Аппаратура потребителей спутниковых радионавигационных систем (дисциплина) — различия между версиями

Версия 17:46, 17 сентября 2018

Дисциплина "Аппаратура потребителей спутниковых радионавигационных систем" входит в вариативную часть общенаучного цикла занятий учебного плана подготовки специалистов по направлению 11.05.01 "Радиоэлектронные системы и комплексы".

Преподается осеннем и весеннем семестрах пятого года обучения. В осеннем семестре лекции и лабораторные занятия (итог - экзамен), в весеннем - курсовой проект.

По дисциплине подготовлен электронный учебно-методический комплекс.

Правила аттестации

Обязательным условием для получения допуска к экзамену является выполнение и защита 4 лабораторных работ.

Календарный план

Журнал успеваемости.

Вопросы к экзамену

Экзамен проводится в устной форме и содержит два вопроса (экзаменационные вопросы). При подготовке рекомендуется использовать книги по тематике, конспекты лекций и презентации.

Курсовой проект

Название проекта: Разработка модуля расчёта координат спутника GPS

Журнал успеваемости

Курсовой проект по данной дисциплине выполняется во втором семестре. В рамках проекта студенты знакомятся с рядом инструментов и техник, используемых при разработке АП СРНС:

• обработка измерений от приемника ГНСС в RTKLIB;
• обработка данных и моделирование в Matlab/Python;
• разработка программного модуля на С/С++, включая юнит-тестирование в Check.

Консультации по этапу производятся до наступления соответствующего дедлайна.

Этап 1. Использование

Дедлайн: 05.03.18

На крыше корпуса А МЭИ установлена трехдиапазонная антенна Harxon HX-CSX601A. Она через 20-метровый кабель, сплиттер, bias-tee и усилитель подключена к трем навигационным приемникам:

• Javad Lexon LGDD,
• SwiftNavigation Piksi Multi,
• FPGA-based приемник на основе нашего ядра CoreZh.

Приемники формируют первичные измерения, которые логируются в файлах формата RINEX 2.11. Javad и Piksi - только файлы наблюдений (javad.obs и piksi.obs), CoreZh - и наблюдения (corezh.obs), и файл эфемерид (corezh.nav для GPS и corezh.gnav для ГЛОНАСС). Архив с файлами за 03.02.18 доступен для скачивания по ссылке.

Требуется произвести вторичную обработку измерений, например, с помощью программы RTKLIB. В Matlab или Python построить гистограммы отклонения навигационного решения от эталонного решения (в метрах). В качестве эталона взять средний результат для Javad.

Оформить отчёт по результатам этапа:

1. Особенности настройки программы вторичной обработки
2. Средние расчетные положения для разных приемников и разница между ними (в градусах и мм соответственно)
3. Гистограммы отклонений

Этап 2. Моделирование

Дедлайн: 09.04.18

На предыдущем этапе получено решение навигационной задачи с помощью программы вторичной обработки измерений, например, RTKLIB. В процессе работы она рассчитывает положение спутников на соответствующий момент сигнального времени. При этом используются эфемериды - параметры некоторой модели движения спутника. В разных ГНСС эти модели разные, а значит отличается и формат эфемерид, и алгоритмы расчета положения спутника.

Одна из самых простых и удобных моделей - в системе GPS.

Требуется реализовать на языке Matlab или Python функцию расчета положения спутника GPS на заданный момент по шкале GPST. В качестве источника эфемерид использовать предоставленный на предыдущем этапе файл с логами за 03.02.18.

Построить трехмерные графики множества положений спутника GPS с системным номером, соответствующим номеру студента по списку. Графики в двух вариантах: в СК ECEF WGS84 и соответствующей ей инерциальной СК. Положения должны соответствовать временному интервалу с 00:00 03.02.18 до 12:00 03.02.18. Допускается использовать одни и те же эфемериды на весь рассматриваемый интервал (взять с середины).

Построить SkyView за указанный временной интервал (напоминаю, антенна на крыше корпуса А) и сравнить результат с Trimble GNSS Planning Online.

Оформить отчет по результатам этапа:

1. Реализация в Matlab или Python
2. Таблица использованных эфемерид
3. Трехмерные графики положений спутника в ECEF и ECI (не забудьте подписать оси, изобразите соответствующую Земле сферу в начале СК)
4. Расчётный и полученный в GNSS Planing Online SkyView
5. Выводы

Этап 3. Реализация

Дедлайн: 21.05.18

Требуется разработать на языке С/С++ функцию расчета положения спутника GPS на заданное время по шкале GPST, минимизируя время её исполнения и количество затрачиваемой оперативной памяти. Вызов функции не должен приводить к выбросу исключений или утечкам памяти при любом наборе входных данных.

Функция расчета положения спутника в Matlab/Python относительно проста, т.к. доступны библиотеки линейной алгебры и решения уравнений. Но при разработке встраиваемого ПО приходится сохранять лицензионную частоту, минимизировать вычислительную нагрузку и затраты памяти. Поэтому отобразить модель из Matlab/Python в прошивку приемника дословно, как правило, не получается. В рассматриваемом примере потребуется, как минимум, выполнить свою реализацию решения уравнения Кеплера.

Программный модуль должен сопровождаться unit-тестами под check:

• Тесты функции решения уравнения Кеплера
• Тест расчетного положения спутника в сравнении с Matlab/Python с шагом 0.1 секунды.

Во время второго теста должно вычисляться и выводиться средняя длительность исполнения функции. Допускается использовать одни и те же эфемериды на весь рассматриваемый интервал (как на предыдущем этапе).

Требуется провести проверку на утечки памяти с помощью утилиты valgrind.

Оформить отчет по результатам курсового проекта. В качестве первых двух глав использовать отчёты с предыдущих этапов, в третьей главе отразить результаты этого этапа:

1. Код реализации
2. Вывод тестов, включая анализ времени исполнения
3. Вывод valgrind
4. Вывод по этапу
5. Заключение по проекту

По ссылке доступен архив каркаса программного модуля, представленного в виде подключаемой библиотеки на базе системы сборки CMake. Настроена компиляция статической/динамической библиотек компилятором/кросскомпилятором и выполнение юнит-тестов (проверено в GNU/Linux системах). Для примера в библиотеке реализованы две функции: умножения и сложения.

В функцию сложения add внесена ошибка, на которую указывает результат соответствующего юнит-теста: