ftp://rf-lab.org/pub/diploms/2010/Gucaluk_diplom.rar

1. Московский государственный
университет приборостроения и
информатики
Дипломный проект на тему:
“Разработка программных средств для моделирования сигналов системы
спутникового позиционирования”.
Выполнил
Гуцалюк А.А.
Дипломный
руководитель
Мельников А.О.
Москва 2010
1

2. Задачи дипломного проекта
• Обзор аналогичных программных решений
• Рассмотреть принципы определения координат системами
спутникового позиционирования.
• Рассмотреть принципы генерирования навигационного сигнала.
• Проанализировать факторы негативно влияющие на передачу
сигнала.
• Рассмотреть структуру навигационного сообщения
• Построить модель канала позволяющую смоделировать
негативные влияния реально существующих природных
факторов.
• Разработать программное обеспечение позволяющее получить
на выходе сигнал соответствующий разработанной модели и
максимально приближенный к реальному.
2

3. Обзор аналогичных решений
Интерфейс программы Virtual GPS
Интерфейс программной и аппаратной
части комплекса Vector Signal Generator
Интерфейс программы «Генератор сигналов» 3

4. Принцип определения координат
Получен сигнал от одного спутника.
четырёх спутников.
трёх
двух спутников.
Возможное расположение
пользователя – любая точка на
единственная точка
две точки на прямой
пересечения трёх сфер.
окружности сферы. сфер.
поверхностипересечения сфер.
четырёх
4

5. Структура программного продукта
Генерация навигационного сигнала
Генерирующая часть Анализирующая часть
Генерация C/A кода Загрузка альманаха
Генерация Парсинг альманаха
навигационного
сообщения
Интеграция сигнала данного спутника в
модель каналов WSSUS
Зашумление сигнала
Генерация выходного
сигнала всех
Фильтрация сигнала спутников
5

6. Структура моделируемого сигнала
Фазоманипулированный сигнал Если значения отложить по
можно рассматривать как горизонтальной оси, а значения
линейную комбинацию двух по вертикальной, то точки с
ортонормированных сигналов y1 и координатами
y2: будут образовывать
где
пространственную диаграмму.
Следовательно, сигнал можно
считать двухмерным вектором
Бинарная фазовая манипуляция (BPSK)
6

7. Структура генератора С/А кода
Генерирующая часть
Генерация C/A кода
С/A код (Corse (clear )/ Acquisition Code) –
общедоступный «гражданский» код GPS.
Применяется, как рабочий код в коммерческом
оборудовании и как код предварительного захвата в
военной аппаратуре.
P code (Precision Code) – закрытый «военный»
код.
7

8. Структура генератора С/А кода
Генерирующая часть
Генерация C/A кода
G1 и G2 – сдвиговые регистры
8

9. Структура генератора С/А кода
Результирующий бит получается путём сложения
Генерирующая часть
по модулю 2 последнего элемента первого
регистра и двух элементов из второго регистра.
Генерация C/A кода Номера отводов второго регистра зависят от
номера требуемого спутника и определяются по
таблице номеров отводов.
Номер спутника Номера отводов регистра G2 Первые 10 чипов
1 2 xor 6 10110100000
2 3 xor 7 11001010100
3 4 xor 8 11010101110
4 5 xor 9 11011010000
5 1 xor 9 10001101101
…
34 4 xor 10 11010110001
35 1 xor 7 10001101110
36 2 xor 8 10110110000
37 4 xor 10 11010110001
9

10. Формирование навигационного
сообщения
Генерирующая часть Альманах – набор данных о расположении
спутников
Генерация C/A кода
Эфемериды – данные о точном месторасположении
Генерация спутников в каждый момент времени
навигационного
сообщения
10

11. Формирование навигационного
сообщения
Генерирующая часть Информационная последовательность передается
кадрами емкостью 1500 бит и длительностью 30 с.
Генерация C/A кода
Генерация
навигационного
сообщения
11

12. Переотражение сигнала
(многолучѐвка)
Генерирующая часть
Точность показаний GPS приёмника может
ухудшится в связи с отражением
Генерация C/A кода (однократным или многократным) GPS
сигнала от окружающей местности, такой как:
здания, технические постройки, природные
Генерация
препятствия. Для уменьшения воздействия
навигационного
этих ошибок применяются различные методы
сообщения
коррекции. Наиболее простые из них
заключаются в игнорировании сигнала с
одинаковым PRN но меньшей мощности.
Интеграция сигнала данного спутника в
модель каналов WSSUS
12

13. Многолучевая модель каналов
WSSUS
Генерирующая часть
Генерация C/A кода
Генерация
навигационного
сообщения
Интеграция сигнала данного спутника в Автокорреляционная функция для
модель каналов WSSUS определяется следующим образом:
Преобразование Фурье от
относительно переменной позволяет
определить так называемую функцию
распределения
13

14. Многолучевая модель каналов
WSSUS
Генерирующая часть
Функция рассеяния пропорциональна
Генерация C/A кода
двумерной плотности вероятности
определённой на значениях задержки
при распространении , и
Генерация Допплеровского смещения частоты .
навигационного
Спектральная плотность Доплера
сообщения
И спектральная плотность задержки
Интеграция сигнала данного спутника в
модель каналов WSSUS
Могут быть получены интегрированием
функции рассеяния по переменным и
соответственно.
14

15. Приѐмный тракт
Генерирующая часть
Генерация C/A кода
Генерация
навигационного
сообщения
Интеграция сигнала данного спутника в
модель каналов WSSUS Как правило, типовой приёмник сигналов
систем NAVSTAR GPS состоит из нескольких
Зашумление сигнала функциональных частей:
• антенной системы;
• радиочастотной части;
• цифрового блока корреляционной
обработки.
15

16. Фильтр Баттерворта
Генерирующая часть
Генерация C/A кода
Генерация
навигационного
сообщения
Фильтр Баттерворта — один из
типов электронных фильтров. Фильтры этого
класса отличаются от других методом
Интеграция сигнала данного спутника в проектирования. Фильтр Баттерворта
модель каналов WSSUS проектируется так, чтобы его амплитудно-
частотная характеристика была максимально
Зашумление сигнала гладкой на частотах полосы пропускания.
Фильтрация сигнала
16

17. Генератор С/А кода
Генерирующая часть
Генерация C/A кода
Генерация
навигационного
сообщения
Интеграция сигнала данного спутника в
модель каналов WSSUS
Зашумление сигнала
Фильтрация сигнала
Генерация выходного сигнала всех спутников
17

18. Парсер альманаха
Анализирующая часть
Загрузка альманаха
Парсинг альманаха
18

19. Показатели коррелятора на
сгенерированном сигнале
19

20. Ленточный график этапов
разработки программного продукта
20

21. Спасибо за внимание
21