Novinky zeměměřické knihovny č. 4/2006

Klíčová slova: GPS, softwarový přijímač, www

       Abstrakt:  Softwarové přijímače GPS pracují tak, že po převodu signálu z analogové do digitální formy (A/D) se další zpracování děje obyčejným (ovšemže dosti výkonným) počítačem na základě odpovídajícího softwaru, takže jejich funkce může být relativně snadno modifikována. Článek obsahuje komentovaný přehled informací z www stránek jedenácti firem a institucí, které se zabývají tímto typem přijímačů. - Nabízené informace mohou být zajímavé pro strategické výhledy budoucích investic v Česku.

Úvod

       V softwarových přijímačích GPS se přijímaný signál převede z analogové do digitální formy (A/D) a dále se vše zpracovává softwarově počítačem. Softwarové přijímače se jeví jako důležitá technologie pro komerční i vojenské aplikace, a to z mnoha aspektů: pro flexibilitu navrhování, rychlou adaptabilitu a rychlejší dodání na trh, možnosti optimalizace algoritmů na libovolném stupni vývoje, atd. Přijímače tohoto typu mohu být snadno sestrojeny s využitím počítačů běžného druhu, nebo na jednoúčelové platformě, využívající digitální signálové procesory. Nadto, dostupnost komerčních procesorů se stále rostoucím výkonem je dalším podnětem pro přibývání počtu softwarových přijímačů.

       Se svou adaptabilní podstatou jsou softwarové přijímače nepostradatelným prostředkem pro nalézání optimálních řešení. Soudobé přijímače se v praxi setkávají s obtížnými provozními podmínkami, jako jsou radiofrekvenční interference, multipath, slabý signál aj., které ruší jejich normální funkci. Tyto široce variabilní situace lze zvládnout užitím softwarového přijímače optimizací algoritmu podle podmínek, ve kterých má pracovat.

       Softwarové přijímače mají ale i jeden hlavní nedostatek: jsou pomalejší, než jejich hardwarové protějšky se specifickými integrovanými obvody - ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Rychlost ASIC přijímačů je zářivá oproti softwarovým. Nicméně flexibilita softwarových přijímačů je předurčuje být technologií budoucnosti, a požadavky na interoperabilitu přijímačů pro GPS a GALILEO (příp. i GLONASS) to také podporují.

       Existuje mnoho webovských stránek, přímo nebo nepřímo se dotýkajících softwarových přijímačů. Zde je podán výběr těch, které zabývají komerčními softwarovými přijímači, a také výzkumem v této oblasti. Jsou to tedy stránky výrobců a univerzit, které nabízejí elektronické verze svých publikací.

Accord Software& Systems  (http://www.accord-soft.com)

       Indická firma nabízí své „konfekční“ GPS produkty, a také signálové procesory, systémy       k zamontování, avioniku, informační technologie. Též signálové rozvody, korelátory a simulátory pro výzkumné účely.

Aerospace Engineering Sciences, Colorado University  (http://ecadw.colorado.edu/engineering/news/CUE/2004/depts/aerospace.htm)

       Rozpracovává principy softwarového rádia pro GPS a jiné navigační systémy. Výzkumná skupina se zabývá otázkou využití softwarových GPS přijímačů v nové generaci přistávacích systémů pro letadla, a koná experimenty s multipathem na palubě letadla Boeing 777.

Center for Remote sensing  (http://centerforremotesensing.com)

       Zde se vyvíjejí, staví a testují GPS přijímače různé úrovně pro práci v reálném čase. Softwarové přijímače se navrhují na základě otevřené architektury, s možností dalšího vývoje, např. jako přijímače pro M-kód, signálové generátory, systémy GLONASS a GALILEO. Softwarový přijímač pracuje se softwarem IMPULSE (pod Windows), určeným pro vývoj systému. Softwarový přijímač z CRS se též užívá pro atmosférické (ionosférické) výzkumy.

Data Fusion Corporation  (http://www.datafusion.com)

       Firma produkuje softwarové prostředky pro mezifrekvenční softwarové přijímače (IF Software Receiver toolkits) v konfiguracích Matlabu, C a C/DSP (Digital Signal Processor), pomocí kterých lze generovat specifické scénáře pro testování a ověřování nových algoritmů. IF (mezifrekvenční) kmitočet a vzorkovací interval si uživatel může definovat. Softwarový přijímač (nejspíš se míní uvedený software) může pracovat pod Windows nebo UNIXem.

Electrical Engineering, Cornell University  (http://gps.ece.cornell.edu)

       Byl vyvinut 12 kanálový přijímač pro L1 v reálném čase, podrobně popsaný v pojednání http://gps.ece.cornell.edu/swreceiver_paper5_ION.pdf. Užívá komerční vstupní procesor pro generování dvoubitových digitalizovaných vzorků. Pracuje se pod systémem UNIX.

Navsys Corporation  (http://www.navsys.com)

       Jejich softwarový GPS přijímač SGR je navržen pro možnost adaptace na budoucí požadavky. Je plně reprogramovatelný jak na úrovni softwaru, tak i na úrovni firmwaru. Navazují na něj další produkty, jako vysoce citlivý progresivní přijímač a simulátory signálů. SGR software je použitelný na různých uživatelských hardwarech. GPS Signal Toolbox, pracující         s Matlabem, může generovat různé scénáře, provádět sledování, navigaci i analýzu. - Na stránce http://www.navsys.com/Products/ jsou informace o výrobcích a na .../Papers/  je mnoho publikací o softwarových přijímačích.

NordNav Technologies  (http://www.nordnav.com)

       Firma vyvíjí softwarové přijímače pro aplikace GPS/Galileo ve vozidlovém, námořním, leteckém i osobním určování polohy. Jejich specifické a finančně výhodné řešení umožňuje snadnou integraci přijímačů do nových nebo existujících produktů. Řada výrobků Nordnav R (zde a dále uvádějí „Nordnav“ bez druhého velkého „N“) zahrnuje základní a rozvinutější funkční jednotky, snadno použitelné pro výzkum, vývoj, testování a ověřování. Tak Nordnav-R30 je 14 kanálový přijímač schopný produkovat data až v 50 Hz taktu. Umožňuje také individuální nastavení kanálů podle potřeb analýzy.

Position, Location and Navigation (PLAN) Research Group, University of Calgary, Canada  (http://plan.geomatics.ucalgary.ca/research.php)

       Výzkumná skupina se aktivně zabývá GNSS softwarovými přijímači a simulátory. Webovská stránka obsahuje všechny publikace týkající se jejích projektů se softwarovými přijímači.

SDR Forum, Software-defined radio technical conference and product exposition  (http://sdrforum.org)

       Je to mezinárodní průmyslová asociace pro rekonfiguraci bezdrátových technologií (SDR je patrně ze „Software-defined radio...“, a nechť nás nemate, že známe organizaci EuroSDR, kde SDR znamená „Spatial Data Research“; dříve to byla OEEPE). Ačkoliv pro toto forum není technologie GPS specifická, je zde přesto množství informací dotýkajících se koncepcí softwarových přijímačů. Diskuse pokrývá široký okruh aplikací.

Shibasaki Lab, Centre for Spatial Information Science, The University of Tokio  (http://www.shiba.iis.u-tokyo.ac.jp/)

       Laboratoř se extenzivně zabývá softwarovými přijímači, jejichž trh se rychle rozvíjí. Její www stránka  .../member/current/dinesh/research/GNSS/GPS/SoftwareGPS.htm ukazuje, že tato laboratoř pro mnohé své výzkumy přednostně užívá softwarové přijímače. Jsou tam též mnohé snímky (Power Point) a publikace k tématu, záznamy přednášek a simulace multipathu.

Spirit Corp.  (http://www.spiritcorp.com)

       Firma nabízí technologii 16 kanálového softwarového přijímače, spolu s algoritmy pro navigaci a zpracování dat na jednom DSP procesoru (Digital Signal Processor). Jeho přednosti jsou kompaktní řešení, nízká spotřeba, nízká cena atd. Dokumentace přijímače je na http://www.etools.de/downloads/spiritgps16channeldatasheet.pdf. Firma nedodává přijímače, ale „pouze“ nejmodernější technologie. Další podrobnosti jsou na firemní webovské stránce http://www.spiritcorp.com/16channel.htm.