WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

УДК 629.78

Борискин Алексей Дмитриевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕДАЧИ И ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В СВЯЗНЫХ СЕТЯХ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ

СПУТНИКОВЫХ

СИСТЕМ

05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2010

Работа выполнена на кафедре 402 «Радиосистемы управления и передачи информации»

Московского авиационного института (государственного технического университета)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Вейцель Виктор Абрамович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией 16 Института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Рапопорт Лев Борисович.

кандидат технических наук, начальник математической группы компании "Топкон Позишионинг Системс” Аверин Сергей Владиславович

Ведущая организация: ОАО «Российские космические системы»

Защита диссертации состоится 28 декабря 2010 года в на заседании диссертационного совета Д 212.125.02 при Московском авиационном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125171, г. Москва, А-80, ГСП, Волоколамское шоссе,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ Дата рассылки автореферата: ноября

Ученый секретарь диссертационного совета Д. 212.125. к.т.н., доц. А.М. Петраков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена исследованию методов повышения эффективности передачи и хранения информации в связных сетях, входящих в состав глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), и снижению затрат при производстве приемников ГНСС за счет перераспределения через связные радиолинии части сложных вычислительных задач между приемником и удаленным вычислителем.

Актуальность работы В последние годы изменилась общая структура ГНСС. В ее состав вошел новый сегмент в виде телекоммуникационных сетей. Если раньше приемники отдельных потребителей практически независимо работали с навигационными спутниками, то в настоящее время приемник ГНСС стал одним из узлов телекоммуникационной (навигационной) сети.





В общем случае, такая сеть состоит из трех ключевых элементов и системы передачи данных между ними:

1. Сеть стационарных базовых приемников (далее базы), производящих измерения сигналов ГНСС.

2. Центр обработки измерений базовых приемников, вычисляющий корректирующую информацию.

3. Приемники потребителей (далее роверы), использующих корректирующую информацию для увеличения точности и надежности определения позиции.

Ниже приведены несколько примеров навигационных систем:

1. Система дифференциальной навигации используется для повышения точности работы ровера. В такой системе через связные радиолинии роверу передаются псевдодальностные (далее кодовые) и псевдофазовые (далее фазовые) измерения базового приемника (далее эти измерения будут называться «сырыми»).

2. Системы IGS (International GNSS Service = Международный сервис ГНСС) используются для сбора и высокоточного анализа ошибок измерений и параметров движения Земли, а также для прогноза движения спутников навигационных систем. В таких системах хранится большой объем «сырых» измерений более 200 базовых приемников.

Связные системы передачи данных, используемые в навигационных системах, часто имеют ограничения на скорость передачи данных, например, 600[бит/сек]. С развитием пакетных служб передачи данных, таких как GPRS (General Packet Radio Service = Пакетная Радиосвязь Общего Пользования) основным ограничением является не скорость, а объем передаваемой информации, где потребитель платит пропорционально объему полученных/переданных данных. Разработка новых алгоритмов сжатия информации передаваемой в навигационных сетях, в частности, «сырых»

измерений, позволит более эффективно использовать существующие связные системы и центры хранения информации ГНСС.

Исторически сложились два режима высокоточной дифференциальной навигации: режим реального времени – RTK (Real Time Kinematic = Кинематика Реального Времени) и режим постобработки. Ключевой особенностью RTK было наличие связных систем для передачи корректирующей информации. Несмотря на общность цели, каждый из этих режимов заложил собственные технологии обработки информации, форматы входных и выходных данных. Однако в процессе широкого развития и значительного удешевления систем передачи данных наблюдается тенденция к сближению этих технологий и ключевым моментом является создание универсального формата «сырых» измерений (входных данных).

Для увеличения точности позиционирования ровер использует дополнительную корректирующую информацию, получаемую через связные радиолинии. Совместная обработка собственных «сырых» измерений и корректирующей информации требует существенных вычислительных затрат (особенно режимы дифференциальной навигации с разрешением фазовых неоднозначностей) и специального программного обеспечения (ПО).





Эти требования существенно увеличивают стоимость приемника и его массогабаритные характеристики. Развитие интернет технологий и мобильных систем связи позволяет по новому взглянуть на процесс получения высокоточного решения и предложить процесс вторичной обработки не как ПО приемника, а как web-сервис.

В такой системе первичная обработка будет осуществляться на дешевом сенсоре ГНСС, а вторичная - на мощном удаленном вычислителе.

Смартфон или удаленный компьютер, выполняющий роль вычислителя, получает «сырые» измерения базы и ровера и производит все расчеты необходимые пользователю. Для вторичной обработки удаленному вычислителю необходимо передавать не только «сырые» измерения от ровера, но и навигационную (эфемериды, SBAS коррекции) и атрибутивную информацию (имя приемника и антенны, измерения дополнительных сенсоров).

Полученная вычислителем позиционная информация выдается непосредственно пользователю (на экране смартфона) или передается по линиям связи обратно на сенсор ГНСС.

Для минимизации стоимости эксплуатации линий связи в распределенных системах вычислений ГНСС необходимо создать формат компактного представления данных, включающий в себя измерительную, навигационную, атрибутивную и позиционную информацию ГНСС.

Цель и задачи работы Цель данной работы – исследование и разработка методов позволяющих повысить эффективность телекоммуникационных сетей c учетом специфических условий их использования в составе систем спутниковой навигации.

В результате исследования были сформулированы следующие основные задачи.

1. Повысить эффективность передачи и хранения «сырых» измерений ГНСС в связных сетях.

a. Разработать более эффективные алгоритмы сжатия «сырых»

b. Разработать более эффективную структуру следования данных 2. Создать протокол, оптимизированный для передачи данных через связные радиолинии при работе в дифференциальных системах, системах распределенных вычислений и системах хранения и анализа измерений ГНСС.

3. Создать систему распределенных вычислений ГНСС в реальном времени, когда часть данных для обработки передается по связным радиолиниям между сенсором ГНСС и удаленным вычислителем.

Достоверность и обоснованность результатов Научная достоверность полученных результатов обеспечивается:

Использованием адекватного теоретического аппарата математической статистики и теории вероятности, результатами имитационного моделирования, подтверждением теоретических выкладок натурными экспериментами, использованием результатов работы в коммерческих продуктах фирмы Ashtech, использованием результатов работы в разработке новых международных стандартов (RTCM) и положительной оценкой предлагаемых методов, доложенных на международных конференциях ION.

Положения, выносимые на защиту 1. Пропускная способность связных радиолиний, предназначенных для передачи фазовых дифференциальных поправок, может быть повышена в 2.5 раза, если с тактовой частотой не менее 0.2[Гц] вместо полного фазового измерения передавать только его фракциональную часть.

2. Разработанный протокол ATOM обладает в 3.3 раза большей эффективностью сжатия, чем известный формат RTCM3 и позволяет работать со связным радиолиниями с пропускной способностью 600[бит/сек] в двухчастотном GPS+ГЛОНАСС RTK режиме. Практическая реализация 1го и 2-го положения показала, что один из главных показателей качества RTK системы - время разрешения фазовых неоднозначностей, в первом приближении не ухудшится, а с учетом практической реализации, ухудшается не более чем на 1%.

3. Разработанный протокол ATOM минимизирует объем передаваемой информации по связным радиолиниям при работе в системах распределенных вычислений, адаптируется к новым системам ГНСС и их сигналам, применяется в аппаратуре фирмы «Аshtech» и принят международным комитетом RTCM для использования при создании новых стандартов.

4. Реализованный сервис распределенных вычислений - RETRIEVE позволяет создавать более простую и дешевую приемную аппаратуру потребителей ГНСС за счет передачи по связным радиолиниям наиболее трудоемкой части вторичной обработки на центральный сервер.

Научная новизна 1. Алгоритм «грубый–точный». Предлагается новый алгоритм представления навигационных измерений, предназначенных для передачи по радиолиниям телекоммуникационной сети, в виде двух составляющих:

грубой части, общей для всех сигналов данного спутника, и точной части, специфичной для каждого сигнала. Такое представление, в отличие от разностного представления, используемого в формате RTCM3, позволяет производить эффективное сжатие путем прореживания данных.

2. Маска спутников и сигналов. Разработан новый способ представления информации о спутниках и сигналах в виде масок. Маска представляет собой универсальную таблицу, в которой в определенном порядке проставлены двоичные символы, указывающие номера спутников и виды сигналов. Предложенный способ позволяет передавать по связным радиолиниям произвольный набор измерений в одном сообщении. Использование номенклатуры идентификации сигналов, принятой в RINEX протоколе, позволило создать универсальный формат «сырых» измерений как для работы в реальном времени, так и для постобработки данных.

3. Фракциональная фаза. В диссертации разработан метод передачи информации, учитывающий специфику фазовых измерений и позволяющий восстанавливать полную фазу из ее фракциональной части. Предложенный метод позволяет производить сжатие фазовых измерений в 2. раза более эффективно (8[бит] вместо 20[бит] при той же точности), чем в RTCM3 протоколе.

4. Удаленная вторичная обработка данных: Предлагается новый вид web-сервиса, когда вторичная обработка данных ГНСС является не частью программного обеспечения навигационного приемника, а выполняется на удаленном сервере.

Практическая ценность работы 1. Разработан компактный формат данных ГНСС (ATOM - AshTech Optimized Messaging), для записи «сырых» измерений, передачи по связным радиолиниям дифференциальных поправок, результатов позиционирования, атрибутивной и навигационной информации;

2. Разработаны и статистически достоверно проверены алгоритмы сжатия «сырых» измерений для их передачи в низкоскоростных радиолиниях (600[бит/сек]);

3. Предложенные алгоритмы универсального представления данных ГНСС приняты международным комитетом RTCM для использования при разработке новых стандартов;

4. Показана экономическая эффективность системы распределенных вычислений и конкретные решения на ее основе.

Реализация результатов 1. Разработан и реализован формат ATOM в ПО приемников фирмы Ashtech. Формат активно используется при работе в стандартных RTK режимах, специфических RTK режимах с подвижной базой, при записи «сырых» измерений, при работе с системами удаленной вторичной обработкой данных и для мониторинга работы приемника Ashtech.

2. Разработанные алгоритмы компактного и универсального представления данных ГНСС используются в протоколе ATOM. Разработанный алгоритм универсального представления данных в виде масок спутников и сигналов принят международным комитетом RTCM для использования при разработке новых стандартов;

3. Созданы и испытаны сервисы распределенных вычислений ГНСС, где вторичная обработка происходит на смартфоне и удаленном сервере.

Апробация работы Материалы исследования, основные идеи и положения диссертации представлены автором на:

1. Научных конференциях ION 2007, 2008, 2009.

2. Заседаниях международного комитета по стандартизации дифференциальных сообщений (RTCM).

Структура и объём диссертации Диссертация состоит из 4-х глав, введения, заключения и 3-х приложений. Диссертация содержит 117 страниц текста, 20 таблиц, 16 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертационной работе обосновывается актуальность темы исследований, приводится обзор опубликованных работ, формулируются цели и задачи работы, а также выносятся основные положения на защиту.

В первой главе приводится обзор существующих алгоритмов сжатия, протоколов представления и систем передачи данных ГНСС, а также сервисов связанных с ними.

Большинство алгоритмов сжатия выводятся из упрощенного уравнения наблюдения для кодовых ( r ) и фазовых (j ) измерений, приведенных в формуле (1).

· D [м] – расчетная дальность до спутника.

· t [м] – уход часов приемника относительно системного времени, далее часы.

· I[м] – ошибка, вызванная задержкой сигнала в ионосфере, далее ионосфера.

· O[м] – ошибка, вызванная неточностью расчета координат спутника и оценкой ухода часов спутника относительно системного времени (при расчете D), далее орбиты.

· T[м] – ошибка, вызванная задержкой сигнала в тропосфере, далее тропосфера.

· h r [м] – шумовая ошибка кодовых измерений.

· hj [ц] - шумовая ошибка фазовых измерений.

· N[ц] - неопределенное целое число длин волн l, неизменное за время непрерывного слежения за фазой.

Не менее важным при сжатии кодовых и фазовых измерений является априорное знание о величине и динамике основных ошибок измерений, которая приведена в таблице 1.

Таблица 1. Ошибки измерений Шум фазовых измерений (h r ) Шум кодовых измерений (hj ) · t [м] – ошибка оценки ухода часов приемника относительно системного времени, далее часы.

Среди рассмотренных алгоритмов сжатия можно выделить:

1. Коррекция измерения, т.е. разница между измерением и расчетной дальностью. Это позволяет уменьшить диапазон измерений до ±300 [м].

2. Разностные измерения. В этом случае передается только одно базовое измерение спутника (например, код первой частоты), а все остальные (фаза первой и второй частоты и др.) как разность от него. Это позволяет уменьшить диапазон разностных измерений до ±200 [м].

3. Передача измерения по модулю. Для уменьшения диапазона измерения можно передавать не всю его часть, а величину, взятую по модулю некоторого числа от него, например 1[мс]. Для восстановления полного измерения необходима априорная информация об измерении.

Результатом рассмотрения существующих алгоритмов сжатия стал вывод о том, что есть предпосылки к увеличению эффективности сжатия «сырых» измерений и устранению основных недостатков существующих алгоритмов.

Среди рассмотренных протоколов представления данных ГНСС можно выделить стандарты RTCM2 и RTCM3 (для передачи дифференциальных поправок в реальном времени) и RINEX (для записи «сырых» измерений и последующей обработки). В главе рассказывается об истории и причинах появления форматов; о факторах, определивших их развитие и областях применения; приведены практические рекомендации к использованию этих форматов, подчеркнуты достоинства и недостатки, рассмотрены перспективы их развития.

Результатом обзора стало нахождение общих свойств в различных протоколах, анализ их ключевых достоинств и недостатков, обобщение понятия «данные ГНСС». С учетом существующих тенденций развития ГНСС (добавление новых систем и сигналов) и рядом задач, диктующих ограниченную скорость передачи данных, были поставлены цели создания нового протокола представления данных ГНСС. В нем должны быть использованы новые эффективные алгоритмы сжатия данных. В тоже время, этот протокол должен быть пригодным как для работы в реальном времени, так и при постобработке данных.

В работе рассмотрены основные системы передачи данных ГНСС, используемые в современных дифференциальных системах и системах сбора и анализа данных ГНСС. Показаны достоинства и недостатки этих систем, а также ограничения по использованию. Наибольший акцент сделан на IP (Internet Protocol) сети, так как именно они все активнее используются при передаче данных ГНСС. Рассмотрена специфика работы IP сетей и схем передачи данных в клиент-серверных приложениях.

Изложены принципы работы и технические подробности протокола передачи данных ГНСС транспортного уровня – NTRIP. NTRIP протокол позволяет организовать сеть базовых и роверных ГНСС приемников и производить обмен данными через центральный сервер.

Результатом обзора NTRIP стал вывод о том, что именно этот транспортный протокол является универсальным способом предоставления конечному потребителю новых сервисов ГНСС, таких как NRTK (сетевой RTK), SSR (сервис высокоточных коррекций к ошибкам измерений).

Рассмотрены существующие сервисы распределенных вычислений ГНСС на примере режима NTRK. Обобщая тенденции развития обработки ГНСС данных, было предложено создать новый сервис, в котором вторичная обработка данных ГНСС будет происходить на удаленном сервере или дополнительном вычислителе (например, смартфоне).

Во второй главе приводится обзор разработанных автором алгоритмов сжатия данных ГНСС, среди них:

1. Прореживание измерений.

При прореживании, в определенные моменты, передаются все измерения спутника, а в другие моменты – только основное измерение, по приращению которого можно определить приращение других измерений.

Прореживание не является новым методом сжатия данных, однако в работе предложен более точный метод восстановления прореженных фазовых измерений для частот, отличных от основной.

2. Алгоритм «грубый-точный».

Алгоритм разностных измерений имеет высокий коэффициент сжатия, однако имеет и несколько существенных недостатков. В частности, он является центрированным относительно кодового измерения сигнала L1C/A. Таким образом, все измерения становятся зависимыми от него опорного кодового измерений, и пропадает возможность его прореживания. В предлагаемом способе понятие «опорное измерение» исключено, что производить эффективное прореживание измерений. Все измерения (M) спутника представляются в виде 2-ух величин: грубой части измерения (одинаковой для всех спутников), и точной части (специфичной для каждого измерения).

3. Фракциональная фаза.

При работе в дифференциальном режиме со статическим базовым приемником, расположенным в хороших условиях приема сигнала, возможно обеспечить RTK режим, передавая фазовые коррекции (или измерения) по модулю одного цикла (или 8[бит] при разрешении 1/256[ц]).

При этом характеристики RTK системы изменятся незначительно.

В упрошенном случае, если предположить, что ошибка ухода часов заметно меньше длины волны, то приращение фазовой коррекции, на интервале несколько секунд, много меньше половины цикла и в большей степени определяется приращением ионосферной ошибки. В этом случае восстановление полного значения фазовой коррекции из фракциональной части тривиально и получается обычным интегрированием приращения фракциональной фазы, выраженным в интервале ±0.5[ц]. Ошибка восстановления будет целым постоянным числом, равным начальному значению фазовой коррекции.

В реальной жизни ошибка ухода часов составляет несколько метров и упрощенный подход не работает. Динамика полной коррекции фазы Dj d (рис 1.1) и соответствующей ей фракциональной фазы (рис 1.2) может быть произвольно большой величиной за счет непредсказуемого большого приращения часов Dt.

Приращение часов Dt можно оценить по приращению фракциональных фаз (рис 1.3). Для этого предположим, что приращение основных ошибок (ионосферных, тропосферных, орбитальных и шумов измерения) мало и есть случайная величина с нулевым математическим ожиданием. В этом случае, приращение часов (в пределах одного цикла) может быть оценено циклическим усреднением по всем спутникам.

Ошибка оценки приращения часов в пределах цикла будет одинаковой для всех измерений данной эпохи. Вычитая оценку ухода часов Dt из производной фракциональных фаз (рис 1.3), получим производную фракциональных фаз с учетом ухода часов приемника (рис 1.4). Восстановленная полная фазовая коррекция (рис 1.5) получается путем интегрирования графика 1.4, выраженным в интервале ±0.5[цикла].

Ошибка восстановления (рис 1.6) будет суммой целого постоянного числа, специфичного для каждого фазового измерения и ошибки оценки приращения часов, одинаковой для всех измерений (рис 1.7). Первая ошибка не влияет на характер фазовых измерений, а вторая сократится при взятии вторых разностей. Следовательно, предложенный метод сжатия не повлияет на работу RTK системы, использующей вторые разности фазовых измерений.

В приведенном выше примере подразумевались фазовые коррекции, обладающие невысокой динамикой. С небольшими обобщениями приведенный алгоритм может быть использован и для восстановления полных фазовых измерений (обладающих высокой динамикой) из их фракциональных частей. В этом случае полное приращение фаз будет схоже с уравнением (6) в котором добавится приращение дальности ( Dj d ), которое может быть легко рассчитано по эфемеридам.

Рисунок 1. Восстановление полной фазы с учетом ухода часов Алгоритм восстановления имеет несколько особенностей при смене набора эфемерид и при работе с фазами ГЛОНАСС. Все эти нюансы более подробно рассмотрены в диссертации.

4. Вероятностное сжатие.

Для большего сжатия предлагается передавать не абсолютные измерения, а приращение коррекции для опорного фазового измерения (f1d ) ' и приращение разностных измерений для вспомогательных измерений.

Полученные комбинации имеют квазинормальный закон распределения, и к ним может быть применен алгоритм вероятностного кодирования. В работе с помощью компьютерного моделирования построены серии графиков для оценки эффективности вероятностного кодирования по Хаффману выборки нормального закона. С их помощью был найден максимальный теоретический коэффициент сжатия для конкретного файла «сырых» измерений.

В конце главы изложен метод проверки разработанных алгоритмов сжатия и приводится статистически достоверные результаты, доказывающие их практическую работоспособность.

Выводом главы может выступать таблица, в которой приведены эффективности сжатия «сырых» измерений для разных алгоритмов. Белым цветом помечены существующие алгоритмы сжатия, серым – алгоритмы сжатия без потерь, разработанные автором, желтым - алгоритмы сжатия с потерями, разработанные автором. При подсчете используются только кодовые и фазовые измерения и количество сигналов (L1C/A, L1P, L2C, L2P и т.д.) одного спутника.

Таблица 2. Коэффициент сжатия «сырых» измерений Модуль 1[мс]+разностные измерения 1.52 1.72 1. Фракциональная фаза + модуль 655[м] 2.91 2.91 2. Фракциональная фаза + прореживание + 6.09 8.59 10. модуль 655[м] В третьей главе делается обзор разработанного нового компактного формата данных ATOM, который стал результатом инженерного синтеза и учел обширный опыт работы автора в ряде практических проектов.

ATOM – коммерческий открытый протокол для хранения и передачи различной информации ГНСС. В протоколе данные ГНСС были упорядочены по смысловой нагрузке и разбиты на категории (сообщения). В текущей версии формата таких категорий 5 (в скобках указано название сообщения):

1. Позиционная информация (ATM,PVT) 2. Атрибутивная информация (ATM,ATR) 3. Навигационная информация (ATM,NAV) 4. Потоковая информация (ATM,DAT) 5. «Сырые» измерения (ATM,RNX) В сообщении ATM,RNX используются различные алгоритмы компактного представления данных, описанных выше. Их применение позволило значительно сократить скорость передачи дифференциальных данных (таблица 3).

Таблица 3. Средний объем данных (12 GPS + 8 ГЛОНАСС) байт/эпоха Протокол/сценарий GPS+GLO L1/L2 GPS+GLO L1 GPS L1/L · ATM,RNX,SCN,0 – сообщения формата ATOM, используемое для записи «сырых» измерений, включающее в себя множество дополнительной информации.

· ATM,RNX,SCN,4 – сообщения формата ATOM, в котором применяется алгоритм «грубый-точный».

· ATM,RNX,SCN,100 - сообщение формата ATOM, в котором применяется алгоритм «грубый-точный», измерения по модулю 655[м] и прореживание (5 раз).

· ATM,RNX,SCN,101 - сообщение формата ATOM, в котором применяется алгоритм «грубый-точный», измерения по модулю 655[м], прореживание (5 раз) и фракциональная фаза.

Вместе с алгоритмами компактного представления данных в ATM,RNX реализованы алгоритмы универсального представления данных за счет введения понятия маски сигналов и спутников. В результате сообщение ATM,RNX может содержать в себе информацию обо всех сигналах и системах ГНСС, доступных в настоящее и ближайшее время. Для этого в начале сообщения приводится информация о номерах спутников и сигналов, для которых будет передаваться данные ГНСС. Далее, в установленном порядке, передаются данные по спутникам и сигналам.

Рассмотрим таблицу 4, в ней вместо названий сигналов, используемых в RINEX протоколе, введены идентификаторы (1-24). Их количество взято с запасом и позволяет однозначно идентифицировать любые типы сигналов. Крестиками помечены сигналы тех спутников, для которых в сообщении будет передаваться информация.

Таблица 4. Таблица слежения Спутник Сигнал Маска спу- Таблицу можно передать как есть, т.е. использовать 40x24 = 960 бит, однако, есть более компактный способ в виде 3-ех масок: маски сигналов, маски спутников и композитной маски (таблица 5). Композитная таблица получается из таблицы слежения, путем вычеркивания пустых столбцов и строк.

Наряду с созданием протокола был разработан сериальный интерфейс, управляющий выдачей сообщений ATOM.

Выводы по главе 3: В главе приведен инженерный синтез комплексного протокола ATOM, в котором применены разработанные алгоритмы компактного и универсального представления данных.

Протокол ATOM используется для решения следующих задач: организация дифференциальных режимов на низкоскоростных радиолиниях, в том числе и с подвижной базой, запись «сырых» измерений для постпроцессинга, передача «сырых» измерений и позиционных результатов в системах распределенных вычислений ГНСС.

В четвертой главе отражена идея создания систем, выполняющих удаленную вторичную обработку данных в реальном времени.

Ключевым элементом таких систем является введенное понятие виртуального приемника. Виртуальный приемник (ВП) – это кроссплатформенная программная модель реального навигационного приемника (процесса вторичной обработки данных), оформленная в виде библиотеки.

Рисунок 2. Упрощенная схема работы навигационного приемника При создании модели автор не только пытался добиться максимального соответствия работы виртуального и реального приемников, но и создать такой интерфейс взаимодействия, позволяющий интегрировать ВП в различные приложения, в том числе и сторонние. На базе ВП были созданы 3 приложения.

1. Программа AGILE позволяет перенести в реальном времени большую часть вычислительной нагрузки с приемника ГНСС на смартфон.

Смартфон соединяется с базовым и роверным приемниками через интерфейс TCP/IP и получает «сырые» измерения, полученные результаты выводятся на экране устройства. Эта функциональность позволяет создать новый вид дешевых сенсоров ГНСС, обладающих ограниченной функциональностью и вычислительными ресурсами.

2. Программа RETRIEVE представляет собой сервер с NTRIP интерфейсом, способный производить в реальном времени вторичную обработку данных для десятков (в перспективе - сотен) приемников.

3. Модель вторичной обработки, работающая с файлами. С ее помощью в фирме Ashtech осуществляется:

Поиск и исправление ошибок в ПО приемника;

Разработка новой функциональности;

«Регрессионное» тестирование ПО приемника.

Выводы по главе 4: В главе реализована идея создания «виртуального приемника», выполняющего удаленную вторичную обработку данных, полученных от реального приемника и в реальном времени. Виртуальный приемник позволяет перенести большую часть вычислительной нагрузки с приемника ГНСС на удаленный вычислитель и производить вторичную обработку данных практически одновременно для десятков приемников.

В заключении приводятся основные результаты работы:

1. Повышена эффективность передачи «сырых» измерений ГНСС в связных сетях:

Разработан алгоритм восстановления полных фазовых измерений из их фракциональных частей, повышающий эффективность передачи фазовых измерений по связным радиолиниям в 2.5 раза;

Разработан алгоритм «грубый-точный», позволяющий производить эффективное прореживание измерений;

Разработана новая структура следования данных, которая позволяет более эффективно передавать неполный набор измерений (например, когда у части спутников нет измерений на частоте L2).

2. Создан протокол, оптимизирующий передачу данных ГНСС через связные радиолинии:

в дифференциальных системах, с пропускной способностью канала в 600[бит/сек];

в системах сбора, хранения и анализа измерений всех существующих перспективных ГНСС и их сигналов;

в системах распределенных вычислений, когда сенсор отправляет вычислителю измерительную, навигационную и атрибутивную информацию, а получает позиционные данные.

3. Создано ПО для систем распределенных ГНСС вычислений, позволяющее производить вторичную обработку на смартфоне и удаленном сервере, используя связные радиолинии.

Основное содержание диссертации отражено в работах 1. Борискин А. Компактное представление данных ГНСС и связанные с этим алгоритмы. Журнал «Информатизация и связь». Выпуск 1, 2005г.

2. Alexey Boriskin, Dmitry Kozlov, and Gleb Zyryanov. L1 RTK System with Fixed Ambiguity: What SBAS Ranging Brings. ION 2007. pages: 2196Igor Artushkin, Aleksey Boriskin, Dmitry Kozlov. ATOM: Super Compact and Flexible Format to Store and Transmit GNSS Data. ION 2008. pages:

1895-1902.

4. Alexey Boriskin, Gleb Zyryanov. Advanced GNSS RTK and GNSS Heading in Single OEM Board. ION GNSS 2009. pages 715 – 722.

5. «Аппаратура высокоточного позиционирования по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем» под редакцией М. И. Жодзишского. Главы 15,16,25,26.

6. Борискин А. Восстановление полных фазовых измерений глобальных навигационных спутниковых систем из их фракциональных частей.

Вестник МАИ 2010.

7. Борискин А. Вероятностный и структурный метод сжатия данных глобальных навигационных спутниковых систем. Труды МАИ 2010.

8. Патенты: На данный момент автор является соавтором 2-ух патентов, находящихся на стадии рассмотрения в США и России.

· GPS & WAAS REAL TIME KINEMATICS (Дата подачи: 8/4/2008);

· GPS+GLONASS FOR RTK (Дата подачи: 9/16/2008).



 
Похожие работы:

«Чижов Александр Иванович АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЁТА И СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА СВЧ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ 05.12.07 – Антенны, СВЧ-устройства и их технологии Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Нижний Новгород – 2011 Работа выполнена на Научно-производственном предприятии Салют-27 Научный консультант : доктор физико-математических наук, профессор Раевский Алексей Сергеевич Официальные оппоненты : доктор физико-математических...»

«Миронов Юрий Борисович Адаптивные методы повышения производительности мобильных беспроводных сетей 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена на кафедре Радиоэлектроника Московского государственного института электронной техники (технического университета). Научный руководитель : доктор технических наук, доцент Гуреев Александр Васильевич. Официальные...»

«Мартьянов Павел Сергеевич СИНТЕЗ АНАЛОГОВЫХ ФИЛЬТРОВ НА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЗВЕНЬЯХ ДЛЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2010 Работа выполнена на кафедре радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы Государственного образовательного учреждения Московский институт электроники и математики (МИЭМ) Научный...»

«Ба хт ин Ал екса нд р А л екса н д ро ви ч Разработка методов управления связностью и обеспечения качества обслуживания в мобильной эпизодической сети с ретрансляцией Специальность 05.12.13 — Системы, сети и устройства телекоммуникаций Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 2009 Работа выполнена на кафедре Телекоммуникационные системы Московского государственного института электронной техники (технического университета) Научный...»

«Каравашкина Валентина Николаевна Исследование замедляющих систем с аномальной дисперсией и разработка устройств на их основе Специальность: 05.12.07 Антенны, СВЧ устройства и их технологии Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена на кафедре Электроники и микроэлектронных средств телекоммуникаций Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский технический...»

«Ахмат Мохамат Салех ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ПОДВИЖНОЙ СТАНЦИИ СТАНДАРТА IMT-2000 В МНОГОЛУЧЕВОМ КАНАЛЕ Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 2011 Работа выполнена на кафедре Радиотехнических систем Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский технический университет связи и...»

«Орлов Владимир Владимирович МЕТОДЫ СКРЫТОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Самара – 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования государственный университет телекоммуникаций и Поволжский информатики (ФГОБУ ВПО ПГУТИ). Научный...»

«Савельев Иван Андреевич Метод повышения надежности и совершенствование архитектуры информационно-телекоммуникационных систем Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2010 Работа выполнена на кафедре Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы Московского государственного института электроники и математики (технического университета). доктор...»

«Демский Дмитрий Викторович МЕТОД РАСЧЁТА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНИРОВАНИЯ ДЛЯ НЕОДНОРОДНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЭКРАНОВ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики....»

«НЕФЕДОВ МИХАИЛ ВЛАДИМИРОВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СВЧ УСТРОЙСТВ ЛУЧЕВОГО ТИПА ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Специальность 05.12.07 – Антенны, СВЧ устройства и их технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2011 Работа выполнена на кафедре: “Лазерные и микроволновые информационные системы” Московского государственного института электроники и математики (технического университета) Научный руководитель : доктор технических...»

«Таранов Дмитрий Дмитриевич АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ МУЗЫКАЛЬНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В ПОМЕЩЕНИИ Специальности: 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения, 01.04.06 – Акустика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Таганрог – 2013 Работа выполнена на кафедре теоретических основ радиотехники радиотехнического факультета Инженерно-технологической академии Федерального...»

«Шарыпов Алексей Александрович ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОШИБОК МНОГОЛУЧЕВОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ В СИСТЕМЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ ПОСАДКИ Специальность: 05.12.14 – Радиолокация и радионавигация АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2011 Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете ЛЭТИ им. В.И.Ульянова (Ленина) Научный руководитель : доктор технических...»

«Охотников Денис Александрович СЕЛЕКЦИЯ ЦЕЛЕЙ, СОВЕРШАЮЩИХ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ Специальность 05.12.14 – Радиолокация и радионавигация АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 2 Работа выполнена на кафедре аналоговых и цифровых радиоэлектронных систем РадиоВТУЗа Московского...»

«Удалов Василий Николаевич Высокочастотные коммутационные устройства с повышенным быстродействием Специальность: 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения 05.12.07 – Антенны, СВЧ устройства и их технологии Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 г. 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический...»

«БЕХТИН МАКСИМ АЛЕКСАНДРОВИЧ СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ПОБОЧНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2009 Работа выполнена на кафедре теоретической радиотехники Московского авиационного института (государственного технического университета) МАИ. Научный руководитель : доктор технических...»

«Парнес Михаил Давидович ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫЕ АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ СВЧ НА ОСНОВЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЛАТ ДЛЯ РАДАРОВ И СИСТЕМ СВЯЗИ Специальность: 05.12.07 – Антенны, СВЧ-устройства и их технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург – 2011 Работа выполнена в ЗАО Светлана-Электронприбор и ООО Резонанс (г. Санкт-Петербург). Научный консультант – доктор технических наук, профессор Вендик Орест Генрихович Официальные оппоненты :...»

«Орешкин Виталий Иванович Оценка степени влияния дестабилизирующих факторов на характеристики цифровой антенной решетки Специальность 05.12.07 Антенны, СВЧ-устройства и их технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2009 Работа выполнена на кафедре Микроэлектронные радиотехнические устройства и системы Московского государственного института электронной техники (Технического университета). Научный руководитель : кандидат...»

«Балобанов Андрей Владимирович РАЗРАБОТКА ЦИФРОВЫХ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ ТЕЛЕВИДЕНИЯ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2012 Работа выполнена на кафедре телевидения им. С.И. Катаева Федерального государственного образовательного бюджетного учреждения высшего профессионального образования...»

«БОГАНОВ АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ АТМОСФЕРНЫХ КАНАЛОВ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ Специальность 05.12.13. Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 2 Работа выполнена в Московском государственном институте электроники и математики (Техническом университете) на кафедре Вычислительные системы и сети Научный руководитель :...»

«НЕДОПЕКИН АЛЕКСАНДР ЕВГЕНЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ КВ СИГНАЛОВ С ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Специальность: 05.12.04 — Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Казань — 2012 Диссертационная работа выполнена на кафедре прикладной математики и информатики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.