Алгоритмы повышения точности и быстродействия при вычислении навигационно-временных параметров подвижных объектов с помощью сигналов глобальных спутниковых радиосистем "Глонасс" и "Navstar"

• Автор: Хожанов, Игорь Викторович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил

Введение
Глава I. Обзор архитектуры аппаратуры потребителей сигналов спутниковых радионавигационных систем Глонасс и v и методов определения навигационновременных параметров.

1.1 Анализ программноаппаратной структуры НАП.

Определение объекта исследований

1.2 Погрешности навигационновременных определений.

Алгоритмы решения навигационной задачи

1.3 Особенности реализации интегрированной аппаратуры

навигации и связи для управления наземными транспортными средствами

Выводы по главе 1

Глава II. Разработка имитатора сигналов спутниковых

радионавигационных систем Глонасс и v.

Применение имитатора для исследования характеристик
новых алгоритмов работы НАП.
2.1 Функциональная схема и алгоритмы работы имитатора сигналов спутниковых радионавигационных систем Глонасс и v.
2.2 Анализ распределения видимых спутников и геометрических факторов созвездий с помощью
программного имитатора сигналов систем Глонасс и v.
2.3 Сравнение времени поиска сигнала навигационных спутников при использовании существующих алгоритмов выбора спутников СРНС Глонасс и v и нового алгоритма выбора на основе анализа возвышения
Выводы по главе II.
Глава III. Алгоритмы вторичной обработки информации в программноматематическом обеспечении навигационной
аппаратуры потребителей серии Надир.
3.1 Общая структура программно математического
обеспечения НАП серии Надир.
3.2 Разработка методики инженерного расчета разрядности чисел, необходимой для достижения требуемой точности вычислений при вторичной обработке информации в НАП
3.3 Сравнение точностных характеристик методов решения навигационной задачи с помощью программного имитатора сигналов II v.
Выводы по главе III.
Глава IV. Экспериментальные исследования характеристик алгоритмов про1раммноматематического обеспечения навигационной аппаратуры потребителей серии Надир.
Особенности работы НАЛ в составе навигационносвязных
систем
4.1 Работа НАЛ серии Надир в составе навигационносвязных систем управления наземным транспортом и спортивными самолетами
4.2 Экспериментальное исследование эффективности нового алгоритма выбора навигационных спутников для поиска их сигналов на основе анализа возвышения
4.3 Алгоритм контроля качества измерений и
экспериментальное исследование его свойств.
Выводы по главе IV.
Заключение.
Литература


С учетом дальнейшей тенденции снижения цены мри выпуске массовой продукции очевидно, что в недалеком будущем мы увидим навигационные приемники, реализованные но принципу система в одном кристалле, где при аппаратной реализации СВЧприемника вся дальнейшая обработка сигналов будет выполнена на программном уровне , . На сегодняшний день подавляющее число зарубежных фирм на практике реализуют двухступенчатую программноаппаратную обработку сигналов в интегрированной НАЛ. После приема, преобразования и фильтрации сигнал в СВЧприемнике преобразуется в цифровую форму, где при помощи аппаратного коррелятора программное обеспечение позволяет определить вектор радионавигационных параметров ВРНТТ, который в общем случае включает в себя псевдодальности, псевдоскорости, соотношение сигналшум в канале и т. На втором этапе вычислений полученные значения используются для получения вектора навигационных параметров, который включае т в себя координаты, скорости и время, а также решения различных задач штурманского сервиса , , , . Упрошенная схема реализации программноматематического обеспечения Г1МО в интегрированной НАЛ представлена на рисунке 1. К наиболее критическим по быстродействию задачам относятся алгоритмы первичной обработки, а именно слежение за частотой и фазой входного сигнала выделение и фильтрация информационных символов двоичной информации из входного сигнала и, наконец, управление средствами аппаратной поддержки вычислительной среды. Минимальным базовым временным интервалом для алгоритмов первичной обработки можно принять значение в 1 мс именно такова длительность периода модулирующей ПСП в открытых сигналах систем Глонасс и v. За этот интервал между двумя отсчетами эпох кодов необходимо обработать накопленные данные и передать их при необходимости в среду вторичной обработки сигналов. Если принять количество рабочих каналов за , в предположении о равенстве приоритетов между каналами, то максимальное время на обслуживание одного канала, отводимое вычислительной среде 1 мс. Таким образом, видно, что для обеспечения полнофункциональной работы тракта обработки сигнала необходимо использовать высокопроизводительные процессоры. Менее критичными по скорости выполнения являются процедуры вычисления первичных измерений и получения ВРНП. Обычно период их выполнения составляег от 0,1 до 1 секунды, в зависимости от типа и назначения НАП. В идеале для каждого измерения должен осуществляться один полный цикл вторичной обработки и получение вектора навигационных параметров. Рис. Возможны различные подходы при построении вычислительного ядра НАЛ, при этом валено знать принципиальные различия в требованиях к вычислителю как со стороны задач первичной и вторичной обработок, так и со стороны сервисных задач. Алгоритмы вторичной обработки относятся к наиболее ресурсоемким задачам, требующим во избежание инструментальных погрешностей применения слов двойной длины и операций с плавающей точкой. Примером такой задачи может служить вычисление текущих координат навигационных спутников численным решением системы линейных дифференциальных уравнений. Для повышения эффективности системы желательно, чтобы процессор имел аппаратную поддержку плавающей точки. При первичной обработке, напротив, практически во всех случаях достаточно применения целочисленных операций одинарной точности. Однако, как и в любых других алгоритмах цифровой обработки сигналов, задачи первичной обработки требуют выполнения большого количества операций умножения и сложения. При использовании процессоров общего назначения операции умножения выполняются на уровне подпрограмм, что неизбежно снижает производительность, особенно на критических участках алгоритмов, например, при вычислении отношения сигналУшум либо цифровой фильтрации. Задачи сервиса относятся к наименее приоритетным, но зачастую не менее ресурсоемким. Обычно такая ситуация встречается при использовании НАП в комплексе с другими устройствами. Обмен информацией происходит по некоторому интерфейсу, который не всегда оптимален по быстродействию.