Цифровой измеритель координат

Предлагаемое устройство относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения местоположения подвижных объектов. Измеритель координат содержит последовательно соединенные антенну, приемник, аналого-цифровой преобразователь, блок прямого преобразования Фурье, блок подавления узкополосных помех и блок обратного преобразования Фурье, последовательно включенные блок обнаружения сигнала, дискриминатор, вычислитель координат и индикатор, последовательно соединенные опорный генератор и делитель, первый цифровой согласованный фильтр. Для повышения помехоустойчивости к импульсным помехам в измеритель дополнительно введены: два блока ключей, два дешифратора, второй цифровой согласованный фильтр и блок элементов "ИЛИ". Высокая помехоустойчивость к импульсным помехам предлагаемого устройства, обеспечивается раздельной обработкой кодовых посылок сигнала от ведущей и от ведомых опорных станций двумя цифровыми согласованными фильтрами, в отличие от прототипа, где обработка этих кодовых посылок производится совмещение, т.e. одним цифровым согласованным фильтром.

Предлагаемое устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для определения местоположения подвижных объектов.

Известны "Способ определения местоположения подвижных объектов и устройство для его реализации" по патенту на изобретение РФ №2202102 от 2000 г., в которых для повышения точности измерения определяются в калибровочном цикле корректирующие коэффициенты, а затем в рабочем цикле производится коррекция координат местоположения объекта. Недостатком этого способа и устройства является его сложность.

Известно также "Навигационное устройство" по патенту на изобретение РФ №2058532 от 1996 г., в котором определение местоположения объектов основано на измерении координат с помощью датчиков. Однако данное устройство обладает низкой точностью измерения навигационных параметров.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому устройству является "Измеритель координат" по патенту на полезную модель РФ №46366, с приоритетом от 17.02.05 г., зарегистрированному в Государственном реестре полезных моделей РФ 27.06.05 г. и принятому за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, для которой приняты следующие обозначения:

1 - антенна;

2 - приемник;

3 - опорный генератор;

4 - аналого-цифровой преобразователь (AЦП);

5 - делитель;

6 - блок прямого преобразования Фурье (ППФ);

7 - блок подавления узкополосных помех (ПУП);

8 - блок обратного преобразования Фурье (ОПФ);

9 - блок обнаружения сигнала (ОС);

10 - цифровой согласованный фильтр (ЦСФ)

11 - дискриминатор;

12 - вычислитель координат;

13 - индикатор.

Устройство-прототип содержит: последовательно соединенные антенну 1, приемник 2, АЦП4, блок ППФ6, блок ПУП7, блок ОПФ8, ЦСФ10, дискриминатор 11, вычислитель координат 12 и индикатор 13, последовательно включенные опорный генератор 3 и делитель 5, группа выходов которого соединена со второй группой входов блока ППФ6, блока ПУП7, блока ОПФ8, ЦСФ10, дискриминатора 11 и вычислителя координат 12, а также блок ОС9, при этом одиночный выход делителя 5 подключен ко второму входу АСП4, вторая группа выходов ЦСФ10 соединена с группой входов блока ОС9, группа выходов которого подключена к третьей группе входов дискриминатора 11.

Устройство-прототип работает следующим образом. В начальный момент приемник 2 осуществляет с помощью антенны 1 прием радиосигналов от опорных станций наземной системы дальней навигации (типа "Лоран - С"). Принятые сигналы с выхода приемника 2 подаются затем на АЦП4, где преобразуются под действием тактовых импульсов с делителя 5, сформированных из опорной частоты генератора 3, из аналоговой формы в цифровую.

Далее цифровой сигнал с выхода АЦП4 поступает параллельным кодом на блок ППФ6, где подвергается прямому преобразованию Фурье. Сигнал прямого преобразования Фурье с блока 6 подается затем на блок ПУП7, где сначала в нем определяются участки, пораженные узкополосными помехами, а потом осуществляется их подавление путем "вырезания" из спектра сигнала. "Очищенный" от узкополосных помех сигнал с блока 7 поступает затем на блок ОПФ8, где подвергается обратному преобразованию Фурье (восстановлению). Далее сигнал подается на ЦСФ10, который производит оптимальную обработку пачки импульсов, максимизируя тем самым отношение сигнал/помеха. Сигнал с выхода ЦСФ10 поступает затем на дискриминатор 11. Кроме того, сигнал с выхода ЦСФ10 подается также на блок ОC9, представляющий собой пороговую схему, где при превышении порога сигнал считывается обнаруженным. Обнаруженный сигнал с блока OС9 поступает на второй вход дискриминатора 11, который определяет код временного положения сигнала каждой навигационной станции относительно условной точки отсчета. Цифровой сигнал с дискриминатора 11 подается на вычислитель координат 12, представляющий собой микропроцессор, где по временным задержкам между сигналами от опорных наземных станций системы дальней радионавигации производится вычисление географических координат подвижного объекта. Работа блоков 6, 7, 8, 10, 11, 12 производится с помощью синхроимпульсов с делителя 5, сформированных из опорной частоты генератора 3. Далее значения географических координат с выхода вычислителя 12 поступают на индикатор 13 для визуального отображения.

Однако устройство-прототип обладает недостатком - низкой помехоустойчивостью к импульсным помехам.

С целью повышения помехоустойчивости к импульсным помехам в устройство, содержащее последовательно соединенные антенну, приемник, аналого-цифровой преобразователь, блок прямого преобразования Фурье, блок подавления узкополосных помех и блок обратного преобразования Фурье, последовательно включенные блок обнаружения сигнала, дискриминатор, вычислитель координат и индикатор, последовательно соединенные опорный генератор и делитель, первый цифровой согласованный фильтр, при этом, одиночный выход делителя подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, группа выходов делителя соединена со второй группой входов блока прямого преобразования Фурье, блока подавления узкополосных помех, блока обратного преобразования Фурье, дискриминатора и вычислителя координат, группа входов первого цифрового согласованного фильтра подключена к группе выходов делителя, дополнительно введены: два блока ключей, два дешифратора, второй цифровой согласованный фильтр и блок элементов "ИЛИ", при этом группа выходов блока обратного преобразования Фурье соединена с группой входов первого и второго блоков ключей, первого и второго дешифраторов, выходы которых подключены к одиночным входам первого и второго блоков ключей соответственно, группа выходов первого блока ключей соединена со второй группой входов первого цифрового согласованного фильтра, группа выходов которого подключена к первой группе входов блока элементов "ИЛИ", группа выходов второго блока ключей

соединена с первой группой входов второго цифрового согласованного фильтра, группа выходов которого подключена ко второй группе входов блока элементов "ИЛИ", группа выходов блока элементов "ИЛИ" соединена с группой входов блока обнаружения сигнала и третьей группой входов дискриминатора, группа выходов делителя подключена ко второй группе входов второго цифрового согласованного фильтра.

Функциональная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.2, для которой приняты следующие обозначения:

1 - антенна;

2 - приемник;

3 - опорный генератор;

4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

5 - делитель;

6 - блок прямого преобразования Фурье (ППФ);

7 - блок подавления узкополосных помех (ПУП);

8 - блок обратного преобразования Фурье (ОПФ);

9, 10 - блоки ключей;

11, 12 - дешифраторы;

13, 14 - цифровые согласованные фильтры (ЦСФ);

15 - блок элементов "ИЛИ";

16 - блок обнаружения сигнала (ОС);

17 - дискриминатор;

18 - вычислитель координат;

19 - индикатор.

Предлагаемое устройство содержит: последовательно соединенные антенну 1, приемник 2, АЦП4, блок ППФ6, блок ПУП7,

блок ОПФ8, блок ключей 9, ЦСФ13, блок элементов "ИЛИ" 15, блок OC16, дискриминатор 17, вычислитель координат 18 и индикатор 19, последовательно включенные блок ключей 10 и ЦСФ14, группа выходов которого соединена со второй группой входов блока элементов "ИЛИ", последовательно включенные опорный генератор 3 и делитель 5, одиночный выход которого соединен со вторым входом АЦП4, дешифраторы 11, 12, группа входов которых подключена к группе выходов блока ОПФ8, а одиночные выходы дешифраторов 11, 12 соединены с одиночными входами блоков ключей 9, 10 соответственно, при этом группа выходов делителя 5 подключена к группе вторых входов блока ППФ6, блока ПУП7, блока ОПФ8, ЦСФ13, 14, дискриминатора 17 и вычислителя координат 18, группа выходов блока элементов "ИЛИ" 15 соединена с группой третьих входов дискриминатора 17, группа входов блока ключей 10 подключена к группе выходов блока ОПФ8.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. В начальный момент приемник 2 осуществляет с помощью антенны 1 прием радиосигналов от опорных станций (одной ведущей и двух ведомых) наземной системы дальней навигации (типа "Лоран - С"). Принятые сигналы с выхода приемника 2 подаются затем на АЦП4, где преобразуются под действием тактовых импульсов с делителя 5, сформированных из опорной частоты генератора 3, из аналоговой формы в цифровую. Затем цифровой сигнал с выхода АЦП4 поступает параллельным кодом на блок ППФ6, где подвергается прямому преобразованию Фурье. Сигнал прямого преобразования Фурье с блока 6 подается далее на блок ПУП7, где сначала в

нем определяются участки, пораженные узкополосными помехами, а затем осуществляется их подавление путем "вырезания" из спектра сигнала, "Очищенный" от узкополосных помех сигнал с блока 7 поступает затем на блок ОПФ8, где подвергается обратному преобразованию Фурье (восстановлению). Далее сигнал подается на дешифраторы 11, 12, которые распознают какая кодовая посылка (пачка импульсов) от ведущей или от ведомой опорных станций в данный момент времени передается. При этом, если в данный момент времени передается сигнал от ведущей опорной станции, то срабатывает дешифратор 11. Импульс с дешифратора 11 открывает ключи блока 9 и сигнал ведущей опорной станции с блока ОПФ8 поступает на ЦСФ13. Если же в данный момент времени передается сигнал от ведомой опорной станции, то срабатывает дешифратор 12. Импульс с дешифратора 12 открывает ключи блока 10 и сигнал ведомой опорной станции подается с блока ОПФ8 на ЦСФ14.

ЦСФ13, 14 производят оптимальную обработку соответствующей пачки импульсов (от ведущей или от ведомой станций соответственно), максимизируя тем самым отношение сигнал/помеха. Далее, тот или иной сигнал (от ведущей или от ведомой опорных станций), поступает с выходов ЦСФ13, 14 через блок элементов "ИЛИ" 15 на дискриминатор 17, Кроме того, сигнал подается также на блок OС16, представляющий собой пороговую схему, где при превышении порога сигнал считывается обнаруженным, Обнаруженный сигнал с блока OC16 поступает на второй вход дискриминатора 17, который определяет код временного положения сигнала каждой навигационной станции относительно

условной точки отсчета. Цифровой сигнал с дискриминатора 17 подается на вычислитель координат 18, представляющий собой микропроцессор, где по временным задержкам между сигналами от опорных наземных станций системы дальней радионавигации производится вычисление географических координат подвижного объекта. Работа блоков 6, 7, 8, 13, 14, 17, 18 производится с помощью синхроимпульсов с делителя 5, сформированных из опорной частоты генератора 3. Далее значения географических координат с выхода вычислителя 18 поступают на индикатор 19 для визуального отображения.

Предлагаемое устройство реализуется на базе блоков и микросхем, известных из технической литературы.

Техническая эффективность предлагаемого устройства, в сравнении с прототипом, заключается в том, что оно обладает более высокой помехоустойчивостью к импульсным помехам. Это объясняется следующим.

В прототипе, обработка кодовых посылок сигнала от ведущей и от ведомых опорных станций производится одним ЦСФ10, т.е. носит совмещенный характер.

Предлагаемое устройство, в отличие от прототипа, содержит дополнительно второй ЦСФ14 и блоки 9, 10, 11, 12, 15, благодаря которым производится раздельная обработка кодовых посылок от ведущей и от ведомых опорных станций ЦСФ13, 14 соответственно. Это позволяет более точно настроить ЦСФ13, 14, каждый на "свою" кодовую посылку сигнала, что повышает помехоустойчивость к импульсным помехам.

Цифровой измеритель координат, содержащий последовательно соединенные антенну, приемник, аналого-цифровой преобразователь, блок прямого преобразования Фурье, блок подавления узкополосных помех и блок обратного преобразования Фурье, последовательно включенные блок обнаружения сигнала, дискриминатор, вычислитель координат и индикатор, последовательно соединенные опорный генератор и делитель, первый цифровой согласованный фильтр, при этом одиночный выход делителя подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, группа выходов делителя соединена со второй группой входов блока прямого преобразования Фурье, блока подавления узкополосных помех, блока обратного преобразования Фурье, дискриминатора и вычислителя координат, группа входов первого цифрового согласованного фильтра подключена к группе выходов делителя, отличающийся тем, что в измеритель координат дополнительно введены два блока ключей, два дешифратора, второй цифровой согласованный фильтр и блок элементов "ИЛИ", при этом группа выходов блока обратного преобразования Фурье соединена с группой входов первого и второго блоков ключей, первого и второго дешифраторов, выходы которых подключены к одиночным входам первого и второго блоков ключей соответственно, группа выходов первого блока ключей соединена со второй группой входов первого цифрового согласованного фильтра, группа выходов которого подключена к первой группе входов блока элементов "ИЛИ", группа выходов второго блока ключей соединена с первой группой входов второго цифрового согласованного фильтра, группа выходов которого подключена ко второй группе входов блока элементов "ИЛИ", группа выходов блока элементов "ИЛИ" соединена с группой входов блока обнаружения сигнала и третьей группой входов дискриминатора, группа выходов делителя подключена ко второй группе входов второго цифрового согласованного фильтра.