1. Курсовая работа по теме:
Разработка системы определения
местоположения на основе GPS.
Часть I.
Выполнил: студент Андреев Николай
Руководитель: к. ф.-м. н., доц, Тюкачев Н.А.
2. Введение
Общее представление
Актуальность проблемы
Сравнительная характеристика с
подобными (GPS (приемник), “Вистар”)
Архитектура проектируемой системы
• GPS как основа
• GPS приемник (OEM модуль)
• Сотовый телефон (поддержка java)
3. GPS: Строение системы
Космический сегмент:
• 24 спутника
• 6 орбит, 55º к экватору
• 12 ч. период обращения
Пользовательский
сегмент:
• сообщество пользователей
системы (GPS приемники)
Сегмент управления:
• станции слежения
(коррекция параметров
орбит и часов спутников)
4. GPS: Сигналы спутника
Формирование кодовых
последовательностей:
• Ленточный сдвиговой регистр
• C/A код = ( 10 бит. сдв. рег +
(10 бит. сдв. рег) mod 2
1023 бит, 1,023 МГц, 1 миллисекунда
• P код = сложный алгоритм; 10,23 МГц, 266 суток
Структура и передача
• Опорный генератор (1,23 МГц)
• Умножение/деление частоты
• Несущие L1/L2 (1575/1227
МГц), PRN (C/A, P),навигационное
сообщение (50 Гц))
• Бифазовая модуляция
5. Постановка задачи
Изучение GPS
Нахождение модуля GPS
Изучение его технических
параметров
Протокол сопряжения
Сопряжение с компьютером модуля
GPS
Написание программного кода
6. GPS: Передаваемые данные
Структура данных:
Навигационное сообщение
(12,5 мин) = 125 фреймов
Фрейм 1500 бит (30 сек) =
5 подфеймов
Подфрейм 300 бит = 10 слов
Информация:
Альманах (каждые 12,5 мин)
Эфемериды (50 сек)
7. GPS: Прием сигнала
Задачи
• Выделение в потоке сигналов составляющие, относящиеся к
конкретным спутникам
• Разделение сигнала конкретного спутника на кодовую послед.,
навигационное сообщение и несущую
• Определение временного сдвига принятых сигналов по
отношение к опорным
Решение
• Метод корреляционной обработки принятого и опорного
сигналов (перемножение сигналов коррелятором, коэффициент
корреляции k – степень “похожести”, выбор максимального
значения k). Получение временного сдвига между принятым и
опорным сигналами, по которому вычисляется псевдодальность
• Псевдорасстояние (снимается благодаря меткам времени)
8. GPS: Определение
местоположения
Измерение задержки распространения
сигнала от спутника до приемника
Расстояние = скорость света * задержка
Получение информации о положении
спутника (эфемериды, альманах)
Задействовано 4 спутника
Расчет координат приемника (пересечение
4 сфер с центрами в спутниках)
Эфемериды (Кеплеровы параметры):
а - большая полуось
е - эксцентриситет
i - наклонение к плоскости
Ω - прямое восхождение узла орбиты
w - аргумент перигея
То - время прохождения спутником перигея
9. Элементы системы
Выбор технических средств
(ACE III GPS модуль, сотовый
телефон)
Условие сопряжения
(уровни сигналов устройств)
Ценовая политика
Необходимость тестирования
10. GPS модуль: Trimble ACE III
Технические характеристики:
• Питание: +5 Вольт постоянного тока (±5%)
• Мощность: 0,88 Вт
• Резервный источник питания: +3,2В..+5В
• Выходной/входной сигналы и PPS (импульс в секунду): TTL уровня
• Протоколы: TSIP, TAIP, NMEA
Рабочие характеристики:
• Общие: L1, код C/A, 8 каналов слежения,
32 коррелятора
• Част. обновления: 1 Гц -TSIP, TAIP, NMEA
• Точность DGPS: 2 метра, 0,05 м/с, ±95 нс.
Миниатюрный размер, антенна
Память (RAM, EEROM)
12. GPS модуль: Trimble ACE III
Колодка сопряжения J4 : питание модуля ACE III GPS и входные/
выходные сигналы данных собраны в одну 8-контакную колодку
№ пина Сигнал Описание
1 TxD2 Порт 2, передача данных, уровень TTL
2 Осн. питание 5 Вольт постоянного тока (±5%)
3 TxD1 Порт 1, передача данных, уровень TTL
4 Доп. питание От 3,2 В до 5,25 В постоянного тока
5 RxD1 Порт 1, прием данных, уровень TTL
6 1PPS Импульс в секунду, уровень TTL
7 RxD2 Порт 2, прием данных, уровень TTL
8 GND Земля общая для питания и сигнала
13. Протокол TAIP
Основан на таблице печатных символов ASCII
Конфигурирует модуль
Получение GPS данных:
• долгота, широта, высота (WGS-84)
• время (GPS, UTC)
• скорость
Контрольная сумма
Поддержка 16 команд (AL, PV, PR, PT и тп.)
Формат TAIP сообщения:
>RPV15714+3739438-1220384601512612;ID=1234;*7F<
14. Сопряжение с компьютером
Тестирование модуля (получение
данных)
Сигнал TTL (5В) to COM (12В)
Схема сопряжения (MAX232)
Схема стабилизатора (LM 2575)
Программный код
15. Заключение
Входе проектирования системы определения
местоположения изучено и разработано:
• Система GPS
• Компоненты разрабатываемой системы
• GPS модуль ACE III
• Протокол TAIP
• Сопряжение с PC
• Программный код
Что предстоит в дальнейшем