Приемник GNSS реализован в программном обеспечении
Программный приемник GNSS — это приемник глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), разработанный и реализованный с использованием программно-определяемой радиосвязи .
Приемник GNSS, как правило, представляет собой электронное устройство, которое принимает и осуществляет цифровую обработку сигналов от навигационной спутниковой группировки с целью предоставления данных о местоположении, скорости и времени (приемника).
Приемники GNSS традиционно реализуются аппаратно: аппаратный приемник GNSS представляет собой специализированную микросхему, которая была спроектирована и создана (с самого начала) с единственной целью — быть приемником GNSS.
В программном приемнике GNSS вся цифровая обработка выполняется микропроцессором общего назначения . При таком подходе все еще требуется небольшое количество недорогого оборудования, известного как frontend , которое оцифровывает сигнал со спутников. Затем микропроцессор может работать с этим необработанным цифровым потоком для реализации функциональности GNSS.
Аппаратные и программные GNSS-приемники
При сравнении аппаратных и программных GNSS-приемников можно выявить ряд плюсов и минусов каждого подхода:
- Аппаратные GNSS-приемники в целом более эффективны с точки зрения как вычислительной нагрузки, так и энергопотребления, поскольку они были разработаны узкоспециализированным образом с единственной целью — реализовать обработку GNSS-данных.
- Программные GNSS-приемники обеспечивают огромную гибкость: многие функции приемника можно изменять только с помощью программного обеспечения. Это обеспечивает приемник адаптивными возможностями в зависимости от потребностей пользователя и условий работы. Кроме того, приемник можно легко модернизировать с помощью программного обеспечения. [1]
- При некоторых предположениях программные GNSS-приемники могут быть более прибыльными для некоторых приложений, пока доступна достаточная вычислительная мощность (и может быть разделена между несколькими приложениями). Например, микропроцессор смартфона может использоваться для обеспечения навигации GNSS с единственной необходимостью включения интерфейса (вместо полного, более дорогого, аппаратного приемника).
В настоящее время большая часть рынка приемников GNSS по-прежнему представлена аппаратным обеспечением . Однако уже существуют операционные решения, основанные на программном подходе, способном работать на недорогих микропроцессорах. Ожидается, что программные приемники GNSS увеличат свою долю рынка или даже захватят его в ближайшем будущем, следуя за развитием вычислительных возможностей микропроцессоров ( закон Мура ).
Сравнение реализаций GNSS SDR
- Это сравнение касается исключительно GNSS SDR; пожалуйста, не включайте общее программное обеспечение для позиционирования и картографирования GNSS.
- Galileo Satellite Navigation LTD.- GSN :
- Бизнес-модель — основная лицензия ИС + роялти
- Разработка
- Язык программирования: С
- Пользовательский интерфейс - NMEA
- Поддержка оборудования:
- Платформы
- ПК - окна
- ПК - Linux
- CEVA - семейство XC
- CEVA - TL3/4
- Каденция (Tensilica) - BBE16/32
- РФ ФЭ
- Поддержка сигналов GNSS/SBAS:
- Функции:
- Приобретение: да
- Отслеживание: да
- Генерация псевдодальности наблюдаемого: да
- Расшифровка навигационных данных: да
- Оценка положения: да
- Максимальное количество демонстрируемых каналов реального времени: 16/система
- Мультикоррелятор: да
- Пример записи данных: да
- SX3 (ранее SX-NSR)
- Общая информация:
- Публикация: http://gpsworld.com/software-gnss-receiver-an-answer-for-precise-positioning-research
- Разработка:
- Язык программирования: C++
- Пользовательский интерфейс (нет, CLI , GUI ): CLI, GUI
- В стадии активной разработки (на дату): да (2016-март-17)
- Создатель/спонсорская организация: IfEN GmbH, Германия
- Последняя версия (версия и дата): v3.2.1, март 2016 г.
- Первый выпуск (версия и дата): v1.0, март 2007 г.
- Поддержка оборудования:
- Интерфейсы: NavPort, NavPort-4, интерфейс SX3
- Поддерживаемое специальное оборудование хост-компьютера: SIMD (SSE2, SSSE3), CUDA
- Поддержка многоядерности: да
- Поддержка сигналов GNSS/SBAS:
- GPS : L1CA, L2C, L2P (без кода), L5
- ГЛОНАСС : G1, G2
- Галилей : E1, E5a, E5b, E5ab (AltBOC), E6.
- Бэйдоу : B1, B2
- SBAS : EGNOS
- QZSS : L110CAdieyure
- IRNSS : L5, S-диапазон
- Функции:
- Получение: да (несколько алгоритмов)
- Отслеживание: да (несколько алгоритмов)
- Генерация псевдодальности наблюдаемого: да
- Генерация наблюдаемой фазы несущей: да
- Расшифровка навигационных данных: да
- Анализатор спектра: да
- Оценка положения: да
- Максимальное количество продемонстрированных каналов реального времени: 490 (каналы GPS L1 C/A при частоте дискретизации 20 МГц, 3 коррелятора на канал, процессор INTEL Core i7-4970K (не разогнан))
- Интерфейс прикладного программирования: да
- Поддержка двух антенн: да
- Сцинтилляционный мониторинг: да
- Мультикоррелятор: да
- Пример записи данных: да
- Подавление многолучевого распространения : да (несколько алгоритмов)
- GNSS-SDRLIB
- Общая информация:
- Разработка:
- Язык программирования: С
- Пользовательский интерфейс (нет, CLI , GUI ): CLI, GUI.
- Количество разработчиков: 1?
- В стадии активной разработки (на данный момент): да (2013-сен-25)
- Создатель/спонсорская организация: Токийский университет морских наук и технологий, Япония
- Последний релиз (версия и дата):
- Первый выпуск (версия и дата):
- Поддержка оборудования:
- Интерфейсы: NSL STEREO v2 и SiGe GN3S Sampler v3
- Поддерживаемое специальное оборудование хост-компьютера: SIMD (SSE2 и AVX)
- Поддерживается ли многоядерность?:
- Поддержка сигналов GNSS/SBAS:
- Функции:
- Приобретение: да
- Отслеживание: да
- Генерация псевдодальности: да
- Расшифровка навигационных данных: да
- Спектральный анализ: да
- Оценка местоположения: да (через RTKLIB)
- Максимальное количество демонстрируемых каналов реального времени: ?
- ARAMIS (ранее iPRx)
- Версии:
- Бесплатная академическая версия
- Приемник ионосферного сцинтилляционного монитора
- НИОКР-версия
- Общая информация:
- Публикация: http://www.cambridge.org/us/academic/subjects/engineering/communications-and-signal-processing/digital-satellite-navigation-and-geophysics-practical-guide-gnss-signal-simulator-and-receiver-laboratory
- Разработка:
- Язык программирования: C++
- Пользовательский интерфейс: графический интерфейс
- В стадии активной разработки (на данный момент): да (2014-ноябрь)
- Создатель/спонсорская организация: iP-Solutions, Япония, JAXA, Япония
- Последний выпуск (версия и дата): февраль 2018 г.
- Первый выпуск (версия и дата): апрель 2008 г.
- Поддержка оборудования:
- Фронтенды: Eagle, FEM, Simceiver
- Поддержка многоядерности: да
- Поддержка сигналов GNSS/SBAS:
- GPS : L1CA, L2C
- Бэйдоу B1, B2
- ГЛОНАСС : G1, G2, G3
- Галилео : E1
- ИРНСС: L5, S
- QZSS : L1CA
- СБАС
- Функции:
- Приобретение: да
- Отслеживание: да
- Генерация псевдодальности наблюдаемого: да
- Генерация наблюдаемой фазы несущей: да
- Расшифровка навигационных данных: да
- Оценка положения: да
- Максимальное количество каналов реального времени: 60 (5 корреляторов на канал)
- Интерфейс прикладного программирования: да
- Поддержка двух антенн: да, для интерфейса FEM
- Мультикоррелятор: да
- Пример записи данных: да
- SoftGNSS v3.0 (также известный как SoftGPS)
- Общая информация:
- Публикация: https://www.springer.com/birkhauser/engineering/book/978-0-8176-4390-4
- Исходный код: включен в книгу
- Лицензия на программное обеспечение : GPL v2
- Программный приемник GNSS не в реальном времени (постобработка)
- Разработка:
- Язык программирования: MATLAB
- Пользовательский интерфейс (нет, CLI , GUI ): CLI и GUI
- Количество разработчиков: 4 (по проекту)
- В стадии активной разработки (на данный момент): публичная версия - нет, закрытые версии - да (2013-сен-30)
- Поддержка оборудования:
- Фронтенды: SiGe GN3S Sampler v1 (в оригинальном выпуске SDR и драйвера). Записи сигналов, происходящие из других версий Sampler или других фронтендов, требуют изменений конфигурации, а в некоторых случаях и незначительных изменений кода.
- Поддерживаемое специальное оборудование хост-компьютера: нет
- Поддержка многоядерности: нет
- Поддержка сигналов GNSS/SBAS (отдельная версия для каждого диапазона каждой GNSS):
- Функции:
- Приобретение: да
- Отслеживание: да
- Генерация псевдодальности наблюдаемого: да
- Генерация наблюдаемой фазы несущей: нет
- Расшифровка навигационных данных: да
- Оценка положения: да
- GNSS-SDR , программно-определяемый приемник GNSS с открытым исходным кодом
- Общая информация:
- Разработка:
- Язык программирования: C++
- Пользовательский интерфейс (нет, CLI , GUI ): CLI.
- Количество разработчиков: 26 (по проекту)
- В стадии активной разработки (на дату): да (2021-янв-08)
- Организация-создатель/спонсор: Centre Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya.
- Последняя версия (версия и дата): 0.0.14 (по состоянию на январь 2021 г.)
- Первый выпуск (версия и дата): 2011-мар-11 первый svn коммит
- Поддержка оборудования:
- Интерфейсы: совместимые с UHD ( семейство USRP ), совместимые с OsmoSDR (USB-донглы на базе RTL2832, bladeRF, HackRF One), SiGe GN3S Sampler v2, AD-FMCOMMS2-EBZ
- Поддерживаемое специальное оборудование хост-компьютера: SIMD (через VOLK и VOLK_GNSSSDR), CUDA
- Поддержка многоядерности: Да
- Поддержка сигналов GNSS/SBAS:
- GPS : L1CA, L2C, L5
- ГЛОНАСС : L1SP, L2SP
- Галилео : E1b, E1c, E5a
- Бэйдоу: B1I, B3I
- SBAS : EGNOS
- Функции:
- Получение: да (несколько алгоритмов)
- Отслеживание: да (несколько алгоритмов)
- Генерация псевдодальности наблюдаемого: да
- Генерация наблюдаемой фазы несущей: да
- Расшифровка навигационных данных: да
- Оценка положения: да
- Максимальное количество демонстрируемых каналов в реальном времени: > 100
- Форматы вывода: RINEX , KML , GPX , GeoJSON , NMEA , RTCM , промежуточные результаты сохраняются в двоичных файлах .mat, которые можно читать из MATLAB и Octave , а также из Python через h5py.
- GRID , Обобщенное радионавигационное интерференционное устройство
- Общая информация:
- Разработка:
- Язык программирования: C++
- Платформы: Linux, Windows, MacOS
- Пользовательский интерфейс (нет, CLI , GUI ): CLI.
- Количество разработчиков: 15 (по проекту)
- В стадии активной разработки (на дату): да (28 апреля 2023 г.)
- Создатель/спонсорская организация: Техасский университет в Остине
- Последний выпуск (версия и дата): ежегодный выпуск 2022 г.
- Первый выпуск (версия и дата): 2008-июл-01
- Поддержка оборудования:
- Интерфейсы: Несколько и, по сути, любой.
- Поддерживаемое специальное оборудование хост-компьютера: Intel SIMD (SSE2 через AVX-512), ARM NEON (64-бит и 128-бит)
- Поддержка многоядерности: Да
- Поддержка сигналов GNSS/SBAS:
- GPS : L1CA, L2C, L5
- Галилео : E1b, E1c, E5a
- QZSS : L1CA
- SBAS : WAAS L1
- Функции:
- Получение: да (несколько алгоритмов)
- Отслеживание: да (несколько алгоритмов)
- Генерация псевдодальности наблюдаемого: да
- Генерация наблюдаемой фазы несущей: да
- Расшифровка навигационных данных: да
- Оценка положения: да
- Несколько антенн: да
- Кинематика в реальном времени: да, GRID может функционировать как базовая станция RTK или ровер с интегрированной сетевой поддержкой, оценка RTK при интеграции с PpEngine (доступно по отдельной лицензии)
- Дифференциальные поправки: да, CNAV и SBAS
- Максимальное количество каналов реального времени: зависит от оборудования, 30 на Raspberry Pi 1, >100 на большинстве настольных компьютеров.
- Форматы вывода: файлы RINEX , KML , MATLAB .mat, CSV, фирменный формат GBX (бинарный обмен GRID).
- Текущие приложения: экспериментальный приемник FOTON, несколько коммерческих приложений GNSS-RO, бортовая навигация коммерческих спутников LEO, навигация ракет на основе RTK (запуск на орбиту), навигация транспортных средств на основе RTK в городских условиях, беспилотные летательные аппараты на основе RTK, несколько стационарных опорных станций, мониторинг аномалий сигнала
Ссылки
- ^ Программные приемники реального времени, GPS World, 1 сентября 2009 г., Пьер-Андре Фарин, Марсель Баракки-Фрей, Грегуар Вельчли, Сирил Боттерон.
Дальнейшее чтение
- Борре, К.; Акос, Д.; Бертельсен, Н.; Риндер, П.; Йенсен, Ш.Х. (2007). Программно-определяемый приемник GPS и Galileo: одночастотный подход . Биркхаузер . ISBN 978-0-8176-4390-4.
- Pany, Thomas (2010). Обработка навигационных сигналов для программных приемников GNSS . Artech House . ISBN 9781608070282.
- Петровский, Иван; Цуджи, Тошиаки (2012). Цифровая спутниковая навигация и геофизика: практическое руководство с имитатором сигналов ГНСС и лабораторией приемников . Cambridge University Press . ISBN 9780521760546.
Внешние ссылки
- Программное обеспечение GPS имеет много преимуществ
- Отправная точка для изучения GPS с помощью программного обеспечения с открытым исходным кодом. Архивировано 30 августа 2012 г. на Wayback Machine.
- Смягчение ионосферных эффектов при позиционировании ГНСС
