Формирование и исследование существующих и перспективных навигационных радиосигналов (лабораторная работа) — различия между версиями

Версия 11:19, 20 октября 2011

Содержание

1 Цели работы
2 Состав стенда
3 Формирование сигнала BPSK с помощью векторного генератора
- 3.1 Описание сигнала с помощью модулирующей последовательности
- 3.2 Формирование сигнала по моделирующей последовательности
4 Домашняя подготовка
5 Лабораторное задание
6 Контрольные вопросы
7 Литература

Цели работы

Расширение представлений о структуре существующих и перспективных навигационных сигналов
Изучение возможностей современных векторных генераторов сигналов по формированию сигналов с произвольной структурой

Состав стенда

Векторный генератор сигналов R&S SMBV100A или аналог
Осциллограф R&S RTO1024 или аналог
Анализатор спектра и сигналов R&S FSV3 или аналог
Тестовый приемник с необходимой периферией
Персональный компьютер с установленным ПО WinIQSim2 (опционально)

Формирование сигнала BPSK с помощью векторного генератора

Описание сигнала с помощью модулирующей последовательности

Векторный генератор сигналов R&S SMBV100A способен формировать сигналы произвольного вида, удовлетворяющие ограничениям по полосе (до 60 или 120 МГц в зависимости от опций) и несущей частоте (до 3 или 6 ГГц). Для этого сигнал представляется в виде своего низкочастотного эквивалента, который используется генератором для модуляции несущего колебания в соответствии со следующей математической моделью:

$y\left( t \right)=A \cdot I \left( t \right)\cos \left( \omega _{0}^{{}}t \right) - A \cdot Q \left( t \right)\sin \left( \omega _{0}^{{}}t \right).$

(1)

В случае сигнала BPSK и отсутствии ограничений на значение начальной фазы, низкочастотный эквивалент может быть представлен в виде:

$\left\{ \begin{align} & I\left( t \right)= \cos \left( \pi \cdot \theta \left( t \right) \right); \\ & Q\left( t \right)=0, \\ \end{align} \right.$

(2)

где $\theta \left( t \right)$ - модулирующая функция (см. рисунок 1), принимающая значения $\left\{ 0;1 \right\}$ .

Рисунок 1 - Пример функции $\theta \left( t \right)$

В большинстве радиотехнических приложений ось времени можно разбить на равные интервалы, в течение которых смена значений функции $\theta \left( t \right)$ не происходит - манипуляция сигнала производится с некоторым периодом $\tau_{chip}$ . Тогда функцию $\theta \left( t \right)$ можно описать последовательностью её значений на каждом интервале:

$\theta _{k}^{{}}=\theta \left( t_{k}^{{}} \right).$

(3)

В современных векторных генераторах присутствует возможность формирования соответствующих BPSK-сигналов по записанной в файл или оперативную память последовательности (3).

В свою очередь, манипуляция несущего колебания на $\pi$ позволяет генерировать большинство существующих и перспективных радионавигационных сигналов.

Формирование сигнала по моделирующей последовательности

Рассмотрим пример использования генератора сигнала R&S SMBV100A для решения практической инженерной задачи - формирования радионавигационного сигнала на промежуточной частоте. Данная задача возникает на этапе разработки и отладки программного обеспечения НАП.

Параметры сигнала:

промежуточная частота 70 МГц;
манипуляция BPSK с темпом 5.11 МГц известной периодической последовательностью.

Дополнительно требуется обеспечить выдачу метки начала каждой эпохи последовательности.

WinIQSim2

Для управления генераторами при помощи персонального компьютера, компанией Rohde & Schwarz поставляется программное обеспечение, носящее название WinIQSim. Интерфейс (см. рисунок 2) и функции программы аналогичны интерфейсу и функциям программного обеспечения, установленного на приборах. Его использование в данной лабораторной работе обусловлено удобством импортирования модулирующих последовательностей из подготовленных студентами файлов. При отсутствии ПК с установленным WinIQSim аналогичные действия следует проводить непосредственно на приборе.

Рисунок 2 - Интерфейс программы WinIQSim2

Создание DataList-файла

Программное обеспечение R&S хранит модулирующую последовательность в DataList-файле (расширение файла .dm_iqd).

Процесс создания DataList-файла в программе WinIQSim2:

В BaseBand выбираем Custom Digital Mode (см. рисунок 3)

Рисунок 3

Далее List Management (см. рисунок 4)

Рисунок 4

Далее выбираем Select Data List To Edit (см. рисунок 5)

Рисунок 5

В выпадающем меню выбираем Create Data List (см. рисунок 6)

Рисунок 6

Создаем файл, далее можем перейти к его редактированию, если длина последовательности невелика. Для этого следует выбрать Edit Data List (см. рисунок 7)

Рисунок 7

В редакторе вводим последовательность битов модуляции (см. рисунок 8). Как именно применять эти биты мы скажем генератору позже. В случае с модуляцией BPSK: "1" - сдвиг фазы на $pi$ (множители модулятора I=-1, Q=0), "0" - отсутствие сдвига фазы (I=1, Q=0).

Рисунок 8

Если сохранить введенную последовательность, WinIQSim создаст файл с содержанием, приведенным на рисунке 9.

Рисунок 9

Здесь 8C 00 00 00 00 0 - запись в hex'е введенной строки "100011000......"

Если число символов в ПСП не кратно 4, то в конце строки добавляется специальный код, который IQSim распознает с помощью параметра DATA BITLENGTH.

Если последовательность длинная, её можно вставить с помощью кнопки Paste. Например, предварительно скопировав последовательность 0 и 1 из файла (строка, в которой символы разделены проблемами).

Использование DataList-файла для формирования сигнала

Сохраненный DataList-файл тем или иным образом предоставляем генератору (флэш-карта или т.п.). Дальнейшие манипуляции проводим с помощью собственного программного обеспечения генератора, либо продолжаем производить настройку в WinIQSim, если ПК имеет непосредственный интерфейс с генератором (сеть или USB-кабель).

Открываем сгенерированный файл в окне Custom Digital Modulation с помощью кнопки Select Data List (см. рисунок 10)

Рисунок 10

В графе Symbol Rate устанавливаем скорость перебора чипов, кодирование (если не требуется) отключаем (см. рисунок 11)

Рисунок 11

Выбираем требуемый вид манипуляции, в нашем случае - BPSK (см. рисунок 12)

Рисунок 12

Выбираем вид фильтра для манипулирующих I,Q сигналов (см. рисунок 13)

Рисунок 13

Остается установить частоту и мощность - требуемый сигнал готов (см. рисунок 14).

Рисунок 14 - Спектральная плотность мощности сформированного BPSK-сигнала

Формирование метки начала эпохи модулирующей последовательности

Перейдем в меню Marker (в некоторых версиях Trigger/Marker, см. рисунок 15)

Рисунок 15

С помощью граф On Time и Off Time устанавливаем длительность (в чипах последовательности) положения маркера в высоком и низком уровне напряжения соответственно.

Например, для генерирования положительного импульса длительностью n чипов в начале каждого периода повторения последовательности (на каждой эпохе) устанавливаем в поле On Time значение n, а в поле Off Time значение L-n, где L - длительность модулирующей последовательности (см. рисунок 16).

Рисунок 16

При этом положительный фронт импульса будет приходится на середину интервала первого чипа последовательности (см. рисунок 17).

Рисунок 17 - Осциллограммы сформированного сигнала, синфазной модулирующей функции $I\left( t \right)$ , метки начала эпохи модулирующей последовательности

Домашняя подготовка

Ознакомиться с методикой формирования сигналов с помощью векторного генератора.
Ответить на контрольные вопросы
Подготовить текстовые файлы, содержащие модулирующую последовательность (дальномерный код) для сигналов (в виде строки символов 0 и 1, разделенных пробелами; не учитывать модуляцию навигационным сообщением и т.п.):
- NAVSTAR GPS L1 C/A;
- NAVSTAR GPS L2 C/A;
- NAVSTAR GPS L5 C;
- ГЛОНАСС L1 CТ (L1OF);
- ГЛОНАСС L2 CТ (L2OF);
- ГЛОНАСС L3 CТ (L3OC);
- BOC(1, 1);
- BOC(5, 2.5).
Рассчитать и построить графики дискретного преобразования Фурье последовательности $\theta _{k}^{{}}$ для перечисленного набора сигналов.
Рассчитать и построить графики автокорреляционной функции последовательности $G_{k} = 2(\theta _{k}^{{}} - 0.5)$ для перечисленного набора сигналов.

Лабораторное задание

Для каждого сигнала из домашней подготовки выполнить с составлением отчета:

Сформировать сигнал и метку начала модулирующей последовательности.
При наличии приемника соответствующего сигнала проверить успешность исполнения алгоритмов поиска и слежения.
Получить осциллограммы сформированного сигнала, модулирующей функции и метки начала модулирующей последовательности.
Измерить спектральную плотность мощности сформированного сигнала, полосу по первым нулям спектра.

Контрольные вопросы

1. Возможно ли формирование сигнала GPS L1 C/A на несущей частоте с помощью векторного генератора R&S SMBV100A?

2. Каков период и скорость следования чипов дальномерного кода сигналов современных СРНС? Запишите математические модели этих сигналов.

3. В данном пособии приведен пример формирования сигнала на промежуточной частоте с заданными параметрами. Излучается ли сигнал с соответствующими параметрами современными СРНС?

Литература

1. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под. ред. Перова А.И., Харисова В.Н.. — изд. 4-е, перераб. и доп.. — М.: Радиотехника, 2010. — 800 с. (подробнее...)
2. ИКД ГЛОНАСС
3. ИКД NAVSTAR GPS

Формирование и исследование существующих и перспективных навигационных радиосигналов (лабораторная работа) — различия между версиями

Версия 11:19, 20 октября 2011

Содержание

Цели работы

Состав стенда

Формирование сигнала BPSK с помощью векторного генератора

Описание сигнала с помощью модулирующей последовательности

Формирование сигнала по моделирующей последовательности

WinIQSim2

Создание DataList-файла

Использование DataList-файла для формирования сигнала

Формирование метки начала эпохи модулирующей последовательности

Домашняя подготовка

Лабораторное задание

Контрольные вопросы

Литература

Персональные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

SRNS Wiki

Рабочие журналы

Приватный файлсервер

QNAP Сервер

Инструменты