gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2018.26.3.023-039gyroscopy-283Research ArticleСтатьиСигма-точечный алгоритм фильтра Калмана в задаче оценки параметров сигналов ГНСС в некогерентном режиме слежения в аппаратуре автономной навигации космических аппаратовKalman Filter Sigma-Point Algorithm in the Problem of GNSS Signal Parameters Estimation in NoncoherentШавринВ. В.ShavrinV. V.

Шаврин Вячеслав Владимирович. Аспирант кафедры радиотехнических систем, младший научный сотрудник, 

ТисленкоВ. И.TislenkoV. I.

Тисленко Владимир Ильич. Доктор технических наук, профессор.

Действительный член общественного объединения «Академия навигации и управления движением».

ЛебедевВ. Ю.LebedevV. Yu.

Лебедев Виталий Юрьевич. Кандидат технических наук, зав. лабораторией радионавигации

ФилимоновВ. А.FilimonovV. A.

Филимонов Владимир Андреевич. Аспирант, младший научный сотрудник

КонаковА. С.KonakovA. S.

Конаков Алексей Сергеевич. Аспирант кафедры радиотехнических систем

Томский университет систем управления и радиоэлектроники.РоссияTomsk University of Control Systems and Radioelectronics, Radiotechnical Systems DepartmentRussian FederationНИИ радиотехнических систем Томского университета систем управления и радиоэлектроникиРоссияTomsk University of Control Systems and Radioelectronics, Radiotechnical Systems DepartmentRussian FederationНИИ радиотехнических систем Томского университета систем управления и радиоэлектроники.РоссияTomsk University of Control Systems and Radioelectronics, Radiotechnical Systems DepartmentRussian Federation2018211120252632339Copyright © Шаврин В.В., Тисленко В.И., Лебедев В.Ю., Филимонов В.А., Конаков А.С., 20252025Шаврин В.В., Тисленко В.И., Лебедев В.Ю., Филимонов В.А., Конаков А.С.Shavrin V.V., Tislenko V.I., Lebedev V.Y., Filimonov V.A., Konakov A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/283

Рассмотрен алгоритм построения многоконтурной некогерентной системы слежения за радионавигационными параметрами сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) для системы автономной космической навигации. Выполнен сравнительный анализ точностных характеристик системы с дискриминаторами и фильтром в контуре слежения и предлагаемой системы без дискриминаторов. Исследованы среднеквадратические погрешности оценок, ширина полосы захвата на сопровождение при различных значениях энергетического параметра «сигнал/шум». Выполнена экспериментальная проверка работоспособности предлагаемой схемы слежения.

The paper presents a multiloop system for noncoherent tracking of the radionavigation parameters of global navigation satellite system (GNSS) signals in autonomous satellite navigation system. Comparative analysis of accuracies of traditional tracking system with discriminators and filter in the tracking loop and the proposed system without discriminators is conducted. RMS errors of estimates, pull-in range and the probability of signal acquisition are studied under various SNR values. Experimental tests of derived noncoherent tracking loop are performed.

Оценка параметроввременнáя задержкафильтр Калманакорреляторкорреляционный интегралнекогерентная схема слежения.Рarameters estimationtime delayKalman filtercorrelatorcorrelation integralnoncoherent tracking loop.ReferencesГЛОНАСС принципы построения и функционирования / под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. М.: Радиотехника, 2010. 800 с.Perov, A.I., and Kharisov, V.N., GLONASS: printsipy postroeniya i funktsionirovaniya (GLONASS: Principles of Construction and Functioning), Moscow: Radiotekhnika, 2010.Understanding GPS: principles and applications / edit. E. Kaplan, C. Hegarty. Artech House, 2006. 2nd ed. 723p.Kaplan, E.D., and Hegarty, C.J., Understanding GPS. Principles and Applications, Artech House, 2006, 2nd ed.Михайлов Н.В. Автономная навигация космических аппаратов при помощи спутниковых радионавигационных систем. СПб.: Политехника, 2014. 362 с.Mikhailov, N.V., Avtonomnaya navigatsiya kosmicheskikh apparatov pri pomoshchi sputnikovykh radionavigatsionnykh sistem (Autonomous Navigation of Spacecraft Using Radionavigation Satellite Systems), St. Petersburg: Politekhnika, 2014.Psiaki, M.L., Jung H., Extended Kalman Filter Methods for Tracking Weak GPS Signals, ION GPS, Portland, USA, 2002, pp. 2539–2553.Psiaki, M.L., and Jung, H., Extended Kalman filter methods for tracking weak GPS signals, Proceedings of ION GPS 2002, Portland, USA, 2002, pp. 2539–2553.Ziedan, N.I., Garrison, J.L., Bit Synchronization and Doppler Frequency Removal at Very Low Carrier to Noise Ratio Using a Combination of the Viterbi Algorithm with an Extended Kalman Filter, ION GPS/GNSS, Portland, USA, 2003, 12 p.Ziedan N.I., and Garrison J.L., Bit synchronization and Doppler frequency removal at very low carrier to noise ratio using a combination of the Viterbi algorithm with an extended Kalman filter, Proceedings of ION GPS 2003, Portland, USA, 2003, pp. 616–627.Ziedan, N.I., Garrison, J.L., Extended Kalman Filter-Based Tracking of Weak GPS Signals under High Dynamic Conditions, ION GNSS 17th International Technical Meeting of the Satellite Division, USA, 2004, 12 p.Ziedan, N.I., and Garrison, J.L., Extended Kalman filter-based tracking of weak GPS signals under high dynamic conditions, Proceedings of ION GNSS 2004, Long Beach, USA, 2004, pp. 20–31.Ren, T., Petovello, M.G., Basnayake, C., Requirements Analysis for Bit Synchronization and Decoding in a Standalone High-Sensitivity GNSS Receiver, Proceeding of Ubiquitous Positioning Indoor Navigation and Location Based Service (UPINLBS), Helsinki, Finland, 2012, 9 p.Ren, T., Petovello, M. G., and Basnayake, C., Requirements analysis for bit synchronization and decoding in a standalone high-sensitivity GNSS receiver, Proceedings of Ubiquitous Positioning, Indoor Navigation, and Location Based Service (UPINLBS), Helsinki, Finland, 2012, pp. 1–9Ding, J., Zhang, G., Zhao, L., Urban and Indoor Weak Signal Tracking Using an Array Tracker with MVA and Nonlinear Filtering, Journal of Applied Mathematics, 2014. № 6, 10 p.Ding, J., Zhang, G., and Zhao, L., Urban and indoor weak signal tracking using an array tracker with MVA and nonlinear filtering, Journal of Applied Mathematics, 2014.Petovello, M.G., O’Driscoll, C., Lachapelle, G., Carrier Phase Tracking of Weak Signals Using Different Receiver Architectures, Department of Geomatics Engineering, Alberta: The University of Calgary, Canada, 2008, 11 p.Petovello, M.G., O’Driscoll, C., and Lachapelle, G., Carrier phase tracking of weak signals using different receiver architectures, Proceedings of ION NTM 2008, San Diego, CA, 2008.Перов А.И., Корогодин И.В. Синтез и анализ алгоритмов оценивания мощности полезной и шумовой составляющей на выходе коррелятора // Радиотехника. 2011. №7. С. 76–82.Perov, A.I., and Korogodin, I.V., Synthesis and analysis of algorithms for estimating the power of the signal and the noise components at the correlator’s output, Radiotekhnika, 2011, no. 7, pp. 76–82.Falletti, E., Pini, M., Lo Presti, L., GNSS solutions: Carrier-to-noise algorithms, Inside GNSS, 2010, Jan/Feb., pp. 20–27.Falletti, E., Pini, M., Lo Presti, L., GNSS solutions: carrier-to-noise algorithms, Inside GNSS, 2010, Jan/Feb, pp. 20–27.Шаврин В.В., Филимонов В.А., Лебедев В.Ю., Тисленко В.И., Кравец А.П., Конаков А.С. Квазиоптимальная оценка параметров сигналов ГНСС в режиме когерентного приема с использованием алгоритма сигма-точечного фильтра Калмана // Гироскопия и навигация. 2016, № 3 (94). С. 26–37.Shavrin, V.V., Filimonov, V.A., Lebedev, V.Yu., Tislenko, V.I., Kravets, A.P., and Konakov, A.S., Quasioptimal estimation of GNSS signal parameters in coherent reception mode using sigma-point Kalman filter, Gyroscopy and Navigation, 2017, vol. 8, no. 1, pp. 24-30.Sarkka, S., Bayesian Filtering and Smoothing, Cambridge University Press, 2013, 254 p.Sarkka, S., Bayesian Filtering and Smoothing, Cambridge University Press, 2013.Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. Учеб. Пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1991. 608 с.Tikhonov, V.I., and Kharisov, V.N., Statisticheskii analiz i sintez radiotekhnicheskikh ustroistv i sistem (Statistical Analysis and Synthesis of Radiotechnical Devices and Systems), Moscow: Radio i svyaz', 1991.Simandl, M., Lecture notes on state estimation of nonlinear non-Gaussian stochastic systems, University of West Bohemia, Pilsen, 2006. 155 p.Simandl, M., Lecture Notes on State Estimation of Nonlinear Non-Gaussian Stochastic Systems, Pilsen: University of West Bohemia, 2006.Im, S., Song, J., Jee, G., Park, C., Comparison of GPS Tracking Loop Performance in High Dynamic Condition with Nonlinear Filtering Techniques, ION GNSS 21st International Technical Meeting of Satellite Division, 2008, pp. 2351–2360.Im, S., Song, J., Jee, G., and Park, C., Comparison of GPS tracking loop performance in high dynamic condition with nonlinear filtering techniques, ION GNSS 21st International Technical Meeting of Satellite Division, 2008, pp. 2351–2360.Корогодин И.В. Потенциальные характеристики оценивания частоты в некогерентном приеме // Радиотехника. 2013. №7. С. 109–115.Korogodin, I.V., Potential performance of frequency estimation for non-coherent receiver, Radiotekhnika, 2013, no. 7, pp. 109–115.Болденков Е.Н. Совместное слежение за задержкой и несущей сигнала методами оптимальной траекторной фильтрации // Радиотехника. 2013. №10. С. 103–106.Boldenkov, E.N., Complex delay and frequency of GNSS signal tracking algorithm based on optimal trajectory filtering techniques, Radiotekhnika, 2013, no. 10, pp. 103–106.Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1986. 512 с.Gonorovskii, I.S., Radiotekhnicheskie tsepi i signaly (Radiotechnical Circuits and Signals): uchebnik dlya vuzov (Textbook for Higher Educational Establishments), 4th ed., Moscow: Radio i svyaz', 1986.Doucet, A., Johansen, A.M., A Tutorial on Particle Filtering and Smoothing: Fifteen years later, 2008, 39 p.Doucet, A., and Johansen A., A tutorial on particle filtering and smoothing: fifteen years later. In: Crisan, D., Rozovsky, B. (eds.) Oxford Handbook of Nonlinear Filtering, OUP, Oxford, 2009.Merwe, R., Sigma-Point Kalman Filters for Probabilistic Inference in Dynamic State-Space Models, PhD Thesis, 2004, 397 p.Merwe, R., Sigma-Point Kalman Filters for Probabilistic Inference in Dynamic State-Space Models, PhD Thesis, 2004.Candy, J.V., Bayesian signal processing. Classical, Modern, and Particle Filtering Methods, JohnWiley & Sons, Inc. 2009, 446 p.Candy, J. V., Bayesian Signal Processing. Classical, Modern, and Particle Filtering Methods, John Wiley & Sons, Inc., 2009.Julier, S.J., Uhlman, J.K., A New Extension of the Kalman Filter to Nonlinear Systems, Proc. of AeroSence, The 11th Intern. Symp. On Aerospace/Defence Sensing, Simulation and Controls, Orlando FL, USA, 1997.Julier, S.J., and Uhlman, J.K., A new extension of the Kalman filter to nonlinear systems, Proc. of AeroSence, the 11th Intern. Symp. On Aerospace/Defence Sensing, Simulation and Controls, Orlando FL, USA. 1997.Borre, K., Akos, D.M., Bertelsen, N., Rinder, P., Jensen, S.H., A Software-Defined GPS and Galileo Receiver. A Single-Frequency Approach, Birkhauser Boston, 2007, 176 p.Borre, K., Akos, D. M., Bertelsen, N., Rinder, P., and Jensen, S. H., A Software-Defined GPS and Galileo Receiver. A Single-Frequency Approach, Boston: Birkhauser, 2007.Datasheet Keysight Technologies MXG X-Series Signal Generators N5181B Analog & N5182B Vector.http://www.datatec.de/shop/artikelpdf/n5182b_d.pdf, Keysight Technologies, MXG X-Series Signal Generators, N5181B Analog & N5182B Vector, Datasheet, accessed 23.07.2018.Juang, J.-C., Chen, Y.-H., Phase/Frequency Tracking in a GNSS Software Receiver, IEEE Journal Of Selected Topics In Signal Processing, 2009, № 3 (4). pp. 651–660.Juang J.-C., and Chen Y.-H., Phase/frequency tracking in a GNSS software receiver, IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, 2009, no. 3 (4), pp. 651–660.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.