Исследование методов калибровки приемников

Цикл продолжается до достижения температуры +50°С. В процессе измерения  контролировались показания температурных датчиков МРК-40. Допустимое изменение показаний термодатчиков от значения, зафиксированного в начале интервала усреднения ±0,5°С.

Так же, контролировалось постоянство значения рассогласования шкал времени МРК-40 и МРК-33 в диапазоне ±1 нс.

На рисунке 9 представлена температурная зависимость кодовой псевдодальности сигналов НКА относительно 30°С на термодатчике, что соответствует примерно 25°С в климатической камере, в диапазоне СТ L1.

Длительность интервала усреднения значений разности псевдодальности  для каждого значения температуры принято 1200 секунд.

Рисунок 9 - Зависимость псевдодальности в диапазоне СТ L1

На интервале температур в климатической камере от +5°С до +35°С максимальное отклонение не превысило 0.30 м. На Рисунке 5 более подробно представлен отрезок, на котором значение разности кодовой псевдодельности при температуре в камере выше +35°С.

На основании рисунка 9 составлена таблица калибровочных значений для аппаратуры МРК-33 на интервале температур в климатической камере от +5°С до +35°С и представлена на рисунке 10.

 

Рисунок 10 - Калибровочные значения для аппаратуры МРК-33

На рисунке 11 представлена температурная зависимость кодовой псевдодальности сигналов НКА в диапазоне СТ L1 при использовании поправок на интервале температур в климатической камере от +5°С до +35°С

Рисунок 11 - Значение псевдодальности в диапазоне СТ L1 при использовании температурных поправок

На рисунке 12 представлена температурная зависимость кодовой псевдодальности сигналов НКА относительно 40°С на термодатчике, что соответствует примерно 35°С в климатической камере, в диапазоне СТ L1.

Рисунок 12 - Зависимость псевдодальности относительно 40°С на термодатчике, что соответствует примерно 35°С в климатической камере, в диапазоне СТ L1

Рисунок 13 - Значение псевдодальности в диапазоне СТ L1 при использовании температурных поправок

Длительность интервала усреднения значений разности псевдодальности  для каждого значения температуры принято 1200 секунд.

На интервале температур в климатической камере от +35°С до +50°С максимальное отклонение не превысило 1 м.

На основании рисунка 13 составлена таблица калибровочных значений для аппаратуры МРК-33 на интервале температур в климатической камере от +35°С до +50°С. Значение псевдодальности в диапазоне СТ L1 при использовании температурных поправок представлена на рисунке 2.8.

На основе полученных результатов возможно составить таблицу термокомпенсации для аппаратуры МРК-33, через 5°. Данная таблица позволит учесть влияние температуры диапазоне СТ L1 на интервале от +5°С до +35°С окружающей среды, в пределах ±0,15 м , а на интервале от +35°С до +50°С - в пределах ±0,5 м. Как видно из показаний на втором интервале температур погрешность выше, потому что термодатчик далеко от термозависимых (фильтры ПАВ) элементов приемника. Кроме того, позволит устранить температурную составляющую систематической ошибки, для данного прибора до 2м. [19]

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Межканальная погрешность

Межканальная погрешность в приемнике навигационных сигналов - это разница во времени прохождения сигнала между каналами приема полезного сигнала. Первые приемники имели аналоговое решение навигационных задач, ,что приводило к большим габаритам приемника. С развитием технологий современные приемники имеют малые габариты, за счет использования в них ПЛИС и СБИС, в которых и происходит вся цифровая обработка сигналов. ПЛИС - это программируемая логическая схема. Логика работы ПЛИС определяется не на фабрике изготовителем микросхемы, а путем дополнительного программирования (в полевых условиях, field-programmable) с помощью специальных средств: программаторов и программного обеспечения. Сверхбольшая интегральная схема ( СБИС), содержащая микропроцессор, средства межпроцессорной связи, собственную оперативную память объемом от 2 Кбайт до 16 Кбайт и средства доступа к внешней памяти. Транспьютер разработан и реализован фирмой INMOS в качестве элементарного блока для построения многопроцессорных ЭВМ новых поколений, подобно тому, как транзистор был основным элементом, из которого строились ЭВМ второго поколения. СБИС – это таже ПЛИС с програмным обеспечением, но которое нельзя изменить. В современных приемниках за счет использования ПЛИС и СБИС решена проблема мультиплексирования за счет увеличения ее объема. Но конструкторы столкнулись с другой проблемой, межканальная погрешность. [20]

 

 

 

 

 

3.2.1 Разводка ПЛИС и СБИС

Все современные приемники строятся на ПЛИС и СБИС, потому что в ней можно создать систему обработки цифрового сигнала и много других возможностей. Пример разводки представлен на рисунке 14.

Рисунок 14 - Пример разводки ПЛИС

На рисунке 14 видно как будут располагаться элементы цифровой обработки. Если сделать разводку произвольно, то элементы будут распределены произвольно по схеме, что влияет на длину канала, его входные и выходные характеристики и т.д. В совокупности все это повлияет на время задержки сигнала, то есть один и тот же сигнал будет иметь разное время прохождения по каналам. Методом устранения этой погрешности является правильная разводка ПЛИС, то есть одинаковое расположение каналов. Однако при рациональном использовании ПЛИС и заполнении около 70% возникают проблемы с разводкой, поэтому этим методом добиваются получение наименьшей погрешности. [20]

3.2.2 Устранение погрешности программным путем

Этот метод используется для получения высокой точности. Калибровки прибора путем измерения межканальных отклонений при помощи измерительного стенда, представленного на рисунке 15.

Рисунок 15 - Схема измерительного стенда

В состав стенда входит ЭВМ, предназначенная для обработки полученных измерений, управления имитатором и приемником. Имитатор навигационных сигналов МРК-40 подает в приемник навигационный сигнал ГЛОНАСС CT L1 литеры 1 с заведомо установленным временем задержки в 1 канал приемника. ЭВМ накапливает полученные результаты в течение 24 часов. Затем вычисляется среднее время задержки вычисленное приемником.

;                                                                              (5)

где - среднее время задержки, n – количество проведенных измерений.

Далее повторяется эта процедура с тем же сигналом ГЛОНАСС CT L1 литеры 1 и временем задержки, но уже на втором канале приемника. ЭВМ накапливает измерения для второго канала приемника и высчитывает среднее время задержки. Эти же действия производим для остальных каналов приемника. Теперь можно вычислить разницу между каналом первым и вторым.

.                                                                                         (6)

Далее проводим сравнение всех остальных каналов относительно первого и составляем таблицу корректировки для данного приемника. Пример приведем в таблице 1.

Таблица 1 – Пример калибровочной таблицы

Разность каналов	Задержка
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-8
1-9
1-10
1-11
1-12
1-13
1-14
1-15
1-16
1-17
1-18
1-19
1-20
1-21
1-22
1-23
1-24

 
3.3 Частотная погрешность

3.3.1 Измерение погрешности при помощи имитатора навигационных сигналов

Для проведения данных измерений используется стенд собранный по схеме представленной на рисунке 16.

Рисунок 16 - Схема стенда частотной калибровки

ИНС и приемник помещены в термокамеру, для устранения погрешности вносимой температурой. С ИНС на приемник поступают сигналы опорной частоты, сигнал синхронизации 1Гц и навигационный сигнал. Частотная погрешность приемника будет складываться из:

- частотная погрешности приемника, вызванная неравномерностью времени групповой задержки;

- погрешности кабеля по  которому передается навигационный сигнал (зная марку кабеля и его длину можно рассчитать задержку кабеля);

- остаточная погрешность  имитатора.

Так как остаточная погрешность имитатора значительно меньше погрешности самого приемника то ей можно пренебречь. Погрешность вводимая кабелем тоже известна, то разница в времени задержки имитатора и приемника будет считаться по формуле:

;                                                                    (7)

Таким образом накопив данные с приемника можно высчитать среднее отклонение от времени задержки для сигналов каждой литеры. Следующим шагом необходимо составить таблицу корректировки времени задержки для приемника.

На основе данного метода было проведено измерение частотной погрешности для приемника МРК-33. Структурная схема экспериментальной установки приведена на рисунке 17.

Рисунок 17 - Структурная схема экспериментальной установки

В состав установки входит:

1) имитатор навигационных  сигналов МРК-40;

2) ЭВМ – для управления  ИНС и записи данных полученных  от приемника;

3) приемник МРК-33.

По результатам эксперимента была получена частотная погрешность для литер с -7 до 13. Полученные результаты представленны на рисунке 18. [21]

Рисунок 18 – График частотной погрешности приемника МРК-33 с -7 до 13 литеры

 

 

 

 

3.3.2 Частотная калибровка с использованием эталонного приемника

Для калибровки приемника возможно использовать другой приемник, который заведомо откалиброван и имеет высокие точностные характеристики. Рассмотрим этот принцип на примере схемы рисунка 19.

Рисунок 19 - Схема для калибровки с использованием эталоного приемника

Опишем принцип работы данной схемы. Сигнал принимаемый антенной поступает на делитель сигнала, в котором сигнал делится по мощности. С делителя сигнал поступает на оба приемника. Эталонный приемник синхронизуется с поверяемым приемником опорной частотой 10МГц и синхронизуется 1Гц, для синхронного получения отсчётов. Далее фиксируются измерения эталонного и поверяемого приемника.

Измеренная псевдо дальность эталонного приемника состоит из:

;                                                                          (8)

где - истинная задержка, - задержка антенны, делителя и кабеля.

Измеренная псевдо дальность поверяемого:

;                                                                   (9)

где - частотная погрешность поверяемого приемника.

Так как кабели от делителя до приемников заведомо одинаковы, то вычислим разность измеренной псевдодальность между эталонным (8) и поверяемым (9) приемником:

;                                                                                      (10)

Учитывая фактор синхронной работы приемников и предыдущих измерений можно составить таблицу калибровки для поверяемого приемника. Приведем пример в таблице 2. [22]

Таблица 2 –  Пример калибровочной таблицы

Литера	,м
-7	503,76
-6	503,55
-5	-
-4	503,42
-3	503,78
-2	504,24
-1	504,67
0	505,61
1	505,53
2	505,89
3	507,12
4	509,42
5	512,21
6	513,54
7	-
8	-
9	-
10	-
11	-
12	-