Systémy GPS, a určování polohy obecně, se v dnešní společnosti staly všudypřítomnými fenomény – vozidla jsou z výroby vybavena navigačními systémy, mobilní telefony dokáží určit svou pozici a neustále roste využití GPS i pro rekreační účely. Ačkoliv je GPS v současnosti jediným funkčním GNSS systémem, jsou vyvíjeny či rozšiřovány další systémy v Rusku, Evropě, Číně, Japonsku i v Indii. Kromě toho dochází i k modernizaci GPS kvůli zvýšení výkonu tohoto systému. Tabulka 1 obsahuje přehled bezplatně dostupných signálů ze třech satelitních systémů (jsou vysílány i jiné signály, avšak s omezeným přístupem).

Tabulka 1. Přehled volně dostupných GNSS signálů (aktuální i plánované)

Velké množství signálů, dostupných z těchto nových systémů, nabízí nepřeberné možnosti pro zvýšení přesnosti a spolehlivosti při určování pozice. Nicméně to také znamená, že přijímače GNSS musejí tyto nové signály přijímat a sledovat. Kromě toho s tím, jak roste poptávka mezi spotřebiteli, musejí tyto přijímače fungovat ve složitějších provozních podmínkách, jako například pod stromy a uvnitř budov.

Skupina PLAN (Position, Location and Navigation) na University of Calgary vyvinula softwarově založený GNSS přijímač, který představuje navigační ekvivalent pro softwarově definované rádio (SDR). Bohužel, v současné době není na trhu k dispozici vhodný přijímací modul, který by dokázal převádět všechny potřebné vysokofrekvenční GNSS signály do základního pásma v řádu desítek megahertz a následně je vzorkovat. Kromě toho je pro výzkumné účely potřeba, aby byla vzorkovaná data ukládána na disk pro pozdější zpracování a analýzu. V neposlední řadě potřebujeme pracovat se signály, které mají šířku pásma minimálně 2 MHz a maximálně 20 MHz. Velká šířka pásma a z ní vyplývající vzorkovací frekvence představují velkou výzvu, především z hlediska ukládání dat.

Původně zvažované moduly pro příjem využívaly specializovaný hardware, byly obecně málo flexibilní a přinášely řadu problémů jako například:

• Málo flexibilní hardware dokázal vzorkovat pouze některá frekvenční pásma
• Vysokorychlostní ukládání dat vyžadovalo specializované vybavení, které se těžko přemisťuje
• Vzorkovací rychlost (a odpovídající šířka pásma) byla fixní
• Kvantování vzorků bylo fixní

Kvůli těmto problémům jsme potřebovali výkonnější a flexibilnější řešení.

Využití nástrojů NI pro vývoj flexibilního řešení

Vektorový signálový analyzátor od NI představuje flexibilní, snadno přenosné a konfigurovatelné řešení pro sběr VF vzorků. Systém od NI nabízí především konfigurovatelnou frekvenci, šířku pásma a vzorkovací frekvenci, možnost volby počtu bitů pro kvantování signálu a dostatečnou datovou propustnost pro záznam dat do souboru.

Náš počáteční systém se skládal z následujících komponent:

• Šasi NI PXIe-1065
• 2 kanálový VF předzesilovač NI PXI-5690
• Tři vektorové signálové analyzátory NI PXI-5661 do 2,7 GHz, s pamětí 256 MB a streamováním dat v reálném čase
• RAID pole na 12 disků NI HDD-8264 (s kontrolérem) pro ukládání dat
• Software pro grafický návrh systémů NI LabVIEW

Tento systém fungoval dobře a splňoval většinu našich požadavků. Druhou jednotku s následující konfigurací jsme zakoupili poté, co jsme potřebovali současně přenášet data z několika frekvenčních pásem:

• Šasi NI PXIe-1075
• 2 kanálový VF předzesilovač PXI-5690
• Dva digitizéry NI PXIe-5622, 16-bit, 150 MS/s s pamětí 64 MB
• RAID pole na 12 disků NI HDD-8264 (s kontrolérem) pro ukládání dat
• Software pro grafický návrh systémů NI LabVIEW

Šasi a digitizéry od NI pro PXI Express významně zvýšily datovou propustnost PXI systému.

Obrázek 1. Pro současné ukládání dat z několika frekvenčních pásem jsme použili šasi NI PXIe-1075, několik vektorových signálových analyzátorů PXI-5661, RAID pole na 12 disků HDD-8264, a software LabVIEW.

Úspěšně jsme implementovali a otestovali algoritmy pro sběr a sledování signálu pro všechny signály uvedené v Tabulce 1. Náš softwarový přijímač je momentálně intenzivně využíván v rámci naší výzkumné skupiny při vývoji nových algoritmů pro sběr a sledování signálů. Finálním cílem je zlepšení určování pozice pomocí GNSS v prostorech s horším příjmem a dosažení přesnosti na úrovni centimetrů.

Obrázek 2. Přijímací část pro GNSS

Podpora NI

Obchodní zástupci NI byli maximálně nápomocní a velice se snažili, aby nám obstarali informace a všechno vybavení, které jsme potřebovali. Po nákupu nám technická podpora od NI poskytovala velice kvalitní a rychlé odpovědi na všechny naše dotazy.

Skupina PLAN na University of Calgary úspěšně použila vektorový signálový analyzátor NI pro usnadnění testování softwarově definovaného přijímače GNSS. Využili jsme možnosti konfigurace a vysokorychlostního ukládání dat, které vektorový signálový analyzátor nabízí, pro sběr všech dostupných GNSS signálů, a očekáváme, že bude sloužit i pro signály, které se objeví v budoucnu.

Další kroky

Podívejte se na řešení pro záznam a přehrávání VF signálů od NI 
Podívejte se na kompletní seznam produktů NI použitých v tomto řešení
Vyzkoušejte si NI GPS Simulation Toolkit for LabVIEW