Фронтенд и корреляционный канал навигационного приемника (модель) — различия между версиями

Материал из SRNS
Перейти к: навигация, поиск
(→‎Выбор полосы фронтенда)
 
(не показана 21 промежуточная версия 1 участника)
Строка 13: Строка 13:
 
|readme        =  
 
|readme        =  
 
|changelog    =  
 
|changelog    =  
−
|repository    = [http://code.google.com/p/gnss-frontend-correlator-model/ Google Code]
+
|repository    = [https://github.com/Korogodin/gnss-frontend-correlator-model GitHub]
 
|category1    = Коррелятор  
 
|category1    = Коррелятор  
 
|category2    = RF
 
|category2    = RF
Строка 32: Строка 32:
 
=== Возможности имитационной модели ===
 
=== Возможности имитационной модели ===
  
−
Имитационная модель "Фронтенд и корреляционный канал навигационного приемника" демонстрирует процессы и преобразования, проходящие в фронтенде, АЦП и корреляторе навигационной аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем. Модель позволяет получить осциллограммы и спектры процессов в описанных блоках:
+
Имитационная модель "[[Фронтенд_и_корреляционный_канал_навигационного_приемника_(модель)|Фронтенд и корреляционный канал навигационного приемника]]" демонстрирует процессы и преобразования, проходящие в фронтенде, АЦП и корреляторе навигационной аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем. Модель позволяет получить осциллограммы и спектры процессов в описанных блоках:
 
* при приеме сигнала на фоне мешающей гармонической помехи и без неё;
 
* при приеме сигнала на фоне мешающей гармонической помехи и без неё;
 
* при наличии и отсутствии собственного шума приемника;
 
* при наличии и отсутствии собственного шума приемника;
Строка 46: Строка 46:
  
 
=== Базовые математические модели ===
 
=== Базовые математические модели ===
 +
 +
Так как моделирование производится на ЭВМ, в качестве моделей непрерывных процессов в радиочастотном блоке используются дискретизированные по времени последовательности.
  
 
* Модель шкалы времени
 
* Модель шкалы времени
−
* Модель сигнала (IF)
+
::<math>t_{k,l}=t_{k,0}^{{}}+l\cdot T_d</math>; <math>t_{k+1,0}^{{}}=t_{k,0}^{{}}+L\cdot T_{d}^{{}}=t_{k,0}^{{}}+T,</math>
−
* Модель помехи (IF)
+
:где <math>T_d</math> - интервал дискретизации, <math>T</math> - интервал накопления в корреляторе.
−
* Модель шума (IF)
+
 
−
* Модель сигнала на выходе фронтенда
+
 
 +
* Модель сигнала на выходе радиочастотного блока
 +
::<math>y_{fe,k,l} =K_{f}^{{}}\cdot \left( S_{k,l}^{{}}+J_{k,l}+n_{k,l}^{{}} \right),</math>
 +
:где <br>
 +
:<math>K_f</math> - операторный коэффициент передачи цифрового фильтра с заданной полосой,<br>
 +
:<math>S_{k,l}^{{}}=A\cdot G_{c}^{{}}\left( t_{k,l}^{{}}-\tau _{k}^{{}} \right)\cdot \cos \left( \omega _{if}^{{}}t_{k,l}^{{}}+\omega _{d,k}^{{}}lT_{d}^{{}}+\varphi _{k}^{{}} \right)</math> - модель полезного сигнала, <br>
 +
:<math>J_{k,l}^{{}}=A_j \cdot \cos \left( \omega _{j}^{{}}t_{k,l}^{{}} + \varphi _{j,k} \right)</math> - модель гармонической помехи, <br>
 +
:<math>n_{k,l}^{{}}</math> - ДБГШ с дисперсией <math>\sigma _{n}^{2}</math>.
 +
 
 +
 
 
* Модель сигнала на выходе АЦП
 
* Модель сигнала на выходе АЦП
 +
::<math>y_{k,l} = Qu \left( y_{fe,k,l} \right),</math>
 +
:где <math>Qu \left(  \right)</math> - нелинейная функция квантования.
 +
 +
 
* Модель корреляционных сумм
 
* Модель корреляционных сумм
 +
::<math>I_{k}^{{}}=\sum\limits_{l=1}^{L}{y_{k,l}^{{}}\cdot }G_{c}^{{}}\left( t_{k,l}^{{}}-\tilde{\tau }_{k}^{{}} \right)\cos \left( \omega _{if}^{{}}t_{k,l}^{{}}+\tilde{\omega }_{d,k}^{{}}lT_{d}^{{}}+\tilde{\varphi }_{k}^{{}} \right);</math> <br>
 +
::<math>Q_{k}^{{}}=\sum\limits_{l=1}^{L}{y_{k,l}^{{}}\cdot }G_{c}^{{}}\left( t_{k,l}^{{}}-\tilde{\tau }_{k}^{{}} \right)\sin \left( \omega _{if}^{{}}t_{k,l}^{{}}+\tilde{\omega }_{d,k}^{{}}lT_{d}^{{}}+\tilde{\varphi }_{k}^{{}} \right).</math>
  
−
=== Использование имитационной модели ===
+
=== Работа с имитационной моделью ===
  
 
==== Интерфейс модели ====
 
==== Интерфейс модели ====
Строка 65: Строка 82:
 
==== Настройка и запуск генератора дальномерного кода ====
 
==== Настройка и запуск генератора дальномерного кода ====
  
−
С помощью фрейма ''Настройка генератора'' производится установка параметров регистра сдвига, выполняющего функцию генератора дальномерного кода. С помощью выбора соответствующих CheckBox'ов производится замыкание обратной связи, с помощью полей ввода - установка начального значения. Нажатие кнопки ''OK'' производит запуск генерирования ПСП - 511 тактов, что соответствует одному периоду ПСП СТ сигнала ГЛОНАСС. Также во фрейме отображается график значения 7 бита регистра.
+
С помощью фрейма ''Настройка генератора'' производится установка параметров регистра сдвига, выполняющего функцию генератора дальномерного кода. С помощью выбора соответствующих CheckBox'ов производится замыкание обратной связи, с помощью полей ввода - установка начального значения. Сделанные изменения интерактивно отображаются на общей схеме коррелятора. Нажатие кнопки ''OK'' производит запуск генерирования ПСП - 511 тактов, что соответствует одному периоду ПСП СТ сигнала ГЛОНАСС. При этом во фрейме отображается график значения 7 бита регистра. Сформированное ПСП используется в дальнейшем для расчетов корреляционных сумм.  
  
 
{{pic|20111005_CorrModel_3.png|Рисунок 2 - Фрейм ''Настройка генератора''|pic2}}
 
{{pic|20111005_CorrModel_3.png|Рисунок 2 - Фрейм ''Настройка генератора''|pic2}}
  
−
==== Включение сигала, помехи и собственного шума приемника ====
+
==== Включение сигнала, помехи и собственного шума приемника ====
  
 
С помощью CheckBox ''Сигнал'', ''Помеха'', ''Шум'' (см. [[#pic3|рисунок 3]]) производится включение/выключение имитации полезного сигнала, аддитивной гармонической помехи и аддитивного собственного шума приемника соответственно.  
 
С помощью CheckBox ''Сигнал'', ''Помеха'', ''Шум'' (см. [[#pic3|рисунок 3]]) производится включение/выключение имитации полезного сигнала, аддитивной гармонической помехи и аддитивного собственного шума приемника соответственно.  
Строка 75: Строка 92:
 
{{pic|20111005_CorrModel_2.png|Рисунок 3 - CheckBox'ы ''Сигнал'', ''Помеха'', ''Шум''|pic3}}
 
{{pic|20111005_CorrModel_2.png|Рисунок 3 - CheckBox'ы ''Сигнал'', ''Помеха'', ''Шум''|pic3}}
  
−
Мощность гармонической помехи на 12 дБ больше мощности сигнала, шум соответствует штатному энергетическому потенциалу 45 дБГц.
+
{{ambox
−
 
+
|type      = notice
−
Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то изменение значений CheckBox'ов приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм.
+
|text      = Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то изменение значений CheckBox'ов приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм
 +
}}
  
 
==== Выбор полосы фронтенда ====
 
==== Выбор полосы фронтенда ====
Строка 89: Строка 107:
  
 
На обобщенной схеме фронтенда отображается график спектральной плотности мощности сигнала на входе шумового АРУ. С помощью кнопки в правом верхнем углу производится открытие графика в отдельном окне.
 
На обобщенной схеме фронтенда отображается график спектральной плотности мощности сигнала на входе шумового АРУ. С помощью кнопки в правом верхнем углу производится открытие графика в отдельном окне.
 +
 +
{{ambox
 +
|type      = notice
 +
|text      = Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то выбор полосы фронтенда приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм
 +
}}
 +
  
 
==== Выбор разрядности АЦП ====
 
==== Выбор разрядности АЦП ====
Строка 99: Строка 123:
  
 
На обобщенной схеме фронтенда отображается осциллограмма сигнала на выходе АЦП (точки отсчетов соединены прямыми отрезками). С помощью кнопки в правом верхнем углу производится открытие графика в отдельном окне.  
 
На обобщенной схеме фронтенда отображается осциллограмма сигнала на выходе АЦП (точки отсчетов соединены прямыми отрезками). С помощью кнопки в правом верхнем углу производится открытие графика в отдельном окне.  
 +
 +
{{ambox
 +
|type      = notice
 +
|text      = Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то выбор разрядности АЦП приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм
 +
}}
 +
  
 
==== Выбор разрядности опорного сигнала коррелятора ====
 
==== Выбор разрядности опорного сигнала коррелятора ====
Строка 106: Строка 136:
 
* ''4 бита'' - опорный сигнал коррелятора принимает значения <math>\left\{  -7; -6; ... ; 0; ... ; 6; 7  \right\}</math>.
 
* ''4 бита'' - опорный сигнал коррелятора принимает значения <math>\left\{  -7; -6; ... ; 0; ... ; 6; 7  \right\}</math>.
  
 +
{{pic|20111005_CorrModel_6.png|Рисунок 6 - Фрейм ''Квантование отсчетов АЦП''|pic6}}
 +
 +
{{ambox
 +
|type      = notice
 +
|text      = Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то выбор разрядности опорного сигнала коррелятора приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм
 +
}}
 +
 +
==== Выбор набора квадратур ====
 +
 +
Значение рассчитанных корреляционных сумм, как функции от разности задержек дальномерного кода сигнала и дальномерного кода опорных колебаний, отображается на графиках в нижнем правом углу (см. [[#pic7|рисунок 7]]). Открытие графиков в отдельном окне выполняется посредством нажатия на соответствующую кнопку в правом верхнем углу.
 +
 +
{{pic|20111005_CorrModel_7.png|Рисунок 7 - Графики вычисленных корреляционных сумм как функции разности задержек дальномерных кодов сигнала и опорных колебаний|pic7}}
 +
 +
 +
Моделью рассчитываются три пары квадратур: earler, promt, later. Переключение между их отображением осуществляется с помощью выпадающего списка (см. [[#pic8|рисунок 8]])
 +
 +
{{pic|20111005_CorrModel_8.png|Рисунок 8 - Выбор пары корреляционных сумм|pic8}}
 +
 +
 +
==== Запуск пошаговой модели ====
 +
 +
Для более наглядного представления процессов, проходящих в аппаратном корреляторе, в правом верхнем блоке основного окна программы расположена интерактивная схема аппаратного коррелятора (см. [[#pic9|рисунок 9]]).
 +
 +
{{pic|20111005_CorrModel_9.png|Рисунок 9 - Выбор пары корреляционных сумм|pic9}}
 +
 +
Помимо настройки формирующего опорное ПСП регистра и изменения сигнала на выходе АЦП, пользователь может имитировать сигналы, поступающие в коррелятор:
 +
* ''тактовые сигналы (clk)'' с помощью кнопок [[File:20111005_CorrModel_b1.png]] - подать один импульс, [[File:20111005_CorrModel_b2.png]] - включить тактовый генератор;
 +
* ''сигнал сброса (R)'' с помощью кнопки [[File:20111005_CorrModel_b3.png]].
  
 
<noinclude>
 
<noinclude>

Текущая версия на 21:23, 23 октября 2017


Список всех моделей
Crystal Clear action run.png
Модель: Фронтенд и корреляционный канал навигационного приемника
20111005 CorrModel.png
Описание Модель коррелятора НАП ГЛОНАСС с учетом ограничений полосы фронтенда
Автор(ы) Korogodin (Korogodinобсуждение)
Последняя версия 2.0 (см. репозиторий)
Загрузить no link
Хранилище GitHub
Категории Коррелятор, RF, Фронтенд, Переходные процессы, ГЛОНАСС


Содержание

[править] Описание имитационной модели

[править] Возможности имитационной модели

Имитационная модель "Фронтенд и корреляционный канал навигационного приемника" демонстрирует процессы и преобразования, проходящие в фронтенде, АЦП и корреляторе навигационной аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем. Модель позволяет получить осциллограммы и спектры процессов в описанных блоках:

  • при приеме сигнала на фоне мешающей гармонической помехи и без неё;
  • при наличии и отсутствии собственного шума приемника;
  • при различных значениях полосы пропускания фронтенда приемника;
  • при различном числе разрядов АЦП;
  • при различном числе разрядов опорных колебаний в корреляторе;
  • при различных настройках формирующего опорное ПСП регистра сдвига.

Расчет корреляционных сумм проводится тремя способами:

  • По сформированным отсчетам сигнала на выходе АЦП путем перемножения с опорными сигналами и последующим накоплением - для различных значений задержки ПСП. Позволяет рассчитать графики корреляционных сумм в зависимости от разности задержек опорной ПСП ДК и ПСП ДК сигнала на выходе АЦП.
  • На основании имеющихся данных о параметрах сигнала и фильтров производится расчет математических ожиданий статистических эквивалентов. Позволяет сравнить результаты работы коррелятора с моделью статистического эквивалента.
  • С помощью пошаговой модели с имитацией работы регистров схемы коррелятора, реализованной в ПЛИС или ASIC.

[править] Базовые математические модели

Так как моделирование производится на ЭВМ, в качестве моделей непрерывных процессов в радиочастотном блоке используются дискретизированные по времени последовательности.

  • Модель шкалы времени
t_{k,l}=t_{k,0}^{{}}+l\cdot T_d; t_{k+1,0}^{{}}=t_{k,0}^{{}}+L\cdot T_{d}^{{}}=t_{k,0}^{{}}+T,
где T_d - интервал дискретизации, T - интервал накопления в корреляторе.


  • Модель сигнала на выходе радиочастотного блока
y_{fe,k,l} =K_{f}^{{}}\cdot \left( S_{k,l}^{{}}+J_{k,l}+n_{k,l}^{{}} \right),
где
K_f - операторный коэффициент передачи цифрового фильтра с заданной полосой,
S_{k,l}^{{}}=A\cdot G_{c}^{{}}\left( t_{k,l}^{{}}-\tau _{k}^{{}} \right)\cdot \cos \left( \omega _{if}^{{}}t_{k,l}^{{}}+\omega _{d,k}^{{}}lT_{d}^{{}}+\varphi _{k}^{{}} \right) - модель полезного сигнала,
J_{k,l}^{{}}=A_j \cdot \cos \left( \omega _{j}^{{}}t_{k,l}^{{}} + \varphi _{j,k} \right) - модель гармонической помехи,
n_{k,l}^{{}} - ДБГШ с дисперсией \sigma _{n}^{2}.


  • Модель сигнала на выходе АЦП
y_{k,l} = Qu \left( y_{fe,k,l} \right),
где Qu \left( \right) - нелинейная функция квантования.


  • Модель корреляционных сумм
I_{k}^{{}}=\sum\limits_{l=1}^{L}{y_{k,l}^{{}}\cdot }G_{c}^{{}}\left( t_{k,l}^{{}}-\tilde{\tau }_{k}^{{}} \right)\cos \left( \omega _{if}^{{}}t_{k,l}^{{}}+\tilde{\omega }_{d,k}^{{}}lT_{d}^{{}}+\tilde{\varphi }_{k}^{{}} \right);
Q_{k}^{{}}=\sum\limits_{l=1}^{L}{y_{k,l}^{{}}\cdot }G_{c}^{{}}\left( t_{k,l}^{{}}-\tilde{\tau }_{k}^{{}} \right)\sin \left( \omega _{if}^{{}}t_{k,l}^{{}}+\tilde{\omega }_{d,k}^{{}}lT_{d}^{{}}+\tilde{\varphi }_{k}^{{}} \right).

[править] Работа с имитационной моделью

[править] Интерфейс модели

Взаимодействие с имитационной моделью производится посредством графического интерфейса пользователя (см. рисунок 1). С его помощью происходит установка параметров моделирования, запуск событий и получение результатов.

20111005 CorrModel 1.png
Рисунок 1 - Интерфейс имитационной модели

[править] Настройка и запуск генератора дальномерного кода

С помощью фрейма Настройка генератора производится установка параметров регистра сдвига, выполняющего функцию генератора дальномерного кода. С помощью выбора соответствующих CheckBox'ов производится замыкание обратной связи, с помощью полей ввода - установка начального значения. Сделанные изменения интерактивно отображаются на общей схеме коррелятора. Нажатие кнопки OK производит запуск генерирования ПСП - 511 тактов, что соответствует одному периоду ПСП СТ сигнала ГЛОНАСС. При этом во фрейме отображается график значения 7 бита регистра. Сформированное ПСП используется в дальнейшем для расчетов корреляционных сумм.

20111005 CorrModel 3.png
Рисунок 2 - Фрейм Настройка генератора

[править] Включение сигнала, помехи и собственного шума приемника

С помощью CheckBox Сигнал, Помеха, Шум (см. рисунок 3) производится включение/выключение имитации полезного сигнала, аддитивной гармонической помехи и аддитивного собственного шума приемника соответственно.

20111005 CorrModel 2.png
Рисунок 3 - CheckBox'ы Сигнал, Помеха, Шум

Информация
 Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то изменение значений CheckBox'ов приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм

[править] Выбор полосы фронтенда

Установка полосы фронтенда производится во фрейме Полоса фронтенда (см. рисунок 4):

  • Бесконечность - отсутствуют зеркальные каналы приема и внеполосные помехи, но спектр полезного сигнала ограничивается только частотой дискретизации (51.1 МГц);
  • 6 МГц - отсутствуют зеркальные каналы и внеполосные помехи, спектр полезного сигнала ограничен фильтром с полосой 6 МГц;
  • 1 МГц - отсутствуют зеркальные каналы и внеполосные помехи, спектр полезного сигнала ограничен фильтром с полосой 1 МГц.

20111005 CorrModel 4.png
Рисунок 4 - Фрейм Полоса фронтенда

На обобщенной схеме фронтенда отображается график спектральной плотности мощности сигнала на входе шумового АРУ. С помощью кнопки в правом верхнем углу производится открытие графика в отдельном окне.

Информация
 Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то выбор полосы фронтенда приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм


[править] Выбор разрядности АЦП

Установка числа разрядов АЦП производится во фрейме Квантование отсчетов АЦП (см. рисунок 5):

  • Без квантования - квантование не производится, отсчеты хранятся в переменных типа double (64 бита, плавающая точка);
  • Компаратор (1 бит) - входной сигнал АЦП пропускаются через компаратор, выходные отсчеты АЦП принимают значения \left\{ -1; +1 \right\}.

20111005 CorrModel 5.png
Рисунок 5 - Фрейм Квантование отсчетов АЦП

На обобщенной схеме фронтенда отображается осциллограмма сигнала на выходе АЦП (точки отсчетов соединены прямыми отрезками). С помощью кнопки в правом верхнем углу производится открытие графика в отдельном окне.

Информация
 Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то выбор разрядности АЦП приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм


[править] Выбор разрядности опорного сигнала коррелятора

Установка числа разрядов опорного сигнала коррелятора производится во фрейме Опорный сигнал (см. рисунок 6):

  • Без квантования - квантование не производится, отсчеты хранятся в переменных типа double (64 бита, плавающая точка);
  • 4 бита - опорный сигнал коррелятора принимает значения \left\{ -7; -6; ... ; 0; ... ; 6; 7 \right\}.

20111005 CorrModel 6.png
Рисунок 6 - Фрейм Квантование отсчетов АЦП

Информация
 Если ранее был произведен запуск генератора дальномерного кода, то выбор разрядности опорного сигнала коррелятора приведет к перезапуску расчета корреляционных сумм

[править] Выбор набора квадратур

Значение рассчитанных корреляционных сумм, как функции от разности задержек дальномерного кода сигнала и дальномерного кода опорных колебаний, отображается на графиках в нижнем правом углу (см. рисунок 7). Открытие графиков в отдельном окне выполняется посредством нажатия на соответствующую кнопку в правом верхнем углу.

20111005 CorrModel 7.png
Рисунок 7 - Графики вычисленных корреляционных сумм как функции разности задержек дальномерных кодов сигнала и опорных колебаний


Моделью рассчитываются три пары квадратур: earler, promt, later. Переключение между их отображением осуществляется с помощью выпадающего списка (см. рисунок 8)

20111005 CorrModel 8.png
Рисунок 8 - Выбор пары корреляционных сумм


[править] Запуск пошаговой модели

Для более наглядного представления процессов, проходящих в аппаратном корреляторе, в правом верхнем блоке основного окна программы расположена интерактивная схема аппаратного коррелятора (см. рисунок 9).

20111005 CorrModel 9.png
Рисунок 9 - Выбор пары корреляционных сумм

Помимо настройки формирующего опорное ПСП регистра и изменения сигнала на выходе АЦП, пользователь может имитировать сигналы, поступающие в коррелятор:

  • тактовые сигналы (clk) с помощью кнопок 20111005 CorrModel b1.png - подать один импульс, 20111005 CorrModel b2.png - включить тактовый генератор;
  • сигнал сброса (R) с помощью кнопки 20111005 CorrModel b3.png.


[править] Пример результатов моделирования

сenter

[править] См. также

Источник — «https://www.srns.ru/index.php?title=Фронтенд_и_корреляционный_канал_навигационного_приемника_(модель)&oldid=20154»
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
SRNS Wiki
Рабочие журналы
Приватный файлсервер
QNAP Сервер
Инструменты