อ่าน 5 นาที
เครื่องรับสัญญาณ GNSS แบบซอฟต์แวร์
เครื่อง รับสัญญาณ GNSS แบบซอฟต์แวร์ คือ เครื่องรับสัญญาณ ระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลก (GNSS) ที่ได้รับการออกแบบและใช้งานโดยใช้สถานี วิทยุที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์
เครื่องรับสัญญาณ GNSS แบบซอฟต์แวร์
เครื่องรับสัญญาณ GNSS แบบซอฟต์แวร์คือ เครื่องรับสัญญาณ ระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลก (GNSS) ที่ได้รับการออกแบบและใช้งานโดยใช้สถานี วิทยุที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์
โดยทั่วไปแล้ว เครื่องรับสัญญาณ GNSS คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่รับและประมวลผลสัญญาณจากกลุ่มดาวเทียมนำทางแบบดิจิทัล เพื่อให้ได้ข้อมูลตำแหน่ง ความเร็ว และเวลา (ของเครื่องรับสัญญาณ)
โดยทั่วไปแล้ว เครื่องรับสัญญาณ GNSS จะถูกสร้างขึ้นในรูปแบบฮาร์ดแวร์: เครื่องรับสัญญาณ GNSS แบบฮาร์ดแวร์นั้นถูกมองว่าเป็นชิปเฉพาะที่ได้รับการออกแบบและสร้างขึ้น (ตั้งแต่เริ่มต้น) โดยมีจุดประสงค์เดียวคือการเป็นเครื่องรับสัญญาณ GNSS
ในเครื่องรับสัญญาณ GNSS แบบซอฟต์แวร์ การประมวลผลดิจิทัลทั้งหมดจะดำเนินการโดย ไมโครโปรเซสเซอร์อเนกประสงค์ในแนวทางนี้ ยังคงต้องการฮาร์ดแวร์ราคาไม่แพงจำนวนเล็กน้อย ซึ่งเรียกว่าส่วนหน้า (frontend ) ที่ทำหน้าที่แปลงสัญญาณจากดาวเทียมให้เป็นดิจิทัล จากนั้นไมโครโปรเซสเซอร์จะสามารถทำงานกับ กระแสข้อมูลดิจิทัล ดิบ นี้ เพื่อใช้งานฟังก์ชัน GNSS ได้
เครื่องรับสัญญาณ GNSS แบบฮาร์ดแวร์เทียบกับแบบซอฟต์แวร์
เมื่อเปรียบเทียบ ตัวรับสัญญาณ GNSS แบบฮาร์ดแวร์กับแบบซอฟต์แวร์จะพบข้อดีและข้อเสียหลายประการสำหรับแต่ละวิธี:
- โดยทั่วไปแล้ว ตัวรับสัญญาณ GNSS แบบฮาร์ดแวร์จะมีประสิทธิภาพมากกว่า ทั้งในแง่ของภาระการคำนวณและการใช้พลังงาน เนื่องจากได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษโดยมีวัตถุประสงค์เพียงอย่างเดียวคือการประมวลผล GNSS
- เครื่องรับ GNSS แบบซอฟต์แวร์ช่วยให้มีความยืดหยุ่นสูง: คุณสมบัติหลายอย่างของเครื่องรับสามารถแก้ไขได้โดยใช้ซอฟต์แวร์เท่านั้น ซึ่งทำให้เครื่องรับมีความสามารถในการปรับตัวได้ ขึ้นอยู่กับความต้องการและสภาพการทำงานของผู้ใช้ นอกจากนี้ เครื่องรับยังสามารถอัปเกรดได้ง่ายผ่านซอฟต์แวร์[ 1 ]
- ภายใต้สมมติฐานบางประการ ตัวรับสัญญาณ GNSS แบบซอฟต์แวร์อาจให้ผลกำไรมากกว่าสำหรับบางแอปพลิเคชัน ตราบใดที่มีกำลังประมวลผลเพียงพอ (และสามารถแบ่งปันระหว่างหลายแอปพลิเคชันได้) ตัวอย่างเช่น ไมโครโปรเซสเซอร์ของสมาร์ทโฟนสามารถใช้สำหรับการนำทาง GNSS โดยจำเป็นต้องมีเพียงส่วนหน้า (แทนที่จะใช้ตัวรับสัญญาณฮาร์ดแวร์แบบเต็มรูปแบบซึ่งมีราคาแพงกว่า)
ปัจจุบัน ตลาดเครื่องรับสัญญาณ GNSS ส่วนใหญ่ยังคงเป็นฮาร์ดแวร์อย่างไรก็ตาม มีโซลูชันที่ใช้งานได้จริงโดยใช้ซอฟต์แวร์ซึ่งสามารถทำงานบนไมโครโปรเซสเซอร์ราคาประหยัดได้แล้ว คาดว่าเครื่องรับสัญญาณ GNSS แบบซอฟต์แวร์จะเพิ่มส่วนแบ่งการตลาดหรืออาจครองตลาดทั้งหมดในอนาคตอันใกล้ ตามการพัฒนาความสามารถในการประมวลผลของไมโครโปรเซสเซอร์ ( กฎของมัวร์ )
การเปรียบเทียบการใช้งาน GNSS SDR
- บริษัท กาลิเลโอ แซทเทลไลท์ เนวิเกชั่น จำกัด - GSN :
- รูปแบบธุรกิจ - ใบอนุญาตใช้สิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญาหลัก + ค่าลิขสิทธิ์
- การพัฒนา
- ภาษาโปรแกรม: ซี
- ส่วนติดต่อผู้ใช้ - NMEA
- การรองรับฮาร์ดแวร์:
- แพลตฟอร์ม
- พีซี - วินโดวส์
- พีซี - ลินุกซ์
- ครอบครัว CEVA - XC
- CEVA - TL3/4
- Cadence (Tensilica) - BBE16/32
- RF FE
- แม็กซ์
- เอ็นซีซี
- แพลตฟอร์ม
- สัญญาณ GNSS/SBAS รองรับ:
- คุณสมบัติ:
- การเข้าซื้อกิจการ: ใช่
- กำลังติดตาม: ใช่
- กำลังสร้างค่าสังเกตช่วงเสมือน: ใช่
- กำลังถอดรหัสข้อมูลการนำทาง: ใช่
- การประมาณตำแหน่ง: ใช่
- จำนวนช่องสัญญาณแบบเรียลไทม์สูงสุดที่แสดงให้เห็น: 16 ช่อง/ระบบ
- การหาความสัมพันธ์หลายตัวแปร: ใช่
- การบันทึกข้อมูลตัวอย่าง: ใช่
- SX3 (เดิมชื่อ SX-NSR)
- ข้อมูลทั่วไป:
- แหล่งที่มา: https://gpsworld.com/software-gnss-receiver-an-answer-for-precise-positioning-research
- การพัฒนา:
- การรองรับฮาร์ดแวร์:
- ส่วนหน้า: NavPort, NavPort-4, SX3 frontend
- ฮาร์ดแวร์พิเศษของคอมพิวเตอร์โฮสต์ที่รองรับ: SIMD (SSE2, SSSE3), CUDA
- รองรับมัลติคอร์: ใช่
- สัญญาณ GNSS/SBAS รองรับ:
- คุณสมบัติ:
- การได้มาซึ่งข้อมูล: ใช่ (หลายอัลกอริธึม)
- การติดตาม: ใช่ (หลายอัลกอริธึม)
- กำลังสร้างค่าสังเกตช่วงเสมือน: ใช่
- กำลังสร้างค่าสังเกตเฟสของตัวพา: ใช่
- กำลังถอดรหัสข้อมูลการนำทาง: ใช่
- เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม: ใช่
- การประมาณตำแหน่ง: ใช่
- จำนวนช่องสัญญาณแบบเรียลไทม์สูงสุดที่แสดงให้เห็น: 490 (ช่องสัญญาณ GPS L1 C/A ที่อัตราการสุ่มตัวอย่าง 20 MHz, ตัวประมวลผลสัญญาณ 3 ตัวต่อช่องสัญญาณ, โปรเซสเซอร์ INTEL Core i7-4970K (ไม่ได้โอเวอร์คล็อก))
- อินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรมแอปพลิเคชัน: ใช่
- รองรับเสาอากาศคู่: ใช่
- การตรวจสอบด้วยแสงวับ: ใช่
- การหาความสัมพันธ์หลายตัวแปร: ใช่
- การบันทึกข้อมูลตัวอย่าง: ใช่
- การลดผลกระทบจากสัญญาณสะท้อนหลายเส้นทาง : ใช่ (หลายอัลกอริธึม)
- ข้อมูลทั่วไป:
- GNSS-SDRLIB
- ข้อมูลทั่วไป:
- สิ่งพิมพ์:
- ใบอนุญาตซอฟต์แวร์ : GNU General Public License 2+
- การพัฒนา:
- ภาษาโปรแกรม: ซี
- ส่วนติดต่อผู้ใช้ (ไม่มี, CLI , GUI ): CLI, GUI
- จำนวนนักพัฒนา: 1 คน?
- อยู่ระหว่างการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง (ณ วันที่): ใช่ (25 กันยายน 2013)
- ผู้สร้าง/องค์กรผู้สนับสนุน: มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทางทะเลโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น
- เวอร์ชันล่าสุด (เวอร์ชันและวันที่):
- เวอร์ชันแรกที่วางจำหน่าย (เวอร์ชันและวันที่):
- การรองรับฮาร์ดแวร์:
- อุปกรณ์ส่วนหน้า: NSL STEREO v2 และ SiGe GN3S Sampler v3
- ฮาร์ดแวร์พิเศษของคอมพิวเตอร์โฮสต์ที่รองรับ: SIMD (SSE2 และ AVX)
- รองรับมัลติคอร์หรือไม่?:
- สัญญาณ GNSS/SBAS รองรับ:
- คุณสมบัติ:
- การเข้าซื้อกิจการ: ใช่
- กำลังติดตาม: ใช่
- กำลังสร้างช่วงค่าเสมือน: ใช่
- กำลังถอดรหัสข้อมูลการนำทาง: ใช่
- การวิเคราะห์สเปกตรัม: ใช่
- การประมาณตำแหน่ง: ใช่ (ผ่าน RTKLIB)
- จำนวนช่องสัญญาณแบบเรียลไทม์สูงสุดที่แสดงให้เห็น: ?
- ข้อมูลทั่วไป:
- อารามิส (เดิมชื่อ iPRx)
- เวอร์ชัน:
- เวอร์ชันสำหรับนักวิชาการฟรี
- เครื่องรับสัญญาณตรวจวัดการกระเจิงของไอโอโนสเฟียร์
- เวอร์ชัน R&D
- ข้อมูลทั่วไป:
- แหล่งที่มา: 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
- การพัฒนา:
- ภาษาโปรแกรม: C++
- ส่วนติดต่อผู้ใช้ : GUI
- อยู่ระหว่างการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง (ณ วันนี้): ใช่ (พ.ย. 2014)
- ผู้สร้าง/องค์กรผู้สนับสนุน: iP-Solutions, ญี่ปุ่น, JAXA, ญี่ปุ่น
- เวอร์ชันล่าสุด (รุ่นและวันที่): กุมภาพันธ์ 2561
- วางจำหน่ายครั้งแรก (เวอร์ชันและวันที่): เมษายน 2551
- การรองรับฮาร์ดแวร์:
- ส่วนหน้า (Front-end): Eagle, FEM, Simceiver
- รองรับมัลติคอร์: ใช่
- สัญญาณ GNSS/SBAS รองรับ:
- คุณสมบัติ:
- การเข้าซื้อกิจการ: ใช่
- กำลังติดตาม: ใช่
- กำลังสร้างค่าสังเกตช่วงเสมือน: ใช่
- กำลังสร้างค่าสังเกตเฟสของตัวพา: ใช่
- กำลังถอดรหัสข้อมูลการนำทาง: ใช่
- การประมาณตำแหน่ง: ใช่
- จำนวนช่องสัญญาณแบบเรียลไทม์สูงสุด: 60 (ตัวประมวลผลสัญญาณ 5 ตัวต่อช่องสัญญาณ)
- อินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรมแอปพลิเคชัน: ใช่
- รองรับเสาอากาศคู่: ใช่ สำหรับส่วนหน้า FEM
- การหาความสัมพันธ์หลายตัวแปร: ใช่
- การบันทึกข้อมูลตัวอย่าง: ใช่
- เวอร์ชัน:
- SoftGNSS v3.0 (หรือเรียกอีกอย่างว่า SoftGPS)
- ข้อมูลทั่วไป:
- แหล่งที่มา: https://www.springer.com/birkhauser/engineering/book/978-0-8176-4390-4
- โค้ดต้นฉบับ: รวมอยู่ในหนังสือแล้ว
- ลิขสิทธิ์ซอฟต์แวร์ : GPL v2
- เครื่องรับสัญญาณ GNSS แบบซอฟต์แวร์ ไม่ใช่แบบเรียลไทม์ (ประมวลผลภายหลัง)
- การพัฒนา:
- การรองรับฮาร์ดแวร์:
- ส่วนหน้า (Front-ends): SiGe GN3S Sampler v1 (ในเวอร์ชัน SDR และไดรเวอร์ดั้งเดิม) การบันทึกสัญญาณที่มาจาก Sampler เวอร์ชันอื่นหรือส่วนหน้าอื่นๆ จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงการตั้งค่า และในบางกรณีอาจต้องแก้ไขโค้ดเล็กน้อยด้วย
- ไม่รองรับฮาร์ดแวร์พิเศษของคอมพิวเตอร์โฮสต์
- รองรับมัลติคอร์หรือไม่: ไม่
- รองรับสัญญาณ GNSS/SBAS (มีเวอร์ชันแยกต่างหากสำหรับแต่ละย่านความถี่ของ GNSS แต่ละประเภท):
- GPS : L1CA
- คุณสมบัติ:
- การเข้าซื้อกิจการ: ใช่
- กำลังติดตาม: ใช่
- กำลังสร้างค่าสังเกตช่วงเสมือน: ใช่
- กำลังสร้างค่าสังเกตเฟสของตัวพา: ไม่
- กำลังถอดรหัสข้อมูลการนำทาง: ใช่
- การประมาณตำแหน่ง: ใช่
- ข้อมูลทั่วไป:
- GNSS-SDRคือเครื่องรับสัญญาณ GNSS แบบซอฟต์แวร์โอเพนซอร์ส
- ข้อมูลทั่วไป:
- ลิขสิทธิ์ซอฟต์แวร์ : GPL v3
- การพัฒนา:
- ภาษาโปรแกรม: C++
- ส่วนติดต่อผู้ใช้ (ไม่มี, CLI , GUI ): CLI
- จำนวนนักพัฒนา: 26 คน (ตลอดโครงการ)
- อยู่ระหว่างการพัฒนา (ณ วันที่): ใช่ (8 มกราคม 2021)
- ผู้สร้าง/องค์กรผู้สนับสนุน: Center Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya
- เวอร์ชันล่าสุด (เวอร์ชันและวันที่): 0.0.14 (ณ มกราคม 2021)
- การเผยแพร่ครั้งแรก (เวอร์ชันและวันที่): 11 มีนาคม 2011 การแก้ไข SVN ครั้งแรก
- การรองรับฮาร์ดแวร์:
- สัญญาณ GNSS/SBAS รองรับ:
- คุณสมบัติ:
- การได้มาซึ่งข้อมูล: ใช่ (หลายอัลกอริธึม)
- การติดตาม: ใช่ (หลายอัลกอริธึม)
- กำลังสร้างค่าสังเกตช่วงเสมือน: ใช่
- กำลังสร้างค่าสังเกตเฟสของตัวพา: ใช่
- กำลังถอดรหัสข้อมูลการนำทาง: ใช่
- การประมาณตำแหน่ง: ใช่
- จำนวนช่องสัญญาณแบบเรียลไทม์สูงสุดที่แสดงให้เห็น: > 100
- รูปแบบไฟล์เอาต์พุต: RINEX , KML , GPX , GeoJSON , NMEA , RTCM , ผลลัพธ์ระหว่างการประมวลผลจะถูกจัดเก็บในไฟล์ไบนารี .mat ที่สามารถอ่านได้จากMATLABและOctaveและจากPythonผ่าน h5py
- ข้อมูลทั่วไป:
- GRID , อุปกรณ์เชื่อมต่อข้อมูลการนำทางด้วยคลื่นวิทยุแบบทั่วไป
- ข้อมูลทั่วไป:
- ใบอนุญาตซอฟต์แวร์ : เชิงพาณิชย์
- ข่าวประชาสัมพันธ์: ระบบ GNSS ที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์พร้อมใช้งานแล้ว
- ติดต่อ: ห้องปฏิบัติการวิทยุนำทาง , Locus Lock
- การพัฒนา:
- ภาษาโปรแกรม: C++
- แพลตฟอร์ม: Linux, Windows, MacOS
- ส่วนติดต่อผู้ใช้ (ไม่มี, CLI , GUI ): CLI
- จำนวนนักพัฒนา: 15 คน (ตลอดโครงการ)
- อยู่ระหว่างการพัฒนา (ณ วันที่): ใช่ (28 เมษายน 2023)
- ผู้สร้าง/ผู้สนับสนุน: มหาวิทยาลัยเท็กซัส ออสติน
- เวอร์ชันล่าสุด (รุ่นและวันที่): เวอร์ชันประจำปี 2022
- เผยแพร่ครั้งแรก (เวอร์ชันและวันที่): 1 กรกฎาคม 2551
- การรองรับฮาร์ดแวร์:
- ส่วนหน้า (Front-end): มีหลายแบบ และในทางปฏิบัติแล้วสามารถใช้ได้กับทุกแบบ
- ฮาร์ดแวร์พิเศษของคอมพิวเตอร์โฮสต์ที่รองรับ: Intel SIMD (SSE2 ถึง AVX-512), ARM NEON (64 บิตและ 128 บิต)
- รองรับมัลติคอร์หรือไม่: ใช่
- สัญญาณ GNSS/SBAS รองรับ:
- คุณสมบัติ:
- การได้มาซึ่งข้อมูล: ใช่ (หลายอัลกอริธึม)
- การติดตาม: ใช่ (หลายอัลกอริธึม)
- กำลังสร้างค่าสังเกตช่วงเสมือน: ใช่
- กำลังสร้างค่าสังเกตเฟสของตัวพา: ใช่
- กำลังถอดรหัสข้อมูลการนำทาง: ใช่
- การประมาณตำแหน่ง: ใช่
- เสาอากาศหลายตัว: ใช่
- ระบบ Real-time Kinematic (RTK): ใช่ GRID สามารถทำงานเป็นสถานีฐานหรือตัวรับสัญญาณ RTK ได้ โดยมีการรองรับเครือข่ายในตัว และการประมาณค่า RTK เมื่อผสานรวมกับ PpEngine (มีให้ใช้งานผ่านใบอนุญาตแยกต่างหาก)
- การแก้ไขความคลาดเคลื่อน: ใช่, CNAV และ SBAS
- จำนวนช่องสัญญาณแบบเรียลไทม์สูงสุด: ขึ้นอยู่กับฮาร์ดแวร์ 30 ช่องบน Raspberry Pi 1 และมากกว่า 100 ช่องบนคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปส่วนใหญ่
- รูปแบบไฟล์เอาต์พุต: RINEX , KML , ไฟล์ MATLAB .mat, CSV, และรูปแบบ GBX (GRID binary exchange) เฉพาะของบริษัท
- การใช้งานในปัจจุบัน: เครื่องรับสัญญาณ FOTON แบบทดลอง, แอปพลิเคชันเชิงพาณิชย์ GNSS-RO หลายรายการ, ระบบนำทางบนดาวเทียม LEO เชิงพาณิชย์, ระบบนำทางจรวดแบบ RTK (จากจุดปล่อยสู่วงโคจร), ระบบนำทางยานพาหนะแบบ RTK ในสภาพแวดล้อมเมือง, โดรนแบบ RTK, สถานีอ้างอิงคงที่หลายแห่ง, การตรวจสอบความผิดปกติของสัญญาณ
- ข้อมูลทั่วไป:
อ่านเพิ่มเติม
- Borre, K; Akos, D; Bertelsen, N; Rinder, P; Jensen, SH (2007). เครื่องรับสัญญาณ GPS และ Galileo ที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์: แนวทางความถี่เดียวBirkhauser . ISBN 978-0-8176-4390-4.
- ปานี, โทมัส (2010). การประมวลผลสัญญาณนำทางสำหรับเครื่องรับซอฟต์แวร์ GNSS . สำนักพิมพ์อาร์เทคเฮาส์ . ISBN 9781608070282.
- เปโตรฟสกี, อีวาน; สึจิอิ, โทชิอากิ (2012). การนำทางด้วยดาวเทียมดิจิทัลและธรณีฟิสิกส์ คู่มือปฏิบัติพร้อมเครื่องจำลองสัญญาณ GNSS และห้องปฏิบัติการรับสัญญาณ . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ . ISBN 9780521760546.
ลิงก์ภายนอก
- ซอฟต์แวร์ GPS มีข้อดีหลายประการ
- จุดเริ่มต้นสำหรับการเรียนรู้เกี่ยวกับ GPS ด้วยซอฟต์แวร์โอเพนซอร์ส(เก็บถาวรเมื่อ 30 สิงหาคม 2012 ที่Wayback Machine)
- การลดผลกระทบของชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ต่อการกำหนดตำแหน่งด้วยระบบ GNSS
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ เครื่องรับสัญญาณ GNSS แบบซอฟต์แวร์
เครื่อง รับสัญญาณ GNSS แบบซอฟต์แวร์ คือ เครื่องรับสัญญาณ ระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลก (GNSS) ที่ได้รับการออกแบบและใช้งานโดยใช้สถานี วิทยุที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์
เครื่องรับสัญญาณ GNSS แบบฮาร์ดแวร์เทียบกับแบบซอฟต์แวร์
เมื่อเปรียบเทียบ ตัวรับสัญญาณ GNSS แบบฮาร์ดแวร์ กับ แบบซอฟต์แวร์ จะพบข้อดีและข้อเสียหลายประการสำหรับแต่ละวิธี:
การเปรียบเทียบการใช้งาน GNSS SDR
บริษัท กาลิเลโอ แซทเทลไลท์ เนวิเกชั่น จำกัด - GSN : รูปแบบธุรกิจ - ใบอนุญาตใช้สิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญาหลัก + ค่าลิขสิทธิ์ การพัฒนา ภาษาโปรแกรม: ซี ส่วนติดต่อผู้ใช้ - NMEA การรองรับฮาร์ดแวร์: แพลตฟอร์ม พีซี - วินโดวส์ พีซี - ลินุกซ์ ครอบครัว CEVA - XC CEVA -...
อ่านเพิ่มเติม
Borre, K; Akos, D; Bertelsen, N; Rinder, P; Jensen, SH (2007). เครื่องรับสัญญาณ GPS และ Galileo ที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์: แนวทางความถี่ เดียว Birkhauser . ISBN 978-0-8176-4390-4 . ปานี, โทมัส (2010). การประมวลผลสัญญาณนำทางสำหรับเครื่องรับซอฟต์แวร์ GNSS .