Skupina družicové navigace Katedra radioelektroniky K13137 ČVUT FEL
Terminologie ie Satellite (Radio) Navigation Systems Družicové radionavigační systémy ~ Radio Determination Satellite Systems Družicové systémy určování polohy ~ Global Navigation Satellite Systems Globální navigační družicové systémy
Global Navigation Satellite GPS GLONASS GALILEO Systems WAAS EGNOS MSAS QZSS Augmentation Systems (augmentační zpřesňující systémy)
Princip dálkoměrné metody určování polohy (x 1, y 1, z 1 ) (x 2, y 2, z 2 ) z d 2 = cτ 2 (x 3, y 3, z 3 ) d 1 = cτ 1 d 3 = cτ 3 0 signál vysílaný družicí τ 0 τ i = d i /c 0 τ mi x (x, y, z) y signál přijatý uživatelem t user (x 4, y 4, z 4 ) d 4 = cτ 4 (x i - x) 2 + (y i - y) 2 + (z i - z) 2 = (c (τ mi - τ 0 ) ) 2 i = 1, 2, 3, 4
C(t) dálko- Měrný kód v přijímači +1-1 τ m t +1 Přijatý dálkom. kód C(t+τ) -1 t R(τ) - 0 τ
GPS - NAVSTAR
GPS D3 B1 E1 F4 A3 F3 C3 A2 E2 C2 B4 A1 F1 D2 B2 F2 E4 B3 D1 A4 C1 280 240 320 0 Mean anomaly 40 120 80 160 C4 E3 D4 200 17 137 77 197 257 317 Right ascension of ascending node Inklinace 55 Hlavní poloosa 26561.75 km (výška nad Zemí 20183,6 km) Excentricita nominální e = 0, skutečnost e < 0,02 Plane F E D C B A družice provozní záložní Equator
GPS Signál v čase: L1: s(t)=a C C C/A (t).d(t)cos(2πf 1 t)+a P P(t).D(t)sin(2πf 1 t) L2: s(t)= )=A P P(t).D(t)sin(2πf 2 t) Kódový multiplex každá družice má vlastní kódy C C/ Signál v oblasti kmitočtu: C/A (t (t)) a P(t) L2 1227,6 MHz ±12 MHz L1 1575,42 MHz ±12 MHz C/A 1215 P(Y) RNSS P(Y) ARNS/RNSS 1260 1559 1610 MHz
GLONASS
GLONASS 24 družic (33 roviny po 8 družicích) e ~ 0 (kruhové orbity) inklinace 64.8 výška 19 100 km, perioda 11 h 15 m úhel mezi orbity 120
GLONASS Kmitočty: L1: f j = 1602 + 9j/16 L2: f i = 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
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 14 h 21.6 m
GALILEO Architektura REGIONAL COMPONENTS GALILEO CORE SYSTEM LOCAL COMPONENTS IMS Network IMS Network... IULS ICC ICC regional uplink NAV SIS S-band uplink MEO CONSTELLATION TTC uplink. NAV SIS NAV SIS GSS Network Mission uplink C-band uplink NAV SIS... Local Infrastruct. Communication link Local Infrastruct. Communication link INTEGRITY IMS DETERMINATION & DISSEMINATION NAVIGATION CONTROL & CONSTELLATION MANAGEMENT GCC L-band NAV UHF SAR COSPAS-SARSAT GROUND SEGMENT USER SEGMENT External Complementary Systems
Augmentations
Augmentation Differenční GPS (DGPS) receiver reference station known coordinates transmiter reference station corrections user receiver
Augmentation Differenční GPS (DGPS) receiver reference station known coordinates transmitter reference station corrections user receiver
Aplikace družicové navigace Geodézie, KartografieK rtografie,, Zeměměřičství Ekologie lokalizace a sledování čer. skládek, stezek zvěře, výskytu druhů,... Integrovaný záchranný systém Preference MHD Kalibrace přistávacích systémů Mapování říčního dna
Dynamická preference MHD Flash
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 ní GNSS softwarovýový přijímač
Experimentální softwarový přijímač GNSS antenna Radio Frequency Unit DSP Unit LNA Channel 1 Channel 2 Synthesizer A/D DSP Xilinx FPGA Virtex II LNA PCI Bridge rádiová část DSP blok Virtex II FPGA PC Workstation Windows 2000 High Power Computer
Experimentální ní přijímač GNSS
Architektura experimentálního přijímače pokročilá verze GNSS anténa Rádiová část DSP a Procesor LNA kanál 1 kanál 2 LNA Syntezátor A/D FPGA Xilinx Virtex-II Pro kanál 3 LNA PowerPC jádro PowerPC jádro
Signálový procesor (DSP) Deska A/D převodníků FPGA Virtex-II Pro
Zpracování signálů GNSS Od vzorce k chipu Příklad: GPS Early/Late korelátor 1) Matematický popis 2) Matlab Simulink model 3) VHDL syntéza, simulace 4) Implementace do FPGA
1) Mathematický popis correlator C(t - τ R - /2) u L (ε) τ R C(t - τ m ) + u δ (ε) C( ) generator Σ - filter τ m = τ R + ε correlator C(t - τ R + /2) u E (ε) u δ (ε) =u L (ε) - u E (ε) clock u E (ε) u L (ε) - /2 /2 ε - /2 /2 ε
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 GNSS correlator (developed in Matlab Simulink) Power PC 128 Kb SRAM Power PC PLB PLB Bridge Bridge OPB 8Mb SDRAM Interrupt IO GPS/GLONASS correlator MF signal Timing and control Wrap subsystem (describe in VHDL) OPB bus interface OPB 128 Kb SRAM GPS/GLONASS correlator