GNSS-SDR-ru

GNSS-SDR-ru http://gnss-sdr.ru/ en-us Nucleus CMS v3.51 © Weblog http://backend.userland.com/rss http://gnss-sdr.ru//nucleus/nucleus2.gif GNSS-SDR-ru http://gnss-sdr.ru/ Статья читателя блога xml-rss2.php?itemid=94 Андрей Чебыкин

Цифровой передатчик

Данная модель разработана в среде Mathworks Matlab Simulink с применением как стандартных математических элементов библиотеки Simulink, так и с использованием элементов, включающих в себя M – функции, описывающие нужные алгоритмы.

Рисунок 1.- Передатчик сигналов ГЛОНАСС

Красным цветом обозначены тактовые генераторы(Pulse Generator 1, Pulse Generator 2), серым — отладочные элементы, позволяющие выводить информацию в рабочую область Matlab (To WorkSpace 1 - 6), голубым — элементы, которые содержат в себе M – функции (Otdelenie MV, Uravnivanie, Uravnivanie1, Fazovaya Manipulyaciya), оранжевым — стандартные математические элементы (GLN_in, Data, Bitwise Operator, Bitwise Operator 1, Frame Conversion 1), зеленым — подсистемы, которые срабатывают по переднему фронту тактового генератора (Metka Vremeni, Psevdokod GLN, Meandr, Data Decoder).
Модулирующая последовательность, используемая при формировании сигналов стандартной точности для модуляции несущих частот поддиапазонов L1 и L2 для НКА «Глонасс» и НКА «Глонасс-М», образуется сложением по модулю два трех двоичных сигналов:
- псевдослучайного дальномерного кода, передаваемого со скоростью 511 кбит/с;
- навигационного сообщения, передаваемого со скоростью 50 бит/с;
- вспомогательного меандрового колебания, передаваемого со скоростью 100 бит/с.
Данные последовательности используется для модуляции несущих частот поддиапазонов L1 и L2 при формировании сигналов стандартной точности
На выходе передатчика образуется сигнал, соответствующий ИКД. Навигационное сообщение передается в виде потока цифровой информации, закодированной по коду Хемминга и преобразованной в относительный код. Структурно поток ЦИ формируется в виде непрерывно повторяющихся суперкадров. Суперкадр состоит из нескольких кадров, кадр состоит из нескольких строк ЦИ. Суперкадр имеет длительность 2,5 мин и состоит из 5 кадров длительностью 30 с. Каждый кадр состоит из 15 строк длительностью 2 с. В пределах каждого суперкадра передается полный объем неоперативной информации (альманах) для всех 24 НКА системы ГЛОНАСС.

Принцип работы схемы:
- тактовый генератор 1 подает импульсы каждую секунду, соответствующие элементы, обозначенные зеленым на схеме, формируют необходимое количество символов для обеспечения нужной скорости, то есть выполняет функцию синхронизации блоков. В реальных системах должен быть очень точным, для обеспечения достоверности определения координат;
- тактовый генератор 2 подает импульсы каждые 2 секунды, так как метка времени подается каждую четную секунду, начиная от начала суток;
- блок отвечающий за формирование данных выдает цифровую информацию в количестве 85 символов, закодированной по коду Хемминга, со скоростью 50 бод за 2 секунды;
- после того как данные сформированы они преобразуются в относительный код;
- потом складываются по модулю 2 с меандром, который выдается со скоростью 100 бод, затем к ним добавляются 30 символов метки времени на каждой четной секунде, которая формируется как сдвигающий полином вида g(х) = 1 + х3 + х5;
- полученная строка складывается по модулю 2 с псевдослучайным дальномерным кодом, который выдается со скоростью 511 кбод и имеет вид: G(х) = 1 + х5 + х9;
- результат подается в аналоговую часть для дальнейшей передачи по радиоканалу;
Передача сигнала
Для оценки передачи сигнала создана модель из 2 частей:
-передатчик сигнала, принцип действия которого описан выше – формирует навигационную строку и записывает ее в файл

Рисунок 2.- Передатчик сигнала системы ГЛОНАСС

- модулятор/демодулятор сигнала и канал передачи, имитирующие воздействие на полезный сигнал помехи, а так же блок ErrorRateCalculation для сравнения входного сигнала и сигнала, после передачи через канал.

Рисунок 3.- Модем

Исследование проводится с помощью утилиты Bertool для определения количества ошибок при разной энергии помехи.

Рисунок.4-Утилита Bertool

На рисунке 5 показаны значения BER после передачи по каналу. Видно, что при значении сигнал/шум, равного 0 дБ, 29% информационных бит ошибочны, а при значении 9 дБ, ошибка составляет 0.5%.

Рисунок 5.- BER

На рисунке 6 показаны 2 графика: теоретический и график, полученный в результате моделирования. Практический график идентичен теоретическому и показывает, что данная система когерентного приемо-передатчика работает верно.

Рисунок 6.- Результат моделирования на помехоустойчивость навигационной строки

Ссылка на модель
]]> Разное xml-rss2.php?itemid=94 Sat, 30 Mar 2013 12:32:55 +0400 BeiDou (COMPASS) первые эксперименты xml-rss2.php?itemid=92 ublox, NovAtel, Septentrio, javad и другие.
В данной заметке представлены результаты некоторых экспериментов с обработкой сигналов COMPASS. На рисунке 1 представлен график обнаружения сигналов. До 5 негеостационарных спутников можно наблюдать из моего местоположения.

BeiDou acquisition

Рисунок 1 График обнаружения сигналов негеостационарных спутников

Следует обратить внимание на то, что сигналы BeiDou-2 похожи на сигналы GPS L1 C/A с одним существенным исключением. Каждый символ навигационных данных дополнительно модулируется кодом Неймана-Хоффмана (0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0) (подробности приведены на рисунке 2, взятом из ИКД).

BeiDou secondary code

Рисунок 2 Подробности использования вторичного кода Неймана-Хоффмана

Это означает, что процедура поиска относительно слабых сигналов не может напрямую использовать длительное когерентное накопление (до 10 мс), как для сигналов GPS L1 C/A. Простейший подход к преодолению этой проблемы заключается в следующем. (Прежде всего хотелось бы отметить, что когерентное накопление более 10 мс обычно не используется в программных приемниках, так как требует слишком много времени).
Одним из хорошо известных методов обнаружения сигналов, которые могут изменять знак на каждом периоде дальномерного кода является дополнение нулями (zerro-padding). Идея данного метода хорошо описана в phd работе "Development and Testing of an L1 Combined GPS-Galileo Software Receiver" Florence Macchi (PLAN, Calgary, 2010). Если взять один период дальномерного кода и дополнить его нулями (длина дополнения нулями должна быть равна длительности дальномерного кода) и выполнить быструю корреляцию с входным сигналом длиной в два периода дальномерного кода, то в результате будет, как минимум один пик, соответствующей искомой задержке дальномерного кода. Этот метода хорошо подходит для GALILEO E1 BOC(1,1) или для ГЛОНАСС L3 канала с данными. Однако в случае BeiDou-2 данный метод позволит выполнить накопление сигнала либо в течение 1мс, либо в течение 20мс, что неудобно. Накопления в течение 1мс обычно недостаточно для обнаружения всех видимых спутников на открытом небе, а накопление в течение 20мс требует слишком много вычислительных ресурсов.
Как можно изменить алгоритм, чтобы иметь возможность выполнять накопление сигнала в диапазоне от 1мс до 20мс? Простейшее решение заключается в том, чтобы повторить несколько раз процедуру обнаружения с требуемым временем накопления, чтобы покрыть весь интервал в 20 символов кода Неймана-Хоффмана. Например, если требуется использовать 5мс когерентное накопление, то следует взять 25 мс входного сигнала, разделить их на 4 части (0..10мс, 5..15мс, 10..20мс, 15..25мс) и выполнить корреляцию каждой части с, например, первыми 5мс кода Неймана-Хоффмана (0,0,0,0,0 в нашем случае). Этот вариант поиска был реализован в программном приемнике для SciLab, последняя версия которого, как всегда, доступна на googlecode. В файле initSettings.sci доступно три варианта для поиска (1/3/5мс когерентного накопления).

Для слежения за несущей сигнала используется комбинированный контур фазовой и частотной подстройки. Эксперименты с записанными сигналами COMPASS позволили обнаружить ошибку, которая не проявлялась на старых сигналах (таких как GPS L1 C/A или ГЛОНАСС L1 ПТ). Ошибка связана с некорректной реализацией частотного дискриминатора. В моменты смены знака фазы на 180 градусов, вызываемой цифровыми данными (или кодом Неймана-Хоффмана в случае COMPASS B1/ГЛОНАСС L3) некорректно рассчитывалась ошибка по частоте. В результате контур слежения за несущей работал некорректно. Результат некорректной работы можно наблюдать на рисунке 3.

BeiDou wrong tracking

Результат некорректной работы контура слежения за несущей из-за ошибки в частотном дискриминаторе

После исправления ошибки слежение за несущей стало работать корректно (рисунок 4).

BeiDou correct tracking

Рисунок 4 Корректный результат слежения за несущей (результат обработки того же сигнала, как на рисунке 3)

Также была предпринята попытка получить навигационное решение, но результаты пока неудовлетворительные (рисунок 5).

BeiDou pvt wrong

Рисунок 5 Навигационное решение для сигналов COMPASS

]]> Разное xml-rss2.php?itemid=92 Mon, 28 Jan 2013 17:54:47 +0400 Точность работы FPGA приемника xml-rss2.php?itemid=83

Разброс координат составляет порядка ±80 метров по каждой оси, что примерно соответствует программному GPS приемнику SoftGNSS.]]> Разное xml-rss2.php?itemid=83 Tue, 3 Jul 2012 19:48:59 +0400 FPGA + ARM = новые успехи с аппаратным приемником xml-rss2.php?itemid=79 От программного приемника к аппаратному или что можно получить из связки OSGPS + NAMURU. Теперь проект работает на базе операционной системы реального времени TNKernel. Весь проект основан на корреляторе Namuru и программе gpl-gps/namuru-gpl.

Пока что работает программа не всегда корректно, иногда происходит некорректная синхронизация по некоторым каналам, из-за чего псевдодальность в этих каналах рассчитывается некорректно. В результате неправильно рассчитываются координаты.]]> Разное xml-rss2.php?itemid=79 Mon, 2 Jul 2012 18:23:06 +0400 Повышение точности работы программного приемника ГЛОНАСС L1 xml-rss2.php?itemid=75
PVT GLONASS Scilab L1 receiver

Рисунок 1 Навигационное решение по сигналам ГЛОНАСС L1

В результате устранения некоторых слабых мест удалось уменьшить разброс координат до ±6 м, т. е. почти в 6 раз. Результат работы измененной версии приемника представлен на рисунке 1. Для обработки использовался тот же файл, что и в посте: ГЛОНАСС - первые эксперименты.
После критического просмотра исходного кода оригинального приемника GNSS-SDR было выявлено несколько мест, проработка которых могла бы привести к повышению точности работы приемника:
1. Большая дисперсия данных на выходе дискриминатора задержки;
2. Расчет псевдодальности осуществляется на основе измерений, выполняющихся с округлениями;
В результате уменьшения расстояния между плечами коррелятора с 0,5 до 0,05 символа ПСП, а также за счет сужения полосы контура слежения за задержкой до 0,5 Гц одновременно с введением поддержки от контура слежения за частотой/фазой удалось уменьшить дисперсию данных на выходе дискриминатора задержки. Этот факт в совокупности с отказом от округлений позволил уменьшить разброс координат до приведенного на рисунке 1.]]> Разное xml-rss2.php?itemid=75 Fri, 23 Mar 2012 18:30:08 +0400 Успешные случаи использования выложенных на этом блоге проектов xml-rss2.php?itemid=69 https://dspace.ist.utl.pt/...

Это уже второй известный мне успешный случай копирования открытого проекта аппаратной части программного навигационного приемника. Причем в данной работе автор также попытался критически отнестись к проекту и по возможности постарался улучшить и упростить его. Должен признать приятно видеть, что кто-то заинтересовался моим проектом и использовал его в своей работе. И ещё более приятно видеть его развитие.

PS Надеюсь, в будущем эта заметка будет разрастаться. :)]]> Разное xml-rss2.php?itemid=69 Wed, 21 Mar 2012 23:32:10 +0400 ГЛОНАСС L2 – НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ xml-rss2.php?itemid=52

Навигационное решение по сигналам ГЛОНАСС L2

Рисунок 1 Навигационное решение по сигналам диапазона L2.

Для сравнения на рисунке 2 представлен результат обработки сигналов диапазона L1.

Навигационное решение по сигналам ГЛОНАСС L1

Рисунок 2 Навигационное решение по сигналам диапазона L1.

Исправленный исходный код доступен на google code.]]> Программные решения xml-rss2.php?itemid=52 Tue, 7 Feb 2012 19:40:48 +0400 Исходные коды алгоритмов поиска и слежения за сигналом ГЛОНАСС L3 xml-rss2.php?itemid=45 По ссылке доступны исходные коды программы для scilab, выполняющей поиск и слежение за сигналом ГЛОНАСС L3. По сути это переработанные под новый сигнал исходники программного приемника ГЛОНАСС, работающего по сигналу стандартной точности диапазона L1.Подробнее о новых сигналах ГЛОНАСС диапазона L3 можно почитать по ссылке. Основные отличия новых сигналов следующие:
1) Псевдослучайный дальномерный код - усеченная последовательность Касами (в диапазонах L1 и L2 - М-последовательность);
2) Тактовая частота псевдослучайного дальномерного кода: 10,23 МГц (в диапазонах L1 и L2 - 0,511 МГц);
3) Длительность псевдослучайного дальномерного кода осталась той же: 1 мс, однако дальномерный код дополнительно модулируется 10-символьным кодом Хемминга (его вид: "0000110101"). Длительность каждого символа кода хемминга: 1мс;
4) Сигналы разных спутников будут разделяться с помощью технологии CDMA (в диапазоных L1 и L2 используется частотное разделение FDMA);
5) Цифровая информация, передающаяся в составе излучаемого сигнала, кодируется с помощью сверточного кодера;
6) Изменена длительность строк, кадров и суперкадров навигационной информации.

На данный момент реализован алгоритм поиска и слежения за сигналом. Далее планируется реализовать алгоритм сверточного декодирования.

Файл, содержащий запись сигнала спутника ГЛОНАСС-К в диапазоне L3, доступен по ссылке.]]> Программные решения xml-rss2.php?itemid=45 Sun, 9 Oct 2011 16:56:27 +0400 Все исходники теперь переезжают на Google Code xml-rss2.php?itemid=43 Google Code.

Список текущих проектов включает в себя:
1) Открытый проект аппаратной части программного приемника ГЛОНАСС/GPS, состоящий из:
a) Проекта печатной платы, выполненной в KiCAD;
b) Проекта для ПЛИС типа CPLD, выполненного в Xilinx ISE WebPack;
c) Firmware для микросхемы USB-моста cy7c68013a;
2) GPS приемник реального времени GPS-SDR доработанный для работы с устройством;
3) ГЛОНАСС приемник, работающий в режиме пост-обработки для среды математического моделирования SCILAB;
4) Консольное приложение под MS Windows, выполняющее запись данных, получаемых от устройства;
5) Проект аппаратного приемника:
a) Коррелятор на основе Namuru, переделанный для работы с шиной Wishbone;
b) Программа на основе OSGPS, реализующая поиск, захват и слежение за сигналом одного спутника. Данная программа работает в паре с коррелятором;
]]> Разное xml-rss2.php?itemid=43 Sun, 25 Sep 2011 02:58:15 +0400 От программного приемника к аппаратному или что можно получить из связки OSGPS + NAMURU xml-rss2.php?itemid=37 Namuru (коррелятор для ПЛИС) и osgps (программа навигационного приемника). Также использовался проект gpl-gps – переработанная версия osgps для микроконтроллера с ядром ARM7. На фото ниже представлен макет устройства, которое использовалось для экспериментов.

Макет аппаратного навигационного приемника

Макет аппаратного навигационного приемника

Данный макет включает в себя радиочастотный тракт на базе открытого проекта аппаратной части программного навигационного приемника и плату цифровой обработки. Плата цифровой обработки — плата компании starterkit.ru SK-LPC2478-S3E. Она включает в свой состав два основных устройства: микроконтроллер lpc2478 с ядром ARM7 и ПЛИС типа FPGA spartan3e500.
На данный момент реализовано слежение за сигналом одного спутника. На рисунке ниже представлены выходные данные с 6 корреляторов за 1 секунду (после обнаружения сигнала).

Отсчеты с 6 корреляторов

Как видно из графика сигнал спутника стабильно сопровождается. Однако, результат пока что не является идеальным. Видна некорректная работа схемы слежения за задержкой (в идеале должен быть один максимальный по уровню сигнал — I_prompt выход коррелятора и два сигнала меньшего уровня, соответствующие I_early и I_late выходам коррелятора).]]> Разное xml-rss2.php?itemid=37 Wed, 21 Sep 2011 23:43:49 +0400