по сравнению с безызбыточным кодированием сигналов ФМ2 около 8 дБ.

4. В рекомендации передавать сигнал словной синхронизации в виде оверлейного кода пилотного канала, что позволит при сохранении прежней помехоустойчивости повысить скорость передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия ГЛОНАСС на 17,6%.

Внедрение результатов работы:

Результаты научных исследований и разработанные на их основе рекомендации использованы в отчете, выполненном для ОАО «Российская корпорация космического приборостроения и информационных систем» -головного разработчика бортового информационно-измерительного комплекса космических аппаратов ГЛОНАСС, о чём имеется соответствующий акт внедрения.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, трех приложений и библиографического списка. Она изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка, 4 таблицы, библиографический список включает 42 наименования.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. На основе результатов моделирования установлено, что разные виды псевдослучайных последовательностей одинаковой длины при кодовом разделении сигналов создают незначительно отличающиеся по величине помехи множественного доступа. Предложено использовать для дальномерного кодирования последовательности с наиболее простыми способами генерации.

2. На основе результатов моделирования установлено, что использование разных оверлейных кодов в сигналах разных космических аппаратов обеспечивает меньшую максимальную величину помех множественного доступа по сравнению с использованием одинаковых оверлейных кодов.

3. Установлено, что применение каскадного кода на основе ортогональных многопозиционных сигналов и кода Рида-Соломона обеспечивают значительный энергетический выигрыш по сравнению с используемыми в настоящее время сверточным кодированием и кодами Хемминга.

4. Предложен метод передачи сигнала словной синхронизации в пилотном канале, обеспечивающий выигрыш в помехоустойчивости либо скорости передачи информации о параметрах движения спутникового созвездия.

Заключение

.