Skupina družicové navigace. Katedra radioelektroniky K13137 ČVUT FEL

Skupina družicové navigace

Katedra radioelektroniky K13137 ČVUT FEL

Terminologie Satellite (Radio) Navigation Systems Družicové radionavigační systémy ~ Radio Determination Satellite Systems Družicové systémy určování polohy ~ Global Navigation Satellite Systems Globální navigační družicové systémy katedra Radioelektroniky FEL ČVUT v Praze

Global Navigation Satellite Systems GPS GLONASS GALILEO WAAS EGNOS MSAS QZSS

Augmentation Systems (augmentační – „zpřesňující“ systémy) katedra Radioelektroniky FEL ČVUT v Praze

Princip dálkoměrné metody určování polohy (x1, y1, z1) d1 = cτ1 signál vysílaný družicí

d3 = cτ3

x

+ (yi -

d4 = cτ4

signál přijatý uživatelem

τmi

x)2

(x4, y4, z4) y

τi = di /c

0

(xi -

d2 = cτ2

z

(x, y, z)

0 τ0

(x2, y2, z2) (x3, y3, z3)

tuser

y)2

+ (zi -

z)2

= (c (τmi - τ0)

)2

i = 1, 2, 3, 4 katedra Radioelektroniky FEL ČVUT v Praze

∆ +1 C(t) dálkoMěrný kód v přijímači

t

τm

-1 +1 Přijatý dálkom. kód C(t+τ)

t -1

R(τ)

-∆

0

∆

katedra Radioelektroniky FEL ČVUT v Praze

τ

GPS - NAVSTAR

GPS Plane F E D C B A

D2

E1

C2

D1

E4

B4 A2

F2

A1

C3 E2

E3

A4 C1

M ea n

F1

D3

C4

an om

F3

B1

160°

aly

F4 A3

B3

B2

40°

Equator

0°

320°

280° 240° 200°

D4

120° 80°

17° 137° 257° 77° 197° 317°

družice provozní záložní

Right ascension of ascending node Inklinace 55° katedra Hlavní poloosa 26561.75 km (výška nad Zemí 20183,6 km) Radioelektroniky FEL ČVUT v Praze Excentricita nominální e = 0, skutečnost e < 0,02

GPS Signál v čase: L1: L2:

s(t)=ACCC/A(t).D(t)cos(2πf1t)+APP(t).D(t)sin(2πf1t) s(t)=APP(t).D(t)sin(2πf2t)

Kódový multiplex – každá družice má vlastní kódy CC/A C/A(t) a P(t) Signál v oblasti kmitočtu: L1 1575,42 MHz ±12 MHz C/A

L2 1227,6 MHz ±12 MHz

P(Y)

P(Y) ARNS/RNSS

RNSS 1215

1260

1559


1610 MHz

GLONASS

GLONASS 24 družic (3 roviny po 8 družicích) e ~ 0 (kruhové orbity) inklinace 64.8° výška 19 100 km, perioda 11h 15m úhel mezi orbity 120°


GLONASS Kmitočty:

L1: fj = 1602 + 9j/16 L2: fi = 1246 + 7i/16 [MHz]

Modulace:

Navigační zprávou Pseudonáhodným dálkoměrným kódem Posloupnost maximální délky Perioda 1 ms Bitová rychlost 511 kb/s

100 Hz auxiliary meander sequence – Manchester code katedra Radioelektroniky FEL ČVUT v Praze

GALILEO

GALILEO 3 GEO družice: • Inmarsat III AOR-E 15.5°W F5 25.0°E • ESA Artemis 21.5°E 30 MEO družice: • 9 družic v každé z 3 rovin (Walker constellation 27/3/1) • 3 záložní (1 v každé rovině) • e = 0 (kruhové orbity) • inklinace 56° • výška 23 616 km • perioda orbitu 14h 21.6m katedra Radioelektroniky FEL ČVUT v Praze

GALILEO Architektura GALILEO CORE SYSTEM

REGIONAL COMPONENTS IMS Network

MEO CONSTELLATION

regional uplink

IULS

i nk S-b a

IMS Network uplin k

ICC

. . .

i nk

GSS Network

TTC

Communication link

u pl

nd

u pl

NAV SIS

and

NAV SIS

NAV SIS C-b

. . .

Local Infrastruct.

….

NAV SIS ICC

LOCAL COMPONENTS

M iss

plink io n u

Local Infrastruct. Communication link

INTEGRITY DETERMINATION IMS & DISSEMINATION

NAVIGATION CONTROL & CONSTELLATION MANAGEMENT

GCC

L-band NAV

UHF SAR

External Complementary Systems katedra

COSPAS-SARSAT GROUND SEGMENT

USER SEGMENT

Radioelektroniky FEL ČVUT v Praze

Augmentations

Augmentation Differenční GPS (DGPS) known coordinates receiver reference station

transmiter reference station

corrections user receiver


Augmentation Differenční GPS (DGPS) known coordinates receiver reference station

transmitter reference station

corrections user receiver


Aplikace družicové navigace Geodézie, Kartografie, Zeměměřičství Ekologie – lokalizace a sledování čer. skládek, stezek zvěře, výskytu druhů, ... Integrovaný záchranný systém Preference MHD Kalibrace přistávacích systémů Mapování říčního dna katedra Radioelektroniky FEL ČVUT v Praze

Dynamická preference MHD

Flash katedra Radioelektroniky FEL ČVUT v Praze

Projekty a oblasti výzkumu GPS, GLONASS přijímače


Projekty a oblasti výzkumu GPS, GLONASS přijímače Referenční stanice DGPS


Projekty a oblasti výzkumu GPS, GLONASS přijímače Referenční stanice DGPS GNSS, AGNSS, Indoor navigace Experimentální GNSS softwarový přijímač


Experimentální softwarový přijímač GNSS antenna

Radio Frequency Unit

DSP Unit

LNA

DSP Xilinx

Channel 1 Synthesizer

A/D

FPGA Virtex II

Channel 2 LNA

rádiová část DSP blok – Virtex II FPGA PC Workstation – Windows 2000

PCI Bridge

High Power Computer katedra Radioelektroniky FEL ČVUT v Praze

Experimentální přijímač GNSS


Architektura experimentálního přijímače – pokročilá verze GNSS anténa

Rádiová část

DSP a Procesor

LNA kanál 1 Syntezátor

FPGA Xilinx Virtex-II Pro

kanál 2 LNA kanál 3

A/D PowerPC PowerPC jádro jádro

LNA


Signálový procesor (DSP) Deska A/D převodníků FPGA Virtex-II Pro


Zpracování signálů GNSS “Od vzorce k chipu” Příklad: GPS Early/Late korelátor 1) 2) 3) 4)

Matematický popis Matlab Simulink model VHDL syntéza, simulace Implementace do FPGA


1) Mathematický popis correlator

uL(ε)

C(t - τR - ∆/2) C(t - τm)

C(⋅) generator

Σ

+u (ε) δ

τR τm = τR + ε

filter

C(t - τR + ∆/2)

uE(ε)

correlator

clock

uE(ε)

uL(ε)

-∆/2 ∆/2

uδ(ε) = uL(ε) - uE(ε)

-∆/2 ∆/2

ε

ε katedra Radioelektroniky FEL ČVUT v Praze

2) Matlab Simulink model


3) VHDL Syntéza a Simulace

IDE (Integrated Development Environment) a Simulation Tools


4) Implementace do FPGA GNSS korelátor navržený v prostředí Matlab Simulink implementovaný pomocí VHDL popisu

8Mb SDRAM

Bridge

128 Kb SRAM

Interrupt IO PLB Power PC 128 Kb SRAM

GPS/GLONASS correlator

OPB bus interface

Power PC

OPB

Timing and control

PLB

MF signal

GNSS correlator (developed in Matlab Simulink)

Wrap subsystem (describe in VHDL)

Bridge GPS/GLONASS correlator


OPB


Skupina družicové navigace. Katedra radioelektroniky K13137 ČVUT FEL

Recommend Documents