Прием и обработка сигналов в перспективных образцах навигационной аппаратуры потребителей ГЛОНАСС

Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки программно-определяемых приемников, способных динамически адаптироваться к изменениям в навигационных системах без модификации аппаратной части, поскольку традиционные приемники на основе жестко заданных алгоритмов обладают ограниченной адаптивностью к изменениям структуры сигналов и появлению новых сервисов. Цель исследований: разработка алгоритма совместной обработки навигационных сигналов с частотным и кодовым разделением, обеспечивающего универсальность программного приемника в условиях разнообразия сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. Научная задача заключается в экспериментальной верификации алгоритмов цифровой обработки сигналов, позволяющих унифицировать обработку различных типов навигационных сигналов в единой программной среде.

Методы исследования: алгоритмическое моделирование, корреляционная обработка на основе быстрого преобразования Фурье, а также экспериментальная отработка на макете программного приемника.

Результаты: представлены возможные подходы к совместной обработке сложных сигналов с частотным и кодовым разделением; изложена концепция развития технологии построения навигационной аппаратуры потребителя; приведены результаты экспериментальной отработки алгоритма приема и обработки навигационных сигналов с кодовым разделением; предложен алгоритм совместной обработки сигналов с частотным и кодовым разделением в едином программном приемнике. Научная новизна работы заключается в экспериментальном подтверждении возможности унификации алгоритмов приема для сигналов с частотным и кодовым разделением в рамках единого вычислительного ядра.

Теоретическая значимость: получение нового знания о принципах построения универсальных алгоритмов обработки навигационных сигналов.

Практическая значимость: предложенный алгоритм позволяет создавать универсальные навигационные приемники с программной адаптацией к изменениям в глобальных навигационных спутниковых системах, что снижает затраты на модернизацию аппаратуры, а его реализация на базе высокопроизводительных процессоров позволит обеспечить обработку в реальном масштабе времени в перспективных образцах аппаратуры.

1. Tsui J.B.Y. Fundamentals of Global Positioning System Receivers: A Software Approach. Hoboken: Wiley-Interscience, 2005. 352. p.

2. Kaplan E.D., Hegarty C.J. Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications. Artech House, 2017. 1062 p.

3. Borre K., Akos D.M., Bertelsen N., Rinder P., Jensen S.H. A Software-Defined GPS and Galileo Receiver: A Single-Frequency Approach. Boston: Birkhäuser, 2007. 176 p. DOI:10.1007/978-0-8176-4540-3

4. Morton Y., van Diggelen F., Spilker Jr. J.J., Parkinson B.W. Lo S., Gao G. (eds.). Position, Navigation, and Timing Technologies in the 21st Century: Integrated Satellite Navigation, Sensor Systems, and Civil Applications. Hoboken: Wiley-IEEE Press, 2021. Vol. 1. 1136 p.

5. Енин С.В., Меняйлов Д.Е., Дугаев В.М., Панин Г.А., Вишин Д.Ф., Петричкович Я.Я. и др. Устройство для приема сигналов системы спутниковой навигации. Патент на полезную модель № RU 109872 U1 от 26.05.2011. Опубл. 27.10.2011. EDN:WSEGWS

6. Бахолдин В.С., Гаврилов Д.А., Герасименко И.С., Добриков В.А., Иванов В.Ф., Симонов А.Б. и др. Программный приемник сигналов спутниковых навигационных систем на базе СБИС К1879ХК1Я // Труды Института прикладной астрономии РАН. 2012. № 23. С. 230–235. EDN:PHSJFV

7. Hobiger T., Gotoh T., Amagai J., Koyama Y., Kondo T. A GPU based real-time GPS software receiver // GPS Solutions. 2010. Vol. 14. PP. 207–216. DOI:10.1007/s10291-009-0135-2. EDN:QTDPOX

8. Seo J., Chen Y.-H., De Lorenzo D.S., Lo S., Enge P., Akos D., et al. A Real-Time Capable Software-Defined Receiver Using GPU for Adaptive Anti-Jam GPS // Sensors. 2011. Vol. 11. PP. 8966–8991. DOI:10.3390/s110908966

9. Huang K.-Y., Juang J.-C., Tsai Y.-F., Lin C.-T. Efficient FPGA Implementation of a Dual-Frequency GNSS Receiver with Robust Inter-Frequency Aiding // Sensors. 2021. Vol. 21. PP. 4634. DOI:10.3390/s21144634. EDN:WRUQFZ

10. Majoral M., Fernández-Prades C., Arribas J. A Flexible System-on-Chip Field-Programmable Gate Array Architecture for Prototyping Experimental Global Navigation Satellite System Receivers // Sensors. 2023. Vol. 23. PP. 9483. DOI:10.3390/s23239483. EDN:KAUYXU