2009 Podzorova

Московский Государственный Университет Приборостроения и Информатики

Дипломный проект на тему:

«Разработка модуля обнаружения и сопровождения сигналов глобальной системы

спутникового позиционирования»

Выполнила:Подзорова Н. А.

Руководитель:Мельников А. О.

Анализ алгоритмов цифровой обработки сигналов Анализ алгоритмов цифровой обработки сигналов спутниковой навигацииспутниковой навигации

Разработка объектно-ориентированных Разработка объектно-ориентированных программных средств для моделирования сигналов программных средств для моделирования сигналов спутниковой группировки GPS, моделирования спутниковой группировки GPS, моделирования среды распространения сигналов, обнаружениясреды распространения сигналов, обнаружения и и сопровождениясопровождения сигналасигнала

Задачи исследования

Цель

Разработка программных средств для обработки радиосигнала от спутников системы глобального позиционирования

2

Постановка задачиПостановка задачи

Пусть x[k] – поступающие на вход отсчеты сигнала. Требуется реализовать алгоритм обнаружения сигнала

от конкретного спутника GPS из 32-х возможных, получения грубых оценок смещения частоты и фазы расширяющего кода, сопровождения сигнала и уточнения его параметров.

3

Принцип работы технологии Принцип работы технологии спутниковой навигацииспутниковой навигации

v 4

Общие принципы определения Общие принципы определения координат с помощью GPSкоординат с помощью GPS

AB

C

5

где t –время распространения радиосигнала от спутника до наблюдателя

с – постоянная

величина, равная скорости света

Расстояние R до спутников определяется по формуле:

,ctR ⋅= (1)

Структура Структура GPSGPS

Созвездие Созвездие спутниковспутников

Наземные станции Наземные станции слежения и слежения и управления управления спутникамиспутниками

GPS-GPS-приемникиприемники

Спутник

Наземный сегмент:система управления и

контроля

ПользователиGPS

6

Структура сигнала Структура сигнала GPSGPS

0

1 2 3 4 5 6 7 17 18 19 20

1 бит (20 мс)

1 мс

1 чип (0.9775 мск)

t

t

t

t

Данные50 бит/с

C/A Код20 периодов на

бит

1 период (1мс)C/A Кода

1023 чипа/период

Несущая L11575.42 МГц

1540 периодов на чип

7

ПроцессПроцесс формирования формирования CC//AA-кода-кода

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

+

+

Генератор G1

Сдвиговый регистр

+Генератор G2

1.023МГц +

С/A code

Позиции отводов определяются

номером спутника

Схема обработки сигналаСхема обработки сигнала

9

Модель группировки

спутников

Специализирован-ное оборудование

для захвата GPS-сигнала

Модуль приема и обработки

Навигационное сообщение

МШУАЦП

АЦП

90

ФАПЧ

внешняя синхронизация

MAX2769

К коррелятору

Схема экспериментаСхема эксперимента

10

Прием сигнала

Обнаружение сигнала

(коррелятор)

Построение списка наблюдаемых

спутников

Сопровождение наблюдаемых

спутников

Демодуляция

Вычисление координат

MAX2769

Последовательный коррелятор

Параллельный коррелятор

ФАПЧкоррекция кода

Последовательный коррелятор

Параллельный коррелятор

ФАПЧкоррекция кода

X

C/A Код

Локальный генератор

90o

X

∫t

0

∫t

0

I2 + Q2

Принятый сигнал r(t)

C/A Последовательность с шагом ½ длины чипа

Промежуточная частота с шагом 500 Гц

покрывающая диапазон в 20 КГц

Интервал интегрирования

3 мс

Пороговый детектор

X

x

x

900

Локальный генератор

Преобразование Фурье x

Обратное преобразование Фурье

| |2

Комплексное сопряжение

Преобразование Фурье

Генератор С/А кода

Q

Принятыйсигнал

Пороговый детектор

I

0 500 1000 1500 2000 250010

20

30

40

50

60

70X: 1Y: 70.05

смещение кода, отсчеты

уров

ень

сигн

ала,

dB

x Kd F(z)

Локальный генератор

θi

θ0

К схеме демодуляции

CmSat 1

CmSat 2

CmSat N. . . .

.

CSGroup

Сигнал от модели

Модель спутниковой группировки

RxSat 1...

RxSat NGPS Receiver

Список обнаруженных

спутников

Реализация приемника

вход

Сигнал от спутников

АнтеннаCmSatCSGroup

Классы для моделирования

GPS Receiver

RxSat

Классы, встраиваемые внутрь приемника

Оборудованиена основеMAX2769

Структура разрабатываемых ПССтруктура разрабатываемых ПС

11

Общая схема алгоритма Общая схема алгоритма разработанных ПСразработанных ПС

12

Накопление данных в буфере 1 ms

Цикл по спутникам

Коррелятор

Обнаружен

Спутник в спискеСпутник в списке

Удалить Добавить

Нет Да

Нет

НетДа

Вход

Получение отсчета

А

Цикл по спутникам в списке

Уточнить фазу кода и смещение частоты

Выход

А

РезультатыРезультаты

13

0 500 1000 1500

0

2

4

6

8

10

12

x 106

X: 1Y: 1.176e+007

X: 257Y: 9.651e+006

X: 1025Y: 6.272e+006

смещение кода

спутник 1спутник 0

спутник 5

спутник 7

Организационно-экономический разделОрганизационно-экономический разделСтруктура затрат на разработку ПС

Ленточный график разработки ПС

Смета затрат на разработку и внедрение программных средств

100221798СпрИтого:2859640СнНакладные расходы6821840Смаш.врСтоимость машинного времени512550СматМатериалы41328428СсоцОтчисления на социальные

нужды3

59940СдопДополнительная заработная плата24599400СоснОсновная заработная плата154321В % к итогуСумма,

руб.Обозначение

Наименование статей№

Основные технико-экономические показатели проведения

исследования

25200рубстоимость машинного времени

85500рубнакладные расходы

40755руботчисления на социальные нужды

14250рубдополнительная заработная плата

142500рубосновная заработная плата

2505рубстоимость расходных материалов

в том числе:

310710рубЗатраты на проведение исследования

105чел-днейТрудоемкость проведения исследования

137календар-ных дней

Продолжительность проведения исследования

1челКоличество исследователейHP 1500 GH–––принтер

Intel Pentium III 3,06GHz /512Mb / 80Gb

–––ПК

Использованные технические средства:

С++, MathCAD–––Язык программирования

Характеристики исследования:

С применением ЭВМ и программных средств

–––Способ обработки информации

321

Проектный вариантЕдиница измерения

Наименование показателя

ВыводыВыводы

Обработка Обработка GPSGPS-сигнала требует высоких -сигнала требует высоких вычислительных и емкостных затрат. В вычислительных и емкостных затрат. В связи с этим разработка эффективных связи с этим разработка эффективных алгоритмов является вполне актуальной алгоритмов является вполне актуальной задачей. Наиболее трудоемкой является задачей. Наиболее трудоемкой является процедура обнаружения сигнала от спутника процедура обнаружения сигнала от спутника и получения грубых оценок параметров. Для и получения грубых оценок параметров. Для ускорения вычислений в этой процедуре ускорения вычислений в этой процедуре был применен алгоритм быстрого был применен алгоритм быстрого преобразования Фурье. преобразования Фурье.

Спасибо за внимание!