Обнаружение помех с помощью встроенного анализатора РЧ спектра

Пользователи и разработчики GNSS систем часто сталкиваются с проблемой нежелательных сигналов, мешающим приему сигналов малой мощности от спутников. Они могут снижать эффективность или замедлять разработку новой продукции.

С внедрением технологии Maxwell 7 Trimble добавил возможность отслеживания и анализа сигналов, принимаемых в каждом частотном GNSS диапазоне, и предоставления результата в графическом виде. В этой статье дан обзор возможностей встроенного анализатора спектра (Trimble Spectrum Analyzer), которые позволяют сразу или позднее обнаружить помеху и предпринять шаги по ее устранению.

ИСТОЧНИКИ ПОМЕХ

Имеется много различных потенциальных источников помех:

  • Проблемы интеграции оборудования
  • Неисправное оборудование
  • Разрешенная передача в диапазонах GNSS
  • Намеренные помехи

ВОЗМОЖНОСТИ АНАЛИЗАТОРА СПЕКТРА

Встроенная в веб-интерфейс современных приемников Trimble функция анализа спектра воспроизводит большинство возможностей традиционных настольных анализаторов. Однако в отличие от них, с ее помощью можно просматривать спектр как его видит сам приемник. Предполагаемый пользователь этой функции – инженер, интегрирующий приемник Trimble в свое приложение. Пользователи часто сталкиваются с проблемами интеграции, такими как плохо экранированные платы или монтаж кабелей, которые излучают достаточно энергии на антенну   и вызывают значительные помехи в GNSS диапазонах. Небольшой набор полученных ИС Maxwell 7 цифровых измерений (около 1% от их общего объема) используются для составления анализа. Поскольку методика использует лишь небольшой фрагмент данных, то это позволяет приемнику сохранять нормальную работу при одновременном выполнении анализа спектра. Основные возможности таковы:

  • Возможность отслеживать все диапазоны GNSS и MSS
  • Непрерывное отслеживание в фоновом режиме
  • Возможность воспроизведения данных за предыдущие дни в виде спектрограммы
  • Вывод данных в реальном времени в фильтрованном/нефильтрованном формате, спектрограммой или с пиковым детектированием
  • Без воздействия на текущие функции приемника, такие как выдача координат, генерация поправок или потоковая выдача измерений

Посмотрим на доступные экраны:

A. Просмотр текущего состояния спектра

На этом экране выводится амплитуда сигнала в зависимости от его частоты (в dB). Пользователь может выбрать любой из семи частотных диапазонов, которые поддерживаются приемником. В них также входит MSS диапазон, используемый для данных RTX или OmniSTAR. Все GNSS диапазоны имеют ширину 50 МГц, а MSS диапазон - ширину 50 КГц.

Для фильтрации данных доступно три различных сценария. В режиме Без фильтрации анализатор спектра направляет фрагмент сырых данных прямо на экран. Это полезно при попытке обнаружения кратковременных помех, таких как радиолокаторы. В режиме Max Hold также используется нефильтрованный фрагмент данных, но выводится максимальная величина на каждой частоте. Это также полезно для обнаружения кратковременных помех, но без возможности определения продолжительности или повторяемости кратковременных сигналов.  Режим С фильтрацией спектра использует фильтр нижних частот при выводе данных.

Центральная частота GNSS сигнала (Мин/Макс для сигналов ГЛОНАСС) может быть наложена на экран. Это позволяет удобно визуализировать, где мы можем ожидать пика энергии от GNSS спутников и насколько близко к ним находятся источники помех.

B. Просмотр истории спектра

На этом экране выводится частота в зависимости от времени в виде спектрограммы. Амплитуды или мощность сигнала представлены цветами. Оси можно поменять местами, так чтобы частоты были по оси Y, а время по оси X.

Экран позволяет изучить каждый диапазон за последние 24 часа и обнаружить стойкие или временные всплески мощности на конкретной частоте. Также можно просмотреть данные за предыдущие дни, выбрав записанные файлы в приемник Logged Receiver File. В обоих случаях вы можете выполнять следующие манипуляции с помощью мыши:

  • Точные значения уровня сигнала, частоты и времени при задержке мыши над местом
  • Увеличение по оси Частота
  • Увеличение по оси Амплитуда
  • Увеличение по оси Время

ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АНАЛИЗАТОРА СПЕКТРА

Рассмотрим два примера, где анализатор спектра Spectrum Analyzer помогает установить наличие помех. В первом случае это помеха от внешнего источника, во втором – пример самонаводящихся помех при интеграции в систему.

Помехи от внешних источников

На графике ниже на увеличенной секции частоты L5 видны пики от передатчиков DME(TACAN) местного аэропорта.

Их также можно увидеть на временной развертке спектра:

В этом примере DME передатчики не вызывают серьезных проблем с отслеживанием L5, однако это может стать проблемой, когда частоты будут ближе к GNSS частоте.

Нужно отметить, что минимально ожидаемый уровень приема GNSS сигналов на земной поверхности ниже шума окружающей среды, что обозначает что сами GNSS сигналы не всегда видны в анализаторе. Это рассуждение годится в основном для отдельного спутника. Несколько же спутников в одном диапазоне частот имеют уровень выше шума среды, который будет заметен в виде огибающей кривой на определенной полосе. Если представлено достаточное число спутников, то огибающая кривая будет выше уровня шума.

Внутренние помехи

Довольно часто в приложениях для транспорта используется множество процессоров, датчиков (например, камеры или сканеры) и кабелей, интегрированных на общей платформе. Если все составляющие системы расставлены и включены, часто случаются взаимные помехи. Поиск источника таких самонаводящихся РЧ помех может добавить значительную задержку в осуществление проекта. Встроенный анализатор спектра может значительно ускорить решение такой задачи.

В следующем примере низкое качество позиционирования транспортной системы подсказало изучить отслеживаемые сигналы и состояние спектра. Для типичной сборки можно ожидать увидеть максимальный C/No на L1 свыше 50 dBHz. Однако в данном случае значения не превышали 45 dBHz. После изучения спектра на L1 был отмечен мощный сигнал около 1587 МГц. Это слишком много для насыщенного GPS спектра в районе 1575.42 МГц.

После отключения некоторых датчиков в данной системе на чертеже внизу сигнал 1587 МГц исчез, а сигнал GPS L1 показался над шумом среды. Следовательно, помеха на 1587 МГц была вызвана сигналом с частотой на гармониках 1587 +/- N x 50 МГц с уменьшением вероятности по мере увеличения числа N.

ВЫВОД

Спектр частот становится все более насыщенным, а автономные системы используют все большее число датчиков, увеличивающих уровень РЧ помех в диапазонах GNSS. Одним из важных преимуществ технологии Maxwell 7 является анализатор спектра - мощный инструмент, предназначенный для интеграторов. С его появлением успешно решается множество проблем с РЧ совместимостью элементов системы.