Важной частью РНС является радиоканал, включающий в себя среду передачи и радиотехнические устройства от входа передатчика до выхода приемника. Обычно при исследовании свойств навигационных систем предполагается, что радиоканал обладает идеальными характеристиками и не вносит искажений в сигнал. Однако и среда, и аппаратура могут вносить существенные искажения в сигнал. Радиоканал оказывает влияние на амплитуду сигнала, его начальную фазу, смещение несущей частоты сигнала, неопределенность задержки и т.п. [3]. В данной работе анализируются характеристики ППФ в составе радиочастотного тракта РНС с ШПС.
Исследования и принципы работы рассматриваемой РНС приведены в [1], в работах [1, 2, 4, 5] предлагаются методы улучшения точностных характеристик РНС, включающие реализацию разработанных алгоритмов на ПЛИС. Частотный спектр рассматриваемой РНС лежит в пределах от 1,6 МГц до 2,2 МГц, центральная частота ШПС ≈ 2 МГц.
Методы оценки влияния радиочастотных трактов на прием ШПС, в общем виде, рассматриваются, например, в [3]. Применительно к рассматриваемой РНС, необходимо, в первую очередь, разработать аналитические описания звеньев радиочастотного тракта, позволяющие оценить и учесть влияние нелинейностей частотных характеристик на параметры РНС.
ППФ в составе РНС предназначен для подавления внеполосных излучений.
На рис. 1 приведен вариант исполнения принципиальной схемы ППФ четырнадцатого порядка.
Рис. 1. Принципиальная схема фильтра, выполненная в OrCAD
На основе принципиальной схемы (рис. 1) методом узловых потенциалов было получено аналитическое выражение для комплексного коэффициента передачи ППФ:
(1)
В формуле (1) использованы следующие обозначения и подстановки:
– угловая частота, 
, 
, 
, 
, 
, 
,
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
Для сокращения объема записей в обозначениях функций (5–11, 13, 15) опущена переменная 
. На основе (1) в системе математического моделирования MatLAB были рассчитаны АЧХ, ФЧХ и ГВЗ. Для проверки полученного аналитического описания ППФ было проведено схемотехническое моделирование в программе PSpice A/D пакета CadenceOrCAD. Результаты расчетов полностью совпали с численным моделированием в OrCAD. На рис. 2–5 приведены графики частотных характеристик.
Рис. 2. Амплитудночастотная характеристика фильтра
Рис. 3. Фазочастотная характеристика фильтра
Рис. 4. Фазочастотная характеристика фильтра и линейная аппроксимация ФЧХ (y(x))
Рис. 5. Зависимость групового времени запаздывания фильтра от частоты
Из графиков (рис. 2–5) следует, что фильтрующее звено радиочастотного тракта РНС имеет существенно неравномерные частотные характеристики. В пределах рассматриваемой полосы частот неравномерность АЧХ составила ≈4,6 дБ, максимальная неравномерность ФЧХ – более 29°, а ГВЗ – свыше 2,59 мкс. Неравномерность ФЧХ определялась по величине отклонения характеристики в пределах частотного спектра от линейной зависимости, полученной путем линейной аппроксимации рассчитанной ФЧХ. Неравномерность ГВЗ приведена как разница между максимумом характеристики и значением на центральной частоте ШПС.
Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики радиотехнических устройств изменяют спектры ШПС, т. е. влияют на закон их формирования, независимо от того, действует один сигнал или совместно с помехами [3].
Предварительный анализ частотных характеристик ППФ подтверждает актуальность и необходимость проводимых в этом направлении исследований.
Выводы
Получена аналитическая модель полосно-пропускающего фильтра в составе радиочастотного тракта РНС с ШПС.
Аналитическая модель представлена в форме комплексного коэффициента передачи.
Представленные результаты моделирования свидетельствуют о правильности разработанной модели.
Полученная аналитическая модель позволит в дальнейшем оценить влияние радиочастотного тракта на точностные параметры РНС и при необходимости осуществить коррекцию частотных характеристик цифровыми методами, или же принять решение о параметрической или структурной оптимизации радиочастотного тракта.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта, выделенного на выполнение поисковых научно-исследовательских работ в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы (Государственный контракт от 31.10.2011 г. № 16.740.11.0764).
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) № 12-08-31097мол_а на 2012–2013 годы.
Рецензенты:
Алдонин Геннадий Михайлович, доктор технических наук, профессор кафедры «Приборостроение и наноэлектроника» ИИФиРЭ ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск.
Толстиков Александр Сергеевич, доктор технических наук, начальник отдела времени и частоты ФГУП «Сибирский ордена трудового красного знамени научно-исследовательский институт метрологии», г. Новосибирск.