Современная элементная база позволила перейти от последовательной обработки сигналов различных навигационных космических аппаратов к более быстрым методам – параллельному и квазипараллельному. Квазипараллельный метод основан на быстром переключении между сигналами от разных навигационных космических аппаратов, за счет высокой (порядка 2 мс для 2–4 каналов, растет с ростом числа каналов) скорости переключения.
Приемники, которые отслеживают 4 или более навигационных космических аппаратов одновременно (параллельная обработка), могут выдавать мгновенные положение и скорость. Это очень ценно для применения на высокодинамичных объектах и при высокоточных измерениях. Эти устройства часто используются в геодезии и для научных целей. Они могут иметь от 4–х до 10...12 и даже до 24–х каналов слежения [20].
Кроме очевидного преимущества – непрерывного измерения координат местоположения и скорости, эти многоканальные приемники могут также упростить проблему с GDOP (геометрическое снижение точности в случае, когда спутники в области видимости находятся слишком близко друг к другу). Вместо того чтобы строить вычисления на основе сигналов четырех наилучшим образом расположенных спутников, некоторые из этих систем обрабатывают совместно сигналы всех видимых в настоящий момент спутников. Применение к этой избыточной информации соответствующих алгоритмов обработки позволяет получить абсолютный минимум коэффициента увеличения ошибок местоопределения GDOP [21].
Однако стоит учитывать, что рост числа обрабатываемых сигналов навигационных космических аппаратов приводит к росту требуемых для реализации ресурсов пользовательских устройств. Таким образом, важным этапом создания пользовательской составляющей на принципах параллельной обработки является обоснованный выбор этого числа.
GPS-приемники, позволяющие осуществлять параллельный прием, как правило, выполняют в виде систем на одном кристалле (SoC) [21]. В состав такой системы входит специализированная интегральная микросхема ASIC и опционально микроконтроллер или микропроцессор. Возможен так же вариант, когда требуется подключение к персональному компьютеру, где будут выполняться все требуемые для определения положения операции.
Альтернативой для ASIC является применение FPGA. Наличие разных технологий, таких как ASIC и FPGA определяет соответствующие преимущества каждой из них:
– ASIC–технология позволяет достичь конечного результата, который будет иметь наилучшие характеристики по производительности, размеру и энергопотреблению (что особенно важно в связи с бурным развитием, так называемых мобильных технологий - портативных устройств, питающихся от источников тока сравнительно низкой емкости);
– FPGA–технология обладает высокой степенью универсальности и гибкости – это возможность многократно и быстро перестраивать схему внутри FPGA микросхемы [19].
Однако применение FPGA имеет существенное преимущество, когда производство не носит массовый характер. Существенно большие затраты на разработку ASIC в сравнении с FPGA. Другие представители программируемой элементной базы, а именно микроконтроллеры и ЦПОС (цифровой процессор обработки сигналов) не рассматриваются, т.к. не позволяют полноценно реализовать параллельный подход к обработке сигналов навигационных космических аппаратов. Структура FPGA разработана именно для осуществления высокоскоростных параллельных вычислений, поэтому в работе в качестве элементной базы выбор сделан в пользу этой платформы.
Выводы по главе 1
1. Произведен анализ глобальной навигационной спутниковой системы и анализ структуры системы безопасности на основе глобальной навигационной системы GPS/ГЛОНАСС.
2. Рассмотрены методы и принципы определения координат и поиска сигналов в глобальной навигационной спутниковой системе. Рассмотрен дифференциальный режим DGPS.
3. Проведен анализ метода реализации навигационных устройств на программируемой элементной базе для подвижных объектов.