Здравствуйте, уважаемые форумчане.
Хочу разобраться в принципах работы GPS приёмников.
У меня такой вопрос:
Каким образом производится накопление корреляционных пиков в приёмнике GPS? на каком интервале времени (сколько периодов С/А кода )?
Очень хотелось бы получить информацию о источнике где это можно прочитать, так как я могу не сразу понять ответ данный в форуме.
Меня интересуют также принципы построения остальных частей приёмника. Если у когото есть по этим вопросам информация дайте ссылку. Буду благодарен.
Полная версия этой страницы: Накопление корреляционных пиков в приёмнике GPS
Форум разработчиков электроники ELECTRONIX.ru > Цифровая обработка сигналов - ЦОС (DSP) > Алгоритмы ЦОС (DSP)
Большое спасибо, Serg76.
В работе Springer___A_Software_Defined_GPS_and_Galileo_Receiver.pdf есть много полезной информации. Интересно что сразу увидел рисунки которые взятые из этого источника и использованы в статьях авторов Повалява и Хуторного. Конкретно нужную мне информацию сейчас ищу.
Пока на других форумах прочитал что накопление корреляционных пиков произвидится в течении 10 периодов С/А кода. Если ктото может подтвердить эту информацию или опровергнуть прошу отозваться. Мне пока непонятно каким образом производится накопление.
Данную ситуацию я пытаюсь моделировать в матлабе.
Генерирую С/А код добавляю к нему шум (при расчитанном значении отношения С/Ш = -25 дБ) .
Определяю взаимокорреляционную функцию (входной смеси с опорным "чистым" кодом)(конечно это упрощённая ситуация).
Потом несколько разных реализаций ВКФ просто алгебраически сумирую.
При этом центальный пик становится всё более ярко выраженным, а уровень боковых лепестков ВКФ уменьшается.
Меня всё же интересуэт правильно ли я размышляю и как это реализуется в реальных приёмниках.
В работе Springer___A_Software_Defined_GPS_and_Galileo_Receiver.pdf есть много полезной информации. Интересно что сразу увидел рисунки которые взятые из этого источника и использованы в статьях авторов Повалява и Хуторного. Конкретно нужную мне информацию сейчас ищу.
Пока на других форумах прочитал что накопление корреляционных пиков произвидится в течении 10 периодов С/А кода. Если ктото может подтвердить эту информацию или опровергнуть прошу отозваться. Мне пока непонятно каким образом производится накопление.
Данную ситуацию я пытаюсь моделировать в матлабе.
Генерирую С/А код добавляю к нему шум (при расчитанном значении отношения С/Ш = -25 дБ) .
Определяю взаимокорреляционную функцию (входной смеси с опорным "чистым" кодом)(конечно это упрощённая ситуация).
Потом несколько разных реализаций ВКФ просто алгебраически сумирую.
При этом центальный пик становится всё более ярко выраженным, а уровень боковых лепестков ВКФ уменьшается.
Меня всё же интересуэт правильно ли я размышляю и как это реализуется в реальных приёмниках.
Сначала уточните про какой режим работы вы говорите: поиск сигнала или слежение за сигналом.
В простейшем случае (вполне работоспособном на практике) достаточно накопления в течении 1 периода кода как для поиска, так и для слежения. Однако для поиска слабых сигналов (например, для спутника на границе горизонта) часто используют более длительное накопление.
В случае GPS максимально возможное накопление составляет 20 периодов (если нет дополнительной априорной информации). Однако на практике использование накопления более 10 периодов использовать сложно. При использовании накопления в течении 10 периодов можно гарантировать, что не будет смены знака ПСП, вызванной передаваемой цифровой информацией для одного из двух последовательно выполненных накоплений.
Вообще поищите матлаб код, идущий вместе с указанной выше книгой. Либо посмотрите вот этот ресурс: http://gnss-sdr.ru/ (Тут про ГЛОНАСС больше, но по сути это одно и то же).
В простейшем случае (вполне работоспособном на практике) достаточно накопления в течении 1 периода кода как для поиска, так и для слежения. Однако для поиска слабых сигналов (например, для спутника на границе горизонта) часто используют более длительное накопление.
В случае GPS максимально возможное накопление составляет 20 периодов (если нет дополнительной априорной информации). Однако на практике использование накопления более 10 периодов использовать сложно. При использовании накопления в течении 10 периодов можно гарантировать, что не будет смены знака ПСП, вызванной передаваемой цифровой информацией для одного из двух последовательно выполненных накоплений.
Вообще поищите матлаб код, идущий вместе с указанной выше книгой. Либо посмотрите вот этот ресурс: http://gnss-sdr.ru/ (Тут про ГЛОНАСС больше, но по сути это одно и то же).
:-), спасибо за ответ. А что конкретно изменится в зависимости от режима работы?
при слежении за сигналом улучшится отношение С/Ш? А при поиске сигнала - необходимо учитывать присутствие сигналов от других спутников? или что вы имели ввиду?
У меня есть Лабораторній практикум Конина (думаю достаточно известная работа). Использовал их коды в матлабе. Потом понял что кроме того что их модель достаточно упрощена не получается получить количественные результаты из за отсутствия связи через отношение сигнал/шум. Изменил код и теперь могу задавать это отношение. но при отношениях сигнал/шум ниже -20, -25 дБ взаимокорреляционная функция не имеет явно выраженного пика, а в разных реализациях на месте пика может быть даже провал. Теперь думаю - как можно определить (какомуто решаюшему устройству) присутствует ли сигнал на входе.
Конечно пытаюсь проанализировать полученый результат на основе теории корреляционной обработки, пока не очень получается. Не могу понять как определять оношение сигнал/шум на выходе. Тоесть имея выборку ВКФ.
Возможно я чего то принципиально не понимаю. Скорее всего так и есть. Попрошу пояснить.
при слежении за сигналом улучшится отношение С/Ш? А при поиске сигнала - необходимо учитывать присутствие сигналов от других спутников? или что вы имели ввиду?
У меня есть Лабораторній практикум Конина (думаю достаточно известная работа). Использовал их коды в матлабе. Потом понял что кроме того что их модель достаточно упрощена не получается получить количественные результаты из за отсутствия связи через отношение сигнал/шум. Изменил код и теперь могу задавать это отношение. но при отношениях сигнал/шум ниже -20, -25 дБ взаимокорреляционная функция не имеет явно выраженного пика, а в разных реализациях на месте пика может быть даже провал. Теперь думаю - как можно определить (какомуто решаюшему устройству) присутствует ли сигнал на входе.
Конечно пытаюсь проанализировать полученый результат на основе теории корреляционной обработки, пока не очень получается. Не могу понять как определять оношение сигнал/шум на выходе. Тоесть имея выборку ВКФ.
Возможно я чего то принципиально не понимаю. Скорее всего так и есть. Попрошу пояснить.
Есть такая удобная формула, позволяющая оценить изменение отношение сигнал/шум при прохождении сигнала через коррелятор:
Выигрыш_за_счет_обработки = Полоса_сигнала_до_коррелятора / Полоса_сигнала_после_коррелятора - выигрыш в разах.
Соответственно из неё получается:
1) Для поиска сигнала с накоплением 1 период C/A кода: 2,046МГц/1кГц = 2046 (или 33 дБ);
2) Для поиска сигнала с накоплением 10 периодов: 2,046МГц/0,1кГц = 20460 (или 43 дБ);
3) В режиме слежения полоса после коррелятора дополнительно сокращается за счет фильтра в петле ФАПЧ. Типовая полоса фильтра составляет, например 10 Гц. Тогда 2,046МГц/0,01кГц = 204600 (или 53 дБ).
Т.е. от режима работы (поиск/слежение) зависит выигрыш, получаемый за счет обработки сигнала.
Вы не указали при каком времени накопления вы не можете увидеть корреляционный пик и какое точно при этом отношение сигнал/шум и на сколько параметры опорного сигнала и входного отличаются по частоте и задержке.
Выигрыш_за_счет_обработки = Полоса_сигнала_до_коррелятора / Полоса_сигнала_после_коррелятора - выигрыш в разах.
Соответственно из неё получается:
1) Для поиска сигнала с накоплением 1 период C/A кода: 2,046МГц/1кГц = 2046 (или 33 дБ);
2) Для поиска сигнала с накоплением 10 периодов: 2,046МГц/0,1кГц = 20460 (или 43 дБ);
3) В режиме слежения полоса после коррелятора дополнительно сокращается за счет фильтра в петле ФАПЧ. Типовая полоса фильтра составляет, например 10 Гц. Тогда 2,046МГц/0,01кГц = 204600 (или 53 дБ).
Т.е. от режима работы (поиск/слежение) зависит выигрыш, получаемый за счет обработки сигнала.
Вы не указали при каком времени накопления вы не можете увидеть корреляционный пик и какое точно при этом отношение сигнал/шум и на сколько параметры опорного сигнала и входного отличаются по частоте и задержке.
Никак не пойму почему полоса чатот занимаемая сигналом С/А равна 2,046МГц. Наверное это значение взятое по уровню нуль, а не по типичному 0,707 (по мощности 0,5). Не сомневаюсь что вы это не с воздуха взяли. Объясните почему Полоса_сигнала_после_коррелятора равна 1 кГц? Мне было бы очень интересно узнать о источнике откуда это взято чтобы не задавать много для вас, возможно, простых вопросов.
Попробую подробнее написать о своих попытках:
генерирую код Голда одного из спутников длтной 1023 символа.
Добавляю к нему шум (сумируя). При этом отношение С/Ш на входе коррелятора = -25дБ.
дискретизирую оба этих "сигнала".
Получаю ВКФ как корреляционная функцыя от кода Голда с шумом и опорного кода получаю результат.
Полученый таким образом результат приведен в прикреплённом файле.
рис1 - код Голда
рис2 - дискретизированный код Голда + шум
рис3, рис4 - реализации ВКФ. Через особенности Матлаба (или моего неумения им пользоваться) максимум должен получится на значении по оси х = 2047.
рис5 - сумма десяти реализаций ВКФ.
Рассогласование по частоте не учитываю пока.
Попробую подробнее написать о своих попытках:
генерирую код Голда одного из спутников длтной 1023 символа.
Добавляю к нему шум (сумируя). При этом отношение С/Ш на входе коррелятора = -25дБ.
дискретизирую оба этих "сигнала".
Получаю ВКФ как корреляционная функцыя от кода Голда с шумом и опорного кода получаю результат.
Полученый таким образом результат приведен в прикреплённом файле.
рис1 - код Голда
рис2 - дискретизированный код Голда + шум
рис3, рис4 - реализации ВКФ. Через особенности Матлаба (или моего неумения им пользоваться) максимум должен получится на значении по оси х = 2047.
рис5 - сумма десяти реализаций ВКФ.
Рассогласование по частоте не учитываю пока.
Цитата(dementiy goga @ May 21 2011, 11:43) 
Никак не пойму почему полоса чатот занимаемая сигналом С/А равна 2,046МГц. Наверное это значение взятое по уровню нуль, а не по типичному 0,707 (по мощности 0,5). Не сомневаюсь что вы это не с воздуха взяли. Объясните почему Полоса_сигнала_после_коррелятора равна 1 кГц?
Видимо речь идет не о полосе сигнала, а о том, что обработка ведется на двойной символьной скорости
Например, если вспомнить теорему Котельникова-Найквиста-Шеннона, то из неё следует, что полоса дискретизации должна быть в два или более раз больше, чем максимальная частота в спектре. Тактовая частота C/A сигнала 1,023 МГц, соответственно полоса 2*1,023МГц = 2,046МГц.
Полоса_сигнала_после_коррелятора равна 1кГц при накоплении в течении 1 периода C/A-кода. Это в общем-то азбука. Почитайте что-нибудь про оптимальный прием сигналов. Может, "Цифровая связь" Б. Скляра подойдет. Или еще лучше что-нибудь, типа Тихонова "Оптимальный прием сигналов". Или "Случайные процессы в радиотехнике" Шахтарина. Будьте готовы разбираться в математике. Разберитесь с тем что такое коррелятор и согласованный фильтр.
Постройте графики с меньшим отношением сигнал/шум, например, -15 дБ. Еще можно сгенерировать не 1 период сигнала, а сразу 10. И от них взять ВКФ.
Полоса_сигнала_после_коррелятора равна 1кГц при накоплении в течении 1 периода C/A-кода. Это в общем-то азбука. Почитайте что-нибудь про оптимальный прием сигналов. Может, "Цифровая связь" Б. Скляра подойдет. Или еще лучше что-нибудь, типа Тихонова "Оптимальный прием сигналов". Или "Случайные процессы в радиотехнике" Шахтарина. Будьте готовы разбираться в математике. Разберитесь с тем что такое коррелятор и согласованный фильтр.
Постройте графики с меньшим отношением сигнал/шум, например, -15 дБ. Еще можно сгенерировать не 1 период сигнала, а сразу 10. И от них взять ВКФ.
Цитата(:-) @ May 21 2011, 13:50)
Например, если вспомнить теорему Котельникова-Найквиста-Шеннона, то из неё следует, что полоса дискретизации должна быть в два или более раз больше, чем максимальная частота в спектре.
Все-таки не максимальная частота в спектре, а в два раза больше, чем полоса, занимаемая сигналом, это все с учетом того, что сигнал вещественный. при квадратурной дискретизации сигнала теоретически достаточно чтобы каждая квадратура имела одну выборку на символ.
Serg76, вы правы на счёт квадратурной дискретизации (это почти слово в слово написано у Сергиенко ЦОС и Кузьмина Основы ЦОС в радиолокации). В книгах по GPS приводятся структурные схемы приёмников сигналов GPS и в них используется квадратурный принципр приёма, но также пишут (в тех же книгах) что ширина спектра сигнала С/А 2 МГц и полоса пропускания ПРМ 2 МГц, при этом не указывая уровень по которому определена ширина.
:-), спасибо за литературу, обязательно посмотрю. А насчёт ВКФ - если взять С/Ш = -15дБ то корреляционный пик просматривается так как надо - превышает боковые всплески почти в два раза но это же не реальное отношение С/Ш.
:-), спасибо за литературу, обязательно посмотрю. А насчёт ВКФ - если взять С/Ш = -15дБ то корреляционный пик просматривается так как надо - превышает боковые всплески почти в два раза но это же не реальное отношение С/Ш.
Цитата(dementiy goga @ May 21 2011, 15:50)
Serg76, вы правы на счёт квадратурной дискретизации
При таком подходе и достаточном соотношении С/Ш можно немного сэкономить на вычислительных ресурсах при программной обработке сигнала, я и сам так иногда поступаю
В зависимости от спектральной маски сигнала можно установить частоту дискретизации меньше 2-х выборок на символ для квадратурного потока.
Цитата(:-) @ May 21 2011, 12:03)
Есть такая удобная формула, позволяющая оценить изменение отношение сигнал/шум при прохождении сигнала через коррелятор:
Выигрыш_за_счет_обработки = Полоса_сигнала_до_коррелятора / Полоса_сигнала_после_коррелятора - выигрыш в разах.
Соответственно из неё получается:
1) Для поиска сигнала с накоплением 1 период C/A кода: 2,046МГц/1кГц = 2046 (или 33 дБ);
2) Для поиска сигнала с накоплением 10 периодов: 2,046МГц/0,1кГц = 20460 (или 43 дБ);
3) В режиме слежения полоса после коррелятора дополнительно сокращается за счет фильтра в петле ФАПЧ. Типовая полоса фильтра составляет, например 10 Гц. Тогда 2,046МГц/0,01кГц = 204600 (или 53 дБ).
Т.е. от режима работы (поиск/слежение) зависит выигрыш, получаемый за счет обработки сигнала.
Выигрыш_за_счет_обработки = Полоса_сигнала_до_коррелятора / Полоса_сигнала_после_коррелятора - выигрыш в разах.
Соответственно из неё получается:
1) Для поиска сигнала с накоплением 1 период C/A кода: 2,046МГц/1кГц = 2046 (или 33 дБ);
2) Для поиска сигнала с накоплением 10 периодов: 2,046МГц/0,1кГц = 20460 (или 43 дБ);
3) В режиме слежения полоса после коррелятора дополнительно сокращается за счет фильтра в петле ФАПЧ. Типовая полоса фильтра составляет, например 10 Гц. Тогда 2,046МГц/0,01кГц = 204600 (или 53 дБ).
Т.е. от режима работы (поиск/слежение) зависит выигрыш, получаемый за счет обработки сигнала.
Последний пункт сомнителен. Следящая система фильтрует не сам сигнал, а сигнал ошибки слежения за каким-то его параметром. Вот оценка параметра сигнала улучшается (уменьшается дисперсия). Но это всё равно хуже, чем при когерентном накоплении сигнала длительностью 100мс и последующей оценкой параметра. Разница как между когерентным накоплением и последетекторным накоплением сигнала.
Для просмотра полной версии этой страницы, пожалуйста, пройдите по ссылке.