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 20101

• 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.

Задачи дипломного проекта

2

Обзор аналогичных решений

Интерфейс программной и аппаратнойчасти комплекса Vector Signal Generator

Интерфейс программы «Генератор сигналов»

Интерфейс программы Virtual GPS

3

Принцип определения координат

Получен сигнал от одного спутника.Возможное расположение пользователя – любая точка на поверхности сферы.

Получен сигнал от двух спутников.Возможное расположение пользователя – любая точка на окружности пересечения сфер.

Получен сигнал от трёх спутников.Возможное расположение пользователя – две точки на прямой пересечения трёх сфер.

Получен сигнал от четырёх спутников.Возможное расположение пользователя – единственная точка пересечения четырёх сфер.

4

Структура программного продуктаГенерация навигационного сигнала

Генерирующая часть Анализирующая часть

Загрузка альманаха

Парсинг альманаха

Генерация C/A кода

Генерация навигационного сообщения

Интеграция сигнала данного спутника в модель каналов WSSUS

Зашумление сигнала

Фильтрация сигнала

Генерация выходного сигнала всех спутников

5

Структура моделируемого сигнала

Фазоманипулированный сигнал можно рассматривать как линейную комбинацию двух ортонормированных сигналов y1 и y2:

где

Следовательно, сигнал можно считать двухмерным вектором

Если значения отложить по горизонтальной оси, а значения по вертикальной, то точки с координатами будут образовывать пространственную диаграмму.

Бинарная фазовая манипуляция (BPSK)

6

Структура генератора С/А кода

Генерирующая часть

Генерация C/A кода

7

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.

Структура генератора С/А кода

Генерирующая часть

Генерация C/A кода

8

G1 и G2 – сдвиговые регистры

Структура генератора С/А кода

Результирующий бит получается путём сложения по модулю 2 последнего элемента первого регистра и двух элементов из второго регистра. 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

…

Генерирующая часть

Генерация C/A кода

9

Формирование навигационного

сообщенияАльманах – набор данных о расположении спутников

Генерирующая часть

Генерация C/A кода

Генерация навигационного сообщения

10

Эфемериды – данные о точном месторасположении спутников в каждый момент времени

Формирование навигационного

сообщенияИнформационная последовательность передается кадрами емкостью 1500 бит и длительностью 30 с.

Генерирующая часть

Генерация C/A кода

Генерация навигационного сообщения

11

Переотражение сигнала

(многолучѐвка)

Точность показаний GPS приёмника можетухудшится в связи с отражением(однократным или многократным) GPSсигнала от окружающей местности, такой как:здания, технические постройки, природныепрепятствия. Для уменьшения воздействияэтих ошибок применяются различные методыкоррекции. Наиболее простые из нихзаключаются в игнорировании сигнала содинаковым PRN но меньшей мощности.

Генерирующая часть

Генерация C/A кода

Генерация навигационного сообщения

Интеграция сигнала данного спутника в модель каналов WSSUS

12

Многолучевая модель каналов

WSSUSГенерирующая часть

Генерация C/A кода

Генерация навигационного сообщения

Интеграция сигнала данного спутника в модель каналов WSSUS

13

Автокорреляционная функция для определяется следующим образом:

Преобразование Фурье от относительно переменной позволяет определить так называемую функцию распределения

Многолучевая модель каналов

WSSUS

Функция рассеяния пропорциональна двумерной плотности вероятности определённой на значениях задержки при распространении , и Допплеровского смещения частоты . Спектральная плотность Доплера

Генерирующая часть

Генерация C/A кода

Генерация навигационного сообщения

Интеграция сигнала данного спутника в модель каналов WSSUS

14

И спектральная плотность задержки

Могут быть получены интегрированием функции рассеяния по переменным и

соответственно.

Приѐмный тракт

Как правило, типовой приёмник сигналов систем NAVSTAR GPS состоит из нескольких функциональных частей:

• антенной системы; • радиочастотной части; • цифрового блока корреляционной

обработки.

Генерирующая часть

Генерация C/A кода

Генерация навигационного сообщения

Интеграция сигнала данного спутника в модель каналов WSSUS

Зашумление сигнала

15

Фильтр Баттерворта

Фильтр Баттерворта — один из типов электронных фильтров. Фильтры этого класса отличаются от других методом проектирования. Фильтр Баттервортапроектируется так, чтобы его амплитудно-частотная характеристика была максимально гладкой на частотах полосы пропускания.

Генерирующая часть

Генерация C/A кода

Генерация навигационного сообщения

Интеграция сигнала данного спутника в модель каналов WSSUS

Зашумление сигнала

Фильтрация сигнала

16

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 спутников17

Парсер альманаха

Анализирующая часть

Загрузка альманаха

Парсинг альманаха

18

Показатели коррелятора на

сгенерированном сигнале

19

Ленточный график этапов

разработки программного продукта

20

Спасибо за внимание

21