2010 Nikiforov diplom presentation

Тема дипломного проекта:

«Разработка и реализация программно-аппаратных средств для захвата и

сопровождения сигнала спутниковой навигации»

Выполнил: Никифоров Александр АлександровичРуководитель: Мельников Алексей Олегович

Системы захвата сигналов

Причины создания комплекса

• Интерес работы с «реальным» сигналом• Динамичность данного направления

(исследования в области применения HMM при детектировании сигнала, решении проблемы многолучевости сигнала и т.д.)

• Стоимость оборудования по захвату сигнала является достаточно высокой (десятки тысяч долларов)

Задачи на дипломный проект

• Создание открытой программно–аппаратной платформы для получения «сырого» сигнала навигационных спутников

• Создания инфраструктуры взаимодействия модулей проекта

• Реализация модуля сопровождения сигнала• Расчет экономических затрат на разработку

проекта

Компоненты системы• Аппаратная платформа (программная и

аппаратная часть)

• Программно-математическая часть– ФАПЧ несущей

Компоненты платы

RS-232

JTAG/LPT

ПЛИС (Xilinx Spartan 2E)

Static RAMMaxim 2769


RS-232

JTAG/LPT



Контроллерпоследовательного

интерфейсаMaxim 2769

КонтроллерStatic RAM

Контроллермикросхемы Maxim

2769

КонтроллерRS-232


RS-232

JTAG/LPT







2769


Арбитр платы


RS-232

JTAG/LPT







2769


Арбитр платы

Структура программно-аппаратного комплекса

RS-232

JTAG/LPT







2769

КонтроллерRS-232 Арбитр платы

1001011010100110101101010010

Сервер платы

Внешнее хранилище

2 6-2 2

Аппаратные компоненты

Компоненты аппаратной платформы (плата)

• Арбитр платы (содержит парсер входящих команд, механизм верификации RS-232 интерфейса)

• Контроллер статической памяти• Модуль тестирования памяти (детектирует ошибки:

«склеенные» дорожки адреса или данных, отсутствие микросхемы, «непропай»)

• Модуль программирования GPS микросхемы MAX 2769

• Модуль захвата данных с микросхемы MAX 2769• Контроллер RS-232 интерфейса

Компоненты аппаратной платформы (сервер платы)

• Парсер файла конфигурации (RS-232 порт, значения регистров GPS микросхемы, имя скрипта для публикации дампа)

• Программная реализация двоичного протокола управления платой

• Поток управления платой• Поток управления сервером платы• Скрипт публикации дампа с данными на

внешнее хранилище (ftp, samba, nfs, cd-rom и т.д)

Назначение программно-аппаратного комплекса

• Разработка программно-ориентированных и аппаратно-ориентированных корреляторов сигнала систем спутниковой навигации

• Разработка модулей точной подстройки частоты сигнала (fine frequency estimation)

• Разработка модулей слежения за частотой сигнала на основе ФАПЧ (PLL/DLL) или на основе систем блочной подстройки частоты (BASS)

• Разработка новых алгоритмов обработки сигналов спутниковой навигации

Допплеровский эффект

Программно-математическая часть

• Допплеровский сдвиг частоты возникающий в следствии движения спутника по орбите (может достигать 1 Гц/c)

• Допплеровский сдвиг частоты возникающий при движении приемника

• Сдвиг возникающий при переходе на промежуточную частоту (плавание частоты в термокомпенсированном осцилляторе)

ФАПЧ несущей частоты – петля Костаса

ФНЧ

Генераторчастоты

Входящийсигнал

PRNкод

90º

I

Q

ФНЧ

ФильтрОС

Дескриминатор(арктангенс)

Результат работы петли Костаса

Зависимость подставки частоты от времени на модели сигнала без

шума

Зависимость подставки частоты от времени на реальном сигнале

PRN 21

Синфазная составляющая до и после фильтрации

Квадратурная составляющая до и после фильтрации

Работы над проектом

Заключение• В рамках дипломного проекта были созданы

программно-аппаратные средства полностью удовлетворяющие задаче сбора сигнала спутниковой навигации

• Разработанный комплекс используется в рамках учебного процесса на кафедре ИТ-6 в курсе «Современные информационные системы» в МГУПИ

Спасибо за внимание!

Вопросы?

www.nstb.tc.faa.gov/Full_WaasSatelliteStatus.htm

http://www.nstb.tc.faa.gov/Full_WaasSatelliteStatus.htm



Education

2010 Nikiforov diplom presentation