SRNS - Вклад участника [ru]

Аппаратура потребителей спутниковых радионавигационных систем (дисциплина)

2024-05-19T12:13:30Z

Korogodin:

Дисциплина "Аппаратура потребителей спутниковых радионавигационных систем" входит в вариативную часть общенаучного цикла занятий [http://beta.mpei.ru/Education/educationalprograms/rt/Pages/default.aspx 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 [[ЭУМК АП СРНС|электронный учебно-методический комплекс]].

Черновик '''учебного пособия по курсу''' [https://github.com/Korogodin/gnssrec доступен по ссылке].

== Календарный план ==

{| class="wikitable"
|-
! Неделя || Даты || Лекция || Лабораторная || Контрольное мероприятие

|- align=center
| 2 || 07.09
| Основы СРНС. [[media:Receivers_Segments.pdf|Сегменты СРНС]]. [[media:Receivers_PosMethods.pdf|Методы позиционирования]].
| [https://goo.gl/forms/R7Vos1KsJ1taqqXo2 Ошибки позиционирования в городских условиях]
|

|- align=center
| 3 || 13.09.21-19.09.21
| Навигационные сигналы.
|
|

|- align=center
| 4 || 20.09.21-26.09.21
| Антенна, МШУ
|
| КМ-1: Модель сигнала ГНСС

|- align=center
| 5 || 27.09.21-03.10.21
| Радиочастотный блок ([[media:20111008_АП_СРНС_Лекция_3_презентация.pdf|Аналогово-цифровое преобразование. Синтезатор частот. План частот АП СРНС.]] )
|
|

|- align=center
| 6 || 04.10.21-10.10.21
| Математическая модель коррелятора ([[media:АП_СРНС_corr.pdf|Статистический эквивалент коррелятора]])
|
| КМ-2: Ошибки позиционирования в городских условиях

|- align=center
| 7 || 11.10.21-17.10.21
| Аппаратная реализация коррелятора ([[media:20111005_АП_СРНС_Лекция_4_презентация.pdf|Принципы построения и структура коррелятора. Цифровой генератор гармонического сигнала и дальномерного кода.]])
|
|

|- align=center
| 8 || 18.10.21-24.10.21
| Следящие системы ([[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_8_презентация.pdf|Система слежения за фазой сигнала. Структурная схема ССФ, дискриминаторы, следящий фильтр.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_9_презентация.pdf|Система слежения за частотой. Структурная схема ССЧ, дискриминаторы, следящий фильтр.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_10_презентация.pdf|Система слежения за задержкой. Структурная схема ССЗ, дискриминаторы, следящий фильтр. Система слежения за задержкой с поддержкой от ФАП. Комплексный фильтр.]])
| [https://goo.gl/XruJBM GNSS Planning]
| КМ-3: Статистический эквивалент коррелятора

|- align=center
| 9 || 25.10.21-31.10.21
| Оценка SNR, детекторы захвата, детекторы CC
|
|

|- align=center
| 10 || 01.11.21-07.11.21
| Обнаружение сигнала. ([[media:20111005_АП_СРНС_Лекция_5_презентация.pdf|Обнаружение сигнала. Алгоритмы, статистические характеристики обнаружения.]])
|
|

|- align=center
| 11 || 08.11.21-14.11.21
| Поиск сигнала ([[media:20111008_АП_СРНС_Лекция_6_презентация.pdf|Поиск сигнала по частоте и задержке. Алгоритмы поиска, быстрый поиск сигнала.]] [[media:20111017_АП_СРНС_Лекция_7_презентация.pdf|Блок быстрого поиска]])
|
|

|- align=center
| 12 || 15.11.21-21.11.21
| Символьная и оверлейная синхронизация 
| [[Исследование_коррелятора_АП_СРНС_ГЛОНАСС_с_помощью_имитационной_модели_(лабораторная_работа)|Исследование коррелятора АП СРНС с помощью имитационной модели]]
| КМ-4: Исследование коррелятора АП СРНС ГЛОНАСС с помощью имитационной модели

|- align=center
| 13 || 22.11.21-28.11.21
| [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_11_презентация.pdf|Демодуляция навигационных данных]]
|
|

|- align=center
| 14 || 29.11.21-05.12.21
| Кадровая синхронизация, [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_12_презентация.pdf|декодирование]], парсинг
|
| КМ-5: Прогнозирование спутникового созвездия

|- align=center
| 15 || 08.12.21-12.12.21
| Формирование измерений, расчет положения спутника
|
|

|- align=center
| 16 || 13.12.21-19.12.21
| Модель наблюдений псевдодальности. [[media:20111128_АП_СРНС_Лекция_14_презентация.pdf|Вторичная обработка измерений. Одношаговый алгоритм решения навигационной задачи.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_16_презентация.pdf|Контроль целостности]]
| Решение навигационной задачи по псевдодальномерным измерениям
| КМ-6: Решение навигационной задачи по псевдодальномерным измерениям

|- align=center
| 17 || 20.12.21-26.12.21
| Помехоустойчивость АП СРНС
|
|

|- align=center
| 18 || 27.12.21-02.01.21
| Зачет
|
|

|}

[[media:АПСРНС_2021_Списки.ods|Журнал успеваемости]].

== Правила аттестации ==

Обязательным условием для получения допуска к экзамену является выполнение всех контрольных мероприятий: сдача двух контрольных и защита 4 лабораторных работ.

При написании отчетов следует опираться на правила оформления [https://mpei.ru/Science/ScienceDocuments/Documents/Polojenie_2018/0_GOST_7.32-2017.pdf ГОСТ 7.32] (в части форматирования, оформления рисунков, таблиц, списков и т.д.).

Приемка осуществляется через репозиторий на github на базе проекта [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021].

== Демо модели ==

=== Прогноз выходного сигнала коррелятора ===

Производится обработка сигнала Gps L1 C/A, сформированного лабораторным имитатором сигналов, синхронизированным с приемником. Сигнал перенесен с помощью РЧБ NT1065 на промежуточную частоту <math>f_{if} = 8.54</math> МГц и преобразован многоразрядным АЦП с частотой сэмплирования <math>F_d = 99.375</math> МГц. Установленная на имитаторе мощность обеспечивает уровень отношения сигнал/шум <math>27 + N</math> дБГц, где <math>N</math> - номер вариант по журналу.

В приемнике производтся корреляционная обработка сигнала, интервал накопления составляет <math>T = 1</math> мс.

Сигнал имеет сдвиг частоты несущей <math>f_d = 100 N</math> Гц, при этом опорный сигнал коррелятора имеет аналогичный сдвиг <math>f_{d, rep} = f_d</math>. Задержка огибающей известна точно и используется в опорном сигнале <math>\tau = \tau_{rep}</math>.

Задание: Построить на плоскости I,Q вид множества точек корреляционных сумм, полученных в ходе большого (сотни) числа экспериментов.

{{Hider|title = Расчет выходного сигнала коррелятора
|content = <source lang="matlab">
clear all; clc; close all;

N = 30;

Fd = 99.375e6;
Td = 1/Fd;
T = 0.001;
fif = 8.34e6;

fd = 100 * N;
fd_rep = fd;

phi = 10 * N;
phi_rep = 20 * N;

qcno_dB = 27 + N;
qcno = 10^(qcno_dB/10);

stdn = 50/3;
A = sqrt(qcno * Td) * 2 * stdn; % qcno = A^2 / (4 stdn^2 Td)

fprintf('A = %f, stdn = %f\n', A, stdn);

L = fix(T * Fd);
t = (0:(L-1)) * Td;

PRN_Length = 1023;
PRN = (-1).^(rand(1, PRN_Length) > 0.5);

tau = 100500e-6;
tau_rep = tau;

nchip = mod(fix(PRN_Length*(t - tau )/T), PRN_Length) + 1;
nchip_rep = mod(fix(PRN_Length*(t - tau_rep)/T), PRN_Length) + 1;

Gc = PRN(nchip );
Gc_rep = PRN(nchip_rep);

So = A * Gc .* cos(2*pi*fif*t + 2*pi*fd *t + deg2rad(phi) );
S_rep_cos = Gc_rep .* cos(2*pi*fif*t + 2*pi*fd_rep*t + deg2rad(phi_rep));
S_rep_sin = Gc_rep .* sin(2*pi*fif*t + 2*pi*fd_rep*t + deg2rad(phi_rep));

K = 1000; I = nan(1, K); Q = nan(1,K);
for k = 1:K
n = randn(1,L)*stdn;

Gd = (-1).^(rand(1,1) > 0.5);
S = Gd * So;

y = S + n;

I(k) = y * S_rep_cos';
Q(k) = y * S_rep_sin';
end

maxIQ = 1.1*max(abs(I + 1i*Q));

figure(1);
plot(t*1e3, [y; S; A*Gc]);
xlabel('t, ms')
ylabel('y, S');
grid on

figure(2);
plot(I, Q, '*')
hold on
plot([-maxIQ maxIQ], [0 0], 'k');
plot([0 0], [-maxIQ maxIQ], 'k');
quiver(-maxIQ, 0, 2*maxIQ, 0, 1, 'k');
quiver(0, -maxIQ, 0, 2*maxIQ, 1, 'k');
hold off
xlabel('I')
ylabel('Q');
axis equal
grid on

</source>
|hidden = 1
}}

=== ЧАП и ФАП на стат эквивалентах ===

{{Hider|title = Слежение за фазой и частотой
|content = <source lang="matlab">
clear all; clc; close all;

T = 0.010;

Xist = [10;
1];

Xfilt = [0;
0];

Xfilt_FLL = [0;
0];

F = [1 T;
0 1];

Tmod = 10;
K = fix(Tmod / T);

G = [0;
1];

std_ksi = 1.3 * T;
ksi = std_ksi * randn(1, K);

qcno_dB = 45;
qcno = 10^(qcno_dB/10);

stdnIQ = 7;
nI = stdnIQ * randn(1, K);
nQ = stdnIQ * randn(1, K);
A_IQ = sqrt(2*qcno*T) * stdnIQ;

dF_PLL = 20;
Kfilt_PLL = [ 8/3 * dF_PLL * T;
32/9 * dF_PLL^2 * T];

dF_FLL = 3;
Kfilt_FLL = [ 8/3 * dF_FLL * T;
32/9 * dF_FLL^2 * T];

t = (1:K)*T;
phi_ist = nan(1, K);
w_ist = nan(1, K);
phi_filt = nan(1, K);
w_filt = nan(1, K);
phi_filt_FLL = nan(1, K);
w_filt_FLL = nan(1, K);

phi_corr = 0; Iold = 0; Qold = 0;
for k = 1:K
Xist = F * Xist + G * ksi(k);

phi_ist(k) = Xist(1);
w_ist(k) = Xist(2);

% PLL
Xfilt_extr = F*Xfilt;
phi_extr = Xfilt_extr(1);
dPhi = phi_ist(k) - phi_extr;

Q = - A_IQ * sin(dPhi) + nQ(k);
Ud = -Q;
Sd = A_IQ;

Xfilt = Xfilt_extr + Kfilt_PLL * Ud/Sd;

phi_filt(k) = Xfilt(1);
w_filt(k) = Xfilt(2);

% FLL
Xfilt_extr_FLL = F*Xfilt_FLL;
w_extr = Xfilt_extr_FLL(1);
dPhi = phi_ist(k) - phi_corr;
phi_corr = phi_corr + w_extr * T;
dW = w_ist(k) - w_extr;

I = - A_IQ * cos(dPhi) + nI(k);
Q = - A_IQ * sin(dPhi) + nQ(k);
Ud = Q*Iold - I*Qold;
Sd = A_IQ;
Iold = I; Qold = Q;

Xfilt_FLL = Xfilt_extr_FLL + Kfilt_FLL * Ud/Sd;

phi_filt_FLL(k) = phi_corr;
w_filt_FLL(k) = Xfilt_FLL(1);

end

figure(1)
subplot(2,1,1)
plot(t, phi_ist/2/pi, t, phi_filt/2/pi, t, phi_filt_FLL/2/pi)
ylabel('\phi, cycles')
subplot(2,1,2)
plot(t, rad2deg(w_ist), t, rad2deg(w_filt), t, rad2deg(w_filt_FLL))
ylabel('\omega, Hz')
xlabel('t, sec')

</source>
|hidden = 1
}}

== Вопросы к экзамену ==

Экзамен проводится в письменной форме: тест, задача и один экзаменационный вопрос ([[media:Вопросы_экз_АП_СРНС.doc|экзаменационные вопросы]]). При подготовке рекомендуется использовать книги по тематике, [[media:2013_ЭУМК_С3.33_Лекции_АП_СРНС.pdf|конспекты лекций]] и презентации.

== Курсовая работа ==

Название: '''Расчет траектории движения спутника GPS по данным с демодулятора его сигнала'''

Курсовая работа по АП СРНС выполняется во втором семестре. В рамках КР студенты знакомятся с рядом инструментов и техник, используемых при разработке навигационных приемников.

Цель проекта - разработка модулей разбора навигационного сообщения GPS и расчета положения спутника, предназначенных для использования в составе навигационного приемника.

Требования к разрабатываемому программному модулю:
* требования назначения;
* отсутствие утечек памяти;
* малое время выполнения;
* низкий расход памяти;
* корректное выполнение при аномальных входных данных.

Для достижения цели выполняется ряд задач, соответствующих этапам проекта и контрольным мероприятиям:
* разработка модуля разбора символов навигационного сообщения
* расчет положения КА в Matlab/Python и его проверка сторонними сервисами;
* реализация модуля расчета положения КА на С/С++ и его тестирование.

На каждом из этапов действуют следующие правила:
* Взаимодействие осуществляется через github (пул реквесты, комментарии)
* Отчет оформляется по ГОСТ 7.32
* '''Этап сдан тогда, когда принят пул реквест'''

{| class="wikitable"
|+ Варианты заданий:
|-
! Студент !! Номер спутника = варианта !! Логи !! Примечание
|-
! Антропов Евгений Александрович
| 1 || [[media:2022_KR_01.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Бахолдин Никита Владимирович
| 3 || [[media:2022_KR_03.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Берестнев Владимир Сергеевич
| 8 || [[media:2022_KR_08.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Дубинин Леонид Андреевич
| 10 || [[media:2022_KR_10.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Еловский Никита Станиславович
| 12 || [[media:2022_KR_12.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Иванцова Дарья Николаевна
| 17 || [[media:2022_KR_17.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Капитонов Александр Ильич
| 19 || [[media:2022_KR_19.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Коробков Андрей Юрьевич
| 21 || [[media:2022_KR_21.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Куксин Владислав Александрович
| 22 || [[media:2022_KR_22.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Кусакин Павел Александрович
| 31 || [[media:2022_KR_31.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Ливенцов Василий Александрович
| 14 || [[media:2022_KR_14.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Михайлов Иван Олегович
| 24 || [[media:2022_KR_24.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Муратов Николай Сергеевич
| 4 || [[media:2022_KR_04.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Попов Максим Геннадьевич
| 6 || [[media:2022_KR_06.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Солнцева Милана Константиновна
| 7 || [[media:2022_KR_07.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Танкина Анна Михайловна
| 9 || [[media:2022_KR_09.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Цымбал Григорий Романович
| 16 || [[media:2022_KR_16.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Чепелев Игорь Игоревич
| 26 || [[media:2022_KR_26.tar.gz|tar.gz]] ||
|}

=== Этап 1. Обработка логов навигационного приемника ===

'''Дедлайн''': 04.03.22 (устранение замечаний и итоговый мёрдж до 13.03.22)

Конечная цель всего курсового проекта - получить библиотеку функций на Си++, позволяющую рассчитывать положение спутника GPS по данным с демодулятора его сигнала L1 C/A.
На первом этапе реализуем модуль разбора навигационного сообщения до структуры эфемерид, сравним результаты со сторонней программой.

В неизвестной локации установлен навигационный приемник, принимающий сигналы GPS L1C/A и логирующий результаты этого приема в формате [https://navis.ru/downloads/SOFT/NV08C_BINR_Protocol_Specification_V13_ENG_10082012.pdf NVS BINR].
Собранный на пятиминутном интервале файл приложен в архиве под именем BINR.bin, см. таблицу вариантов.
Файл содержит наблюдения псевдодальностей и прочих радионавигационных параметров, демодулированные и разобранные данные навигационного сообщения.

Для удобства студентов данные демодулятора продублированы в текстовый файл in.txt. Каждая строка файла содержит данные одного сабфрейма одного навигационного сигнала в формате:
<source lang="bash">
1 0 013 0R GpsL1CA # 13 212130404 29 125 53 100010111010101010101010001010010111000011001010010111111000101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100
</source>
где ''# 13'' - номер спутника, ''212130404'' - счетчик сабфреймов в сигнале, ''53'' - ID сабфрейма в навигационном сообщении, где в первых трех битах содержится номер сабфрейма в фрейме (5 в данном примере), а далее - номер фрейма в сообщении (6 в данном примере), ''1000101110...'' символы с демодулятора в порядке возрастания времени слева направо.

Требуется:
# Разработать программу, обрабатывающую файл in.txt и выводящую в файл out.txt таблицу эфемерид для спутника согласно варианту [[media:Screenshot_20220215_221319.png|в заданном формате]].
# Обработать файл BINR.bin с помощью программы RTKNAVI из состава RTKLIB. Определить день и место проведения наблюдений, значения эфемерид для спутника согласно номеру варианта (меню открывается в левом нижнем углу экрана по нажатию на квадрат)
# Сравнить полученные таблицы
# Оформить код программы и разместить на Github
# Оформить отчет по этапу и разместить на Github
# Завести Pull Request

Программа должна компилироваться gcc, все входные данные брать из in.txt, весь вывод осуществлять в out.txt.

Работа осуществляется в репозитории на github на базе [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021]. Для этого:
# Завести, если до сих пор нет, аккаунт на github
# Если ранее не сделано, сделать форк проекта [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021] (маленькая кнопка сверху справа в вэб-интерфейсе)
# Установить на рабочем компьютере git (для выполнения последующих этапов удобнее будет сделать это в ОС GNU/Linux, вероятно, на виртуальной машине)
# Клонировать свой форк на рабочий компьютер (<code>git clone https://github.com/MySuperAccount/gnssrecbasics2021.git</code>)
# Промежуточные и итоговые результаты по первому этапу хранить в каталоге processing (<code>git pull; git add <files>; git commit -m "Сделал то-то то-то"; git push</code>)
# По результатам первого этапа завести Pull Request в исходный проект '''в ветку, название которой совпадает с вашей фамилией''' (кнопка наверху в вэб-интерфейсе)
# Устранить все замечания, добиться принятия Pull Request'а.

Этап сдан тогда, когда ваш ПР принят.

=== Этап 2. Моделирование траектории движения ===

'''Дедлайн''': 13.04.22 (исправления замечаний до 20.04.22)

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 - [http://navipedia.org/index.php/GPS_and_Galileo_Satellite_Coordinates_Computation в системе GPS].

Требуется реализовать на языке Matlab или Python функцию расчета положения спутника GPS на заданный момент по шкале времени UTC.
В качестве эфемерид использовать данные, полученные на предыдущем этапе.

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 суточному интервалу на дне формирования наблюдений, определенном на предыдущем этапе. Допускается использовать одни и те же эфемериды на весь рассматриваемый интервал.

Вывести значения координат спутника в файл out.txt в системе ECEF WGS 84 в виде строк: Секунда_от_начала_дня X Y Z

Используя оценку местоположения с предыдущего этапа, построить Sky Plot за указанный временной интервал и сравнить результат с [http://www.trimble.com/gnssplanningonline/ Trimble GNSS Planning Online].

Оформить отчет по результатам этапа:
# Реализация в Matlab или Python (описание модели и её листинг)
# Таблица использованных эфемерид
# Трехмерные графики положений спутника в ECEF и ECI (не забудьте подписать оси, изобразите соответствующую Земле сферу в начале СК)
# Расчётный и полученный в GNSS Planing Online SkyView

Работы по данному этапу осуществляются в каталоге simulation.
Правила приемки этапа те же, что и на первом этапе.

=== Этап 3. Реализация модуля расчета координат ===

'''Дедлайн''': 11.05.22 (исправления до 18.05.22)

Требуется разработать на языке С/С++ функцию расчета положения спутника GPS на заданное время по шкале UTC, 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 трансцендентного уравнения.

Программный модуль должен сопровождаться unit-тестами (например, используя Check):
* Тесты функции решения уравнения Кеплера
* Тест расчетного положения спутника в сравнении с Matlab/Python

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 (например, 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:
# Код реализации
# Вывод тестов, включая анализ времени исполнения
# Вывод проверок на утечку памяти
# Вывод по этапу
# Заключение по проекту

Программа должна компилироваться gcc и использовать в качестве входных данных in.txt с первого этапа.
Результат должен записываться в out.txt в строки формата, определенного на втором этапе.
При тестировании должны сравниваться файлы out.txt второго и третьего этапов.

Работы по третьему этапу следует вести в директории libgpssvpos.

Правила приемки этапа те же.

== Курсовая прошлых лет ==

Задания в [[Курсовой проект АП СРНС 2020|2020]], в [[Курсовая работа АП СРНС 2021|2021]].

[[Категория:АП СРНС (дисциплина)]]

Аппаратура потребителей спутниковых радионавигационных систем (дисциплина)

2024-05-19T12:09:55Z

Korogodin:

Дисциплина "Аппаратура потребителей спутниковых радионавигационных систем" входит в вариативную часть общенаучного цикла занятий [http://beta.mpei.ru/Education/educationalprograms/rt/Pages/default.aspx 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 [[ЭУМК АП СРНС|электронный учебно-методический комплекс]].

Черновик учебного пособия по курсу [https://github.com/Korogodin/gnssrec доступен по ссылке].

== Календарный план ==

{| class="wikitable"
|-
! Неделя || Даты || Лекция || Лабораторная || Контрольное мероприятие

|- align=center
| 2 || 07.09
| Основы СРНС. [[media:Receivers_Segments.pdf|Сегменты СРНС]]. [[media:Receivers_PosMethods.pdf|Методы позиционирования]].
| [https://goo.gl/forms/R7Vos1KsJ1taqqXo2 Ошибки позиционирования в городских условиях]
|

|- align=center
| 3 || 13.09.21-19.09.21
| Навигационные сигналы.
|
|

|- align=center
| 4 || 20.09.21-26.09.21
| Антенна, МШУ
|
| КМ-1: Модель сигнала ГНСС

|- align=center
| 5 || 27.09.21-03.10.21
| Радиочастотный блок ([[media:20111008_АП_СРНС_Лекция_3_презентация.pdf|Аналогово-цифровое преобразование. Синтезатор частот. План частот АП СРНС.]] )
|
|

|- align=center
| 6 || 04.10.21-10.10.21
| Математическая модель коррелятора ([[media:АП_СРНС_corr.pdf|Статистический эквивалент коррелятора]])
|
| КМ-2: Ошибки позиционирования в городских условиях

|- align=center
| 7 || 11.10.21-17.10.21
| Аппаратная реализация коррелятора ([[media:20111005_АП_СРНС_Лекция_4_презентация.pdf|Принципы построения и структура коррелятора. Цифровой генератор гармонического сигнала и дальномерного кода.]])
|
|

|- align=center
| 8 || 18.10.21-24.10.21
| Следящие системы ([[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_8_презентация.pdf|Система слежения за фазой сигнала. Структурная схема ССФ, дискриминаторы, следящий фильтр.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_9_презентация.pdf|Система слежения за частотой. Структурная схема ССЧ, дискриминаторы, следящий фильтр.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_10_презентация.pdf|Система слежения за задержкой. Структурная схема ССЗ, дискриминаторы, следящий фильтр. Система слежения за задержкой с поддержкой от ФАП. Комплексный фильтр.]])
| [https://goo.gl/XruJBM GNSS Planning]
| КМ-3: Статистический эквивалент коррелятора

|- align=center
| 9 || 25.10.21-31.10.21
| Оценка SNR, детекторы захвата, детекторы CC
|
|

|- align=center
| 10 || 01.11.21-07.11.21
| Обнаружение сигнала. ([[media:20111005_АП_СРНС_Лекция_5_презентация.pdf|Обнаружение сигнала. Алгоритмы, статистические характеристики обнаружения.]])
|
|

|- align=center
| 11 || 08.11.21-14.11.21
| Поиск сигнала ([[media:20111008_АП_СРНС_Лекция_6_презентация.pdf|Поиск сигнала по частоте и задержке. Алгоритмы поиска, быстрый поиск сигнала.]] [[media:20111017_АП_СРНС_Лекция_7_презентация.pdf|Блок быстрого поиска]])
|
|

|- align=center
| 12 || 15.11.21-21.11.21
| Символьная и оверлейная синхронизация 
| [[Исследование_коррелятора_АП_СРНС_ГЛОНАСС_с_помощью_имитационной_модели_(лабораторная_работа)|Исследование коррелятора АП СРНС с помощью имитационной модели]]
| КМ-4: Исследование коррелятора АП СРНС ГЛОНАСС с помощью имитационной модели

|- align=center
| 13 || 22.11.21-28.11.21
| [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_11_презентация.pdf|Демодуляция навигационных данных]]
|
|

|- align=center
| 14 || 29.11.21-05.12.21
| Кадровая синхронизация, [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_12_презентация.pdf|декодирование]], парсинг
|
| КМ-5: Прогнозирование спутникового созвездия

|- align=center
| 15 || 08.12.21-12.12.21
| Формирование измерений, расчет положения спутника
|
|

|- align=center
| 16 || 13.12.21-19.12.21
| Модель наблюдений псевдодальности. [[media:20111128_АП_СРНС_Лекция_14_презентация.pdf|Вторичная обработка измерений. Одношаговый алгоритм решения навигационной задачи.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_16_презентация.pdf|Контроль целостности]]
| Решение навигационной задачи по псевдодальномерным измерениям
| КМ-6: Решение навигационной задачи по псевдодальномерным измерениям

|- align=center
| 17 || 20.12.21-26.12.21
| Помехоустойчивость АП СРНС
|
|

|- align=center
| 18 || 27.12.21-02.01.21
| Зачет
|
|

|}

[[media:АПСРНС_2021_Списки.ods|Журнал успеваемости]].

== Правила аттестации ==

Обязательным условием для получения допуска к экзамену является выполнение всех контрольных мероприятий: сдача двух контрольных и защита 4 лабораторных работ.

При написании отчетов следует опираться на правила оформления [https://mpei.ru/Science/ScienceDocuments/Documents/Polojenie_2018/0_GOST_7.32-2017.pdf ГОСТ 7.32] (в части форматирования, оформления рисунков, таблиц, списков и т.д.).

Приемка осуществляется через репозиторий на github на базе проекта [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021].

== Демо модели ==

=== Прогноз выходного сигнала коррелятора ===

Производится обработка сигнала Gps L1 C/A, сформированного лабораторным имитатором сигналов, синхронизированным с приемником. Сигнал перенесен с помощью РЧБ NT1065 на промежуточную частоту <math>f_{if} = 8.54</math> МГц и преобразован многоразрядным АЦП с частотой сэмплирования <math>F_d = 99.375</math> МГц. Установленная на имитаторе мощность обеспечивает уровень отношения сигнал/шум <math>27 + N</math> дБГц, где <math>N</math> - номер вариант по журналу.

В приемнике производтся корреляционная обработка сигнала, интервал накопления составляет <math>T = 1</math> мс.

Сигнал имеет сдвиг частоты несущей <math>f_d = 100 N</math> Гц, при этом опорный сигнал коррелятора имеет аналогичный сдвиг <math>f_{d, rep} = f_d</math>. Задержка огибающей известна точно и используется в опорном сигнале <math>\tau = \tau_{rep}</math>.

Задание: Построить на плоскости I,Q вид множества точек корреляционных сумм, полученных в ходе большого (сотни) числа экспериментов.

{{Hider|title = Расчет выходного сигнала коррелятора
|content = <source lang="matlab">
clear all; clc; close all;

N = 30;

Fd = 99.375e6;
Td = 1/Fd;
T = 0.001;
fif = 8.34e6;

fd = 100 * N;
fd_rep = fd;

phi = 10 * N;
phi_rep = 20 * N;

qcno_dB = 27 + N;
qcno = 10^(qcno_dB/10);

stdn = 50/3;
A = sqrt(qcno * Td) * 2 * stdn; % qcno = A^2 / (4 stdn^2 Td)

fprintf('A = %f, stdn = %f\n', A, stdn);

L = fix(T * Fd);
t = (0:(L-1)) * Td;

PRN_Length = 1023;
PRN = (-1).^(rand(1, PRN_Length) > 0.5);

tau = 100500e-6;
tau_rep = tau;

nchip = mod(fix(PRN_Length*(t - tau )/T), PRN_Length) + 1;
nchip_rep = mod(fix(PRN_Length*(t - tau_rep)/T), PRN_Length) + 1;

Gc = PRN(nchip );
Gc_rep = PRN(nchip_rep);

So = A * Gc .* cos(2*pi*fif*t + 2*pi*fd *t + deg2rad(phi) );
S_rep_cos = Gc_rep .* cos(2*pi*fif*t + 2*pi*fd_rep*t + deg2rad(phi_rep));
S_rep_sin = Gc_rep .* sin(2*pi*fif*t + 2*pi*fd_rep*t + deg2rad(phi_rep));

K = 1000; I = nan(1, K); Q = nan(1,K);
for k = 1:K
n = randn(1,L)*stdn;

Gd = (-1).^(rand(1,1) > 0.5);
S = Gd * So;

y = S + n;

I(k) = y * S_rep_cos';
Q(k) = y * S_rep_sin';
end

maxIQ = 1.1*max(abs(I + 1i*Q));

figure(1);
plot(t*1e3, [y; S; A*Gc]);
xlabel('t, ms')
ylabel('y, S');
grid on

figure(2);
plot(I, Q, '*')
hold on
plot([-maxIQ maxIQ], [0 0], 'k');
plot([0 0], [-maxIQ maxIQ], 'k');
quiver(-maxIQ, 0, 2*maxIQ, 0, 1, 'k');
quiver(0, -maxIQ, 0, 2*maxIQ, 1, 'k');
hold off
xlabel('I')
ylabel('Q');
axis equal
grid on

</source>
|hidden = 1
}}

=== ЧАП и ФАП на стат эквивалентах ===

{{Hider|title = Слежение за фазой и частотой
|content = <source lang="matlab">
clear all; clc; close all;

T = 0.010;

Xist = [10;
1];

Xfilt = [0;
0];

Xfilt_FLL = [0;
0];

F = [1 T;
0 1];

Tmod = 10;
K = fix(Tmod / T);

G = [0;
1];

std_ksi = 1.3 * T;
ksi = std_ksi * randn(1, K);

qcno_dB = 45;
qcno = 10^(qcno_dB/10);

stdnIQ = 7;
nI = stdnIQ * randn(1, K);
nQ = stdnIQ * randn(1, K);
A_IQ = sqrt(2*qcno*T) * stdnIQ;

dF_PLL = 20;
Kfilt_PLL = [ 8/3 * dF_PLL * T;
32/9 * dF_PLL^2 * T];

dF_FLL = 3;
Kfilt_FLL = [ 8/3 * dF_FLL * T;
32/9 * dF_FLL^2 * T];

t = (1:K)*T;
phi_ist = nan(1, K);
w_ist = nan(1, K);
phi_filt = nan(1, K);
w_filt = nan(1, K);
phi_filt_FLL = nan(1, K);
w_filt_FLL = nan(1, K);

phi_corr = 0; Iold = 0; Qold = 0;
for k = 1:K
Xist = F * Xist + G * ksi(k);

phi_ist(k) = Xist(1);
w_ist(k) = Xist(2);

% PLL
Xfilt_extr = F*Xfilt;
phi_extr = Xfilt_extr(1);
dPhi = phi_ist(k) - phi_extr;

Q = - A_IQ * sin(dPhi) + nQ(k);
Ud = -Q;
Sd = A_IQ;

Xfilt = Xfilt_extr + Kfilt_PLL * Ud/Sd;

phi_filt(k) = Xfilt(1);
w_filt(k) = Xfilt(2);

% FLL
Xfilt_extr_FLL = F*Xfilt_FLL;
w_extr = Xfilt_extr_FLL(1);
dPhi = phi_ist(k) - phi_corr;
phi_corr = phi_corr + w_extr * T;
dW = w_ist(k) - w_extr;

I = - A_IQ * cos(dPhi) + nI(k);
Q = - A_IQ * sin(dPhi) + nQ(k);
Ud = Q*Iold - I*Qold;
Sd = A_IQ;
Iold = I; Qold = Q;

Xfilt_FLL = Xfilt_extr_FLL + Kfilt_FLL * Ud/Sd;

phi_filt_FLL(k) = phi_corr;
w_filt_FLL(k) = Xfilt_FLL(1);

end

figure(1)
subplot(2,1,1)
plot(t, phi_ist/2/pi, t, phi_filt/2/pi, t, phi_filt_FLL/2/pi)
ylabel('\phi, cycles')
subplot(2,1,2)
plot(t, rad2deg(w_ist), t, rad2deg(w_filt), t, rad2deg(w_filt_FLL))
ylabel('\omega, Hz')
xlabel('t, sec')

</source>
|hidden = 1
}}

== Вопросы к экзамену ==

Экзамен проводится в письменной форме: тест, задача и один экзаменационный вопрос ([[media:Вопросы_экз_АП_СРНС.doc|экзаменационные вопросы]]). При подготовке рекомендуется использовать книги по тематике, [[media:2013_ЭУМК_С3.33_Лекции_АП_СРНС.pdf|конспекты лекций]] и презентации.

== Курсовая работа ==

Название: '''Расчет траектории движения спутника GPS по данным с демодулятора его сигнала'''

Курсовая работа по АП СРНС выполняется во втором семестре. В рамках КР студенты знакомятся с рядом инструментов и техник, используемых при разработке навигационных приемников.

Цель проекта - разработка модулей разбора навигационного сообщения GPS и расчета положения спутника, предназначенных для использования в составе навигационного приемника.

Требования к разрабатываемому программному модулю:
* требования назначения;
* отсутствие утечек памяти;
* малое время выполнения;
* низкий расход памяти;
* корректное выполнение при аномальных входных данных.

Для достижения цели выполняется ряд задач, соответствующих этапам проекта и контрольным мероприятиям:
* разработка модуля разбора символов навигационного сообщения
* расчет положения КА в Matlab/Python и его проверка сторонними сервисами;
* реализация модуля расчета положения КА на С/С++ и его тестирование.

На каждом из этапов действуют следующие правила:
* Взаимодействие осуществляется через github (пул реквесты, комментарии)
* Отчет оформляется по ГОСТ 7.32
* '''Этап сдан тогда, когда принят пул реквест'''

{| class="wikitable"
|+ Варианты заданий:
|-
! Студент !! Номер спутника = варианта !! Логи !! Примечание
|-
! Антропов Евгений Александрович
| 1 || [[media:2022_KR_01.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Бахолдин Никита Владимирович
| 3 || [[media:2022_KR_03.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Берестнев Владимир Сергеевич
| 8 || [[media:2022_KR_08.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Дубинин Леонид Андреевич
| 10 || [[media:2022_KR_10.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Еловский Никита Станиславович
| 12 || [[media:2022_KR_12.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Иванцова Дарья Николаевна
| 17 || [[media:2022_KR_17.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Капитонов Александр Ильич
| 19 || [[media:2022_KR_19.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Коробков Андрей Юрьевич
| 21 || [[media:2022_KR_21.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Куксин Владислав Александрович
| 22 || [[media:2022_KR_22.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Кусакин Павел Александрович
| 31 || [[media:2022_KR_31.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Ливенцов Василий Александрович
| 14 || [[media:2022_KR_14.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Михайлов Иван Олегович
| 24 || [[media:2022_KR_24.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Муратов Николай Сергеевич
| 4 || [[media:2022_KR_04.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Попов Максим Геннадьевич
| 6 || [[media:2022_KR_06.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Солнцева Милана Константиновна
| 7 || [[media:2022_KR_07.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Танкина Анна Михайловна
| 9 || [[media:2022_KR_09.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Цымбал Григорий Романович
| 16 || [[media:2022_KR_16.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Чепелев Игорь Игоревич
| 26 || [[media:2022_KR_26.tar.gz|tar.gz]] ||
|}

=== Этап 1. Обработка логов навигационного приемника ===

'''Дедлайн''': 04.03.22 (устранение замечаний и итоговый мёрдж до 13.03.22)

Конечная цель всего курсового проекта - получить библиотеку функций на Си++, позволяющую рассчитывать положение спутника GPS по данным с демодулятора его сигнала L1 C/A.
На первом этапе реализуем модуль разбора навигационного сообщения до структуры эфемерид, сравним результаты со сторонней программой.

В неизвестной локации установлен навигационный приемник, принимающий сигналы GPS L1C/A и логирующий результаты этого приема в формате [https://navis.ru/downloads/SOFT/NV08C_BINR_Protocol_Specification_V13_ENG_10082012.pdf NVS BINR].
Собранный на пятиминутном интервале файл приложен в архиве под именем BINR.bin, см. таблицу вариантов.
Файл содержит наблюдения псевдодальностей и прочих радионавигационных параметров, демодулированные и разобранные данные навигационного сообщения.

Для удобства студентов данные демодулятора продублированы в текстовый файл in.txt. Каждая строка файла содержит данные одного сабфрейма одного навигационного сигнала в формате:
<source lang="bash">
1 0 013 0R GpsL1CA # 13 212130404 29 125 53 100010111010101010101010001010010111000011001010010111111000101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100
</source>
где ''# 13'' - номер спутника, ''212130404'' - счетчик сабфреймов в сигнале, ''53'' - ID сабфрейма в навигационном сообщении, где в первых трех битах содержится номер сабфрейма в фрейме (5 в данном примере), а далее - номер фрейма в сообщении (6 в данном примере), ''1000101110...'' символы с демодулятора в порядке возрастания времени слева направо.

Требуется:
# Разработать программу, обрабатывающую файл in.txt и выводящую в файл out.txt таблицу эфемерид для спутника согласно варианту [[media:Screenshot_20220215_221319.png|в заданном формате]].
# Обработать файл BINR.bin с помощью программы RTKNAVI из состава RTKLIB. Определить день и место проведения наблюдений, значения эфемерид для спутника согласно номеру варианта (меню открывается в левом нижнем углу экрана по нажатию на квадрат)
# Сравнить полученные таблицы
# Оформить код программы и разместить на Github
# Оформить отчет по этапу и разместить на Github
# Завести Pull Request

Программа должна компилироваться gcc, все входные данные брать из in.txt, весь вывод осуществлять в out.txt.

Работа осуществляется в репозитории на github на базе [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021]. Для этого:
# Завести, если до сих пор нет, аккаунт на github
# Если ранее не сделано, сделать форк проекта [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021] (маленькая кнопка сверху справа в вэб-интерфейсе)
# Установить на рабочем компьютере git (для выполнения последующих этапов удобнее будет сделать это в ОС GNU/Linux, вероятно, на виртуальной машине)
# Клонировать свой форк на рабочий компьютер (<code>git clone https://github.com/MySuperAccount/gnssrecbasics2021.git</code>)
# Промежуточные и итоговые результаты по первому этапу хранить в каталоге processing (<code>git pull; git add <files>; git commit -m "Сделал то-то то-то"; git push</code>)
# По результатам первого этапа завести Pull Request в исходный проект '''в ветку, название которой совпадает с вашей фамилией''' (кнопка наверху в вэб-интерфейсе)
# Устранить все замечания, добиться принятия Pull Request'а.

Этап сдан тогда, когда ваш ПР принят.

=== Этап 2. Моделирование траектории движения ===

'''Дедлайн''': 13.04.22 (исправления замечаний до 20.04.22)

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 - [http://navipedia.org/index.php/GPS_and_Galileo_Satellite_Coordinates_Computation в системе GPS].

Требуется реализовать на языке Matlab или Python функцию расчета положения спутника GPS на заданный момент по шкале времени UTC.
В качестве эфемерид использовать данные, полученные на предыдущем этапе.

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 суточному интервалу на дне формирования наблюдений, определенном на предыдущем этапе. Допускается использовать одни и те же эфемериды на весь рассматриваемый интервал.

Вывести значения координат спутника в файл out.txt в системе ECEF WGS 84 в виде строк: Секунда_от_начала_дня X Y Z

Используя оценку местоположения с предыдущего этапа, построить Sky Plot за указанный временной интервал и сравнить результат с [http://www.trimble.com/gnssplanningonline/ Trimble GNSS Planning Online].

Оформить отчет по результатам этапа:
# Реализация в Matlab или Python (описание модели и её листинг)
# Таблица использованных эфемерид
# Трехмерные графики положений спутника в ECEF и ECI (не забудьте подписать оси, изобразите соответствующую Земле сферу в начале СК)
# Расчётный и полученный в GNSS Planing Online SkyView

Работы по данному этапу осуществляются в каталоге simulation.
Правила приемки этапа те же, что и на первом этапе.

=== Этап 3. Реализация модуля расчета координат ===

'''Дедлайн''': 11.05.22 (исправления до 18.05.22)

Требуется разработать на языке С/С++ функцию расчета положения спутника GPS на заданное время по шкале UTC, 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 трансцендентного уравнения.

Программный модуль должен сопровождаться unit-тестами (например, используя Check):
* Тесты функции решения уравнения Кеплера
* Тест расчетного положения спутника в сравнении с Matlab/Python

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 (например, 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:
# Код реализации
# Вывод тестов, включая анализ времени исполнения
# Вывод проверок на утечку памяти
# Вывод по этапу
# Заключение по проекту

Программа должна компилироваться gcc и использовать в качестве входных данных in.txt с первого этапа.
Результат должен записываться в out.txt в строки формата, определенного на втором этапе.
При тестировании должны сравниваться файлы out.txt второго и третьего этапов.

Работы по третьему этапу следует вести в директории libgpssvpos.

Правила приемки этапа те же.

== Курсовая прошлых лет ==

Задания в [[Курсовой проект АП СРНС 2020|2020]], в [[Курсовая работа АП СРНС 2021|2021]].

[[Категория:АП СРНС (дисциплина)]]

2022-06-27T15:21:15Z

Korogodin: MsUpload

MsUpload

Файл:Screenshot 20220610 172558.png

2022-06-10T14:28:05Z

Korogodin:

2022-02-15T19:32:04Z

Korogodin: /* Этап 1. Обработка логов навигационного приемника */

Дисциплина "Аппаратура потребителей спутниковых радионавигационных систем" входит в вариативную часть общенаучного цикла занятий [http://beta.mpei.ru/Education/educationalprograms/rt/Pages/default.aspx 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 [[ЭУМК АП СРНС|электронный учебно-методический комплекс]].

== Календарный план ==

{| class="wikitable"
|-
! Неделя || Даты || Лекция || Лабораторная || Контрольное мероприятие

|- align=center
| 2 || 07.09
| Основы СРНС. [[media:Receivers_Segments.pdf|Сегменты СРНС]]. [[media:Receivers_PosMethods.pdf|Методы позиционирования]].
| [https://goo.gl/forms/R7Vos1KsJ1taqqXo2 Ошибки позиционирования в городских условиях]
|

|- align=center
| 3 || 13.09.21-19.09.21
| Навигационные сигналы.
|
|

|- align=center
| 4 || 20.09.21-26.09.21
| Антенна, МШУ
|
| КМ-1: Модель сигнала ГНСС

|- align=center
| 5 || 27.09.21-03.10.21
| Радиочастотный блок ([[media:20111008_АП_СРНС_Лекция_3_презентация.pdf|Аналогово-цифровое преобразование. Синтезатор частот. План частот АП СРНС.]] )
|
|

|- align=center
| 6 || 04.10.21-10.10.21
| Математическая модель коррелятора ([[media:АП_СРНС_corr.pdf|Статистический эквивалент коррелятора]])
|
| КМ-2: Ошибки позиционирования в городских условиях

|- align=center
| 7 || 11.10.21-17.10.21
| Аппаратная реализация коррелятора ([[media:20111005_АП_СРНС_Лекция_4_презентация.pdf|Принципы построения и структура коррелятора. Цифровой генератор гармонического сигнала и дальномерного кода.]])
|
|

|- align=center
| 8 || 18.10.21-24.10.21
| Следящие системы ([[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_8_презентация.pdf|Система слежения за фазой сигнала. Структурная схема ССФ, дискриминаторы, следящий фильтр.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_9_презентация.pdf|Система слежения за частотой. Структурная схема ССЧ, дискриминаторы, следящий фильтр.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_10_презентация.pdf|Система слежения за задержкой. Структурная схема ССЗ, дискриминаторы, следящий фильтр. Система слежения за задержкой с поддержкой от ФАП. Комплексный фильтр.]])
| [https://goo.gl/XruJBM GNSS Planning]
| КМ-3: Статистический эквивалент коррелятора

|- align=center
| 9 || 25.10.21-31.10.21
| Оценка SNR, детекторы захвата, детекторы CC
|
|

|- align=center
| 10 || 01.11.21-07.11.21
| Обнаружение сигнала. ([[media:20111005_АП_СРНС_Лекция_5_презентация.pdf|Обнаружение сигнала. Алгоритмы, статистические характеристики обнаружения.]])
|
|

|- align=center
| 11 || 08.11.21-14.11.21
| Поиск сигнала ([[media:20111008_АП_СРНС_Лекция_6_презентация.pdf|Поиск сигнала по частоте и задержке. Алгоритмы поиска, быстрый поиск сигнала.]] [[media:20111017_АП_СРНС_Лекция_7_презентация.pdf|Блок быстрого поиска]])
|
|

|- align=center
| 12 || 15.11.21-21.11.21
| Символьная и оверлейная синхронизация 
| [[Исследование_коррелятора_АП_СРНС_ГЛОНАСС_с_помощью_имитационной_модели_(лабораторная_работа)|Исследование коррелятора АП СРНС с помощью имитационной модели]]
| КМ-4: Исследование коррелятора АП СРНС ГЛОНАСС с помощью имитационной модели

|- align=center
| 13 || 22.11.21-28.11.21
| [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_11_презентация.pdf|Демодуляция навигационных данных]]
|
|

|- align=center
| 14 || 29.11.21-05.12.21
| Кадровая синхронизация, [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_12_презентация.pdf|декодирование]], парсинг
|
| КМ-5: Прогнозирование спутникового созвездия

|- align=center
| 15 || 08.12.21-12.12.21
| Формирование измерений, расчет положения спутника
|
|

|- align=center
| 16 || 13.12.21-19.12.21
| Модель наблюдений псевдодальности. [[media:20111128_АП_СРНС_Лекция_14_презентация.pdf|Вторичная обработка измерений. Одношаговый алгоритм решения навигационной задачи.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_16_презентация.pdf|Контроль целостности]]
| Решение навигационной задачи по псевдодальномерным измерениям
| КМ-6: Решение навигационной задачи по псевдодальномерным измерениям

|- align=center
| 17 || 20.12.21-26.12.21
| Помехоустойчивость АП СРНС
|
|

|- align=center
| 18 || 27.12.21-02.01.21
| Зачет
|
|

|}

[[media:АПСРНС_2021_Списки.ods|Журнал успеваемости]].

== Правила аттестации ==

Обязательным условием для получения допуска к экзамену является выполнение всех контрольных мероприятий: сдача двух контрольных и защита 4 лабораторных работ.

При написании отчетов следует опираться на правила оформления [https://mpei.ru/Science/ScienceDocuments/Documents/Polojenie_2018/0_GOST_7.32-2017.pdf ГОСТ 7.32] (в части форматирования, оформления рисунков, таблиц, списков и т.д.).

Приемка осуществляется через репозиторий на github на базе проекта [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021].

== Демо модели ==

=== Прогноз выходного сигнала коррелятора ===

Производится обработка сигнала Gps L1 C/A, сформированного лабораторным имитатором сигналов, синхронизированным с приемником. Сигнал перенесен с помощью РЧБ NT1065 на промежуточную частоту <math>f_{if} = 8.54</math> МГц и преобразован многоразрядным АЦП с частотой сэмплирования <math>F_d = 99.375</math> МГц. Установленная на имитаторе мощность обеспечивает уровень отношения сигнал/шум <math>27 + N</math> дБГц, где <math>N</math> - номер вариант по журналу.

В приемнике производтся корреляционная обработка сигнала, интервал накопления составляет <math>T = 1</math> мс.

Сигнал имеет сдвиг частоты несущей <math>f_d = 100 N</math> Гц, при этом опорный сигнал коррелятора имеет аналогичный сдвиг <math>f_{d, rep} = f_d</math>. Задержка огибающей известна точно и используется в опорном сигнале <math>\tau = \tau_{rep}</math>.

Задание: Построить на плоскости I,Q вид множества точек корреляционных сумм, полученных в ходе большого (сотни) числа экспериментов.

{{Hider|title = Расчет выходного сигнала коррелятора
|content = <source lang="matlab">
clear all; clc; close all;

N = 30;

Fd = 99.375e6;
Td = 1/Fd;
T = 0.001;
fif = 8.34e6;

fd = 100 * N;
fd_rep = fd;

phi = 10 * N;
phi_rep = 20 * N;

qcno_dB = 27 + N;
qcno = 10^(qcno_dB/10);

stdn = 50/3;
A = sqrt(qcno * Td) * 2 * stdn; % qcno = A^2 / (4 stdn^2 Td)

fprintf('A = %f, stdn = %f\n', A, stdn);

L = fix(T * Fd);
t = (0:(L-1)) * Td;

PRN_Length = 1023;
PRN = (-1).^(rand(1, PRN_Length) > 0.5);

tau = 100500e-6;
tau_rep = tau;

nchip = mod(fix(PRN_Length*(t - tau )/T), PRN_Length) + 1;
nchip_rep = mod(fix(PRN_Length*(t - tau_rep)/T), PRN_Length) + 1;

Gc = PRN(nchip );
Gc_rep = PRN(nchip_rep);

So = A * Gc .* cos(2*pi*fif*t + 2*pi*fd *t + deg2rad(phi) );
S_rep_cos = Gc_rep .* cos(2*pi*fif*t + 2*pi*fd_rep*t + deg2rad(phi_rep));
S_rep_sin = Gc_rep .* sin(2*pi*fif*t + 2*pi*fd_rep*t + deg2rad(phi_rep));

K = 1000; I = nan(1, K); Q = nan(1,K);
for k = 1:K
n = randn(1,L)*stdn;

Gd = (-1).^(rand(1,1) > 0.5);
S = Gd * So;

y = S + n;

I(k) = y * S_rep_cos';
Q(k) = y * S_rep_sin';
end

maxIQ = 1.1*max(abs(I + 1i*Q));

figure(1);
plot(t*1e3, [y; S; A*Gc]);
xlabel('t, ms')
ylabel('y, S');
grid on

figure(2);
plot(I, Q, '*')
hold on
plot([-maxIQ maxIQ], [0 0], 'k');
plot([0 0], [-maxIQ maxIQ], 'k');
quiver(-maxIQ, 0, 2*maxIQ, 0, 1, 'k');
quiver(0, -maxIQ, 0, 2*maxIQ, 1, 'k');
hold off
xlabel('I')
ylabel('Q');
axis equal
grid on

</source>
|hidden = 1
}}

=== ЧАП и ФАП на стат эквивалентах ===

{{Hider|title = Слежение за фазой и частотой
|content = <source lang="matlab">
clear all; clc; close all;

T = 0.010;

Xist = [10;
1];

Xfilt = [0;
0];

Xfilt_FLL = [0;
0];

F = [1 T;
0 1];

Tmod = 10;
K = fix(Tmod / T);

G = [0;
1];

std_ksi = 1.3 * T;
ksi = std_ksi * randn(1, K);

qcno_dB = 45;
qcno = 10^(qcno_dB/10);

stdnIQ = 7;
nI = stdnIQ * randn(1, K);
nQ = stdnIQ * randn(1, K);
A_IQ = sqrt(2*qcno*T) * stdnIQ;

dF_PLL = 20;
Kfilt_PLL = [ 8/3 * dF_PLL * T;
32/9 * dF_PLL^2 * T];

dF_FLL = 3;
Kfilt_FLL = [ 8/3 * dF_FLL * T;
32/9 * dF_FLL^2 * T];

t = (1:K)*T;
phi_ist = nan(1, K);
w_ist = nan(1, K);
phi_filt = nan(1, K);
w_filt = nan(1, K);
phi_filt_FLL = nan(1, K);
w_filt_FLL = nan(1, K);

phi_corr = 0; Iold = 0; Qold = 0;
for k = 1:K
Xist = F * Xist + G * ksi(k);

phi_ist(k) = Xist(1);
w_ist(k) = Xist(2);

% PLL
Xfilt_extr = F*Xfilt;
phi_extr = Xfilt_extr(1);
dPhi = phi_ist(k) - phi_extr;

Q = - A_IQ * sin(dPhi) + nQ(k);
Ud = -Q;
Sd = A_IQ;

Xfilt = Xfilt_extr + Kfilt_PLL * Ud/Sd;

phi_filt(k) = Xfilt(1);
w_filt(k) = Xfilt(2);

% FLL
Xfilt_extr_FLL = F*Xfilt_FLL;
w_extr = Xfilt_extr_FLL(1);
dPhi = phi_ist(k) - phi_corr;
phi_corr = phi_corr + w_extr * T;
dW = w_ist(k) - w_extr;

I = - A_IQ * cos(dPhi) + nI(k);
Q = - A_IQ * sin(dPhi) + nQ(k);
Ud = Q*Iold - I*Qold;
Sd = A_IQ;
Iold = I; Qold = Q;

Xfilt_FLL = Xfilt_extr_FLL + Kfilt_FLL * Ud/Sd;

phi_filt_FLL(k) = phi_corr;
w_filt_FLL(k) = Xfilt_FLL(1);

end

figure(1)
subplot(2,1,1)
plot(t, phi_ist/2/pi, t, phi_filt/2/pi, t, phi_filt_FLL/2/pi)
ylabel('\phi, cycles')
subplot(2,1,2)
plot(t, rad2deg(w_ist), t, rad2deg(w_filt), t, rad2deg(w_filt_FLL))
ylabel('\omega, Hz')
xlabel('t, sec')

</source>
|hidden = 1
}}

== Вопросы к экзамену ==

Экзамен проводится в письменной форме: тест, задача и один экзаменационный вопрос ([[media:Вопросы_экз_АП_СРНС.doc|экзаменационные вопросы]]). При подготовке рекомендуется использовать книги по тематике, [[media:2013_ЭУМК_С3.33_Лекции_АП_СРНС.pdf|конспекты лекций]] и презентации.

== Курсовая работа ==

Название: '''Расчет траектории движения спутника GPS по данным с демодулятора его сигнала'''

Курсовая работа по АП СРНС выполняется во втором семестре. В рамках КР студенты знакомятся с рядом инструментов и техник, используемых при разработке навигационных приемников.

Цель проекта - разработка модулей разбора навигационного сообщения GPS и расчета положения спутника, предназначенных для использования в составе навигационного приемника.

Требования к разрабатываемому программному модулю:
* требования назначения;
* отсутствие утечек памяти;
* малое время выполнения;
* низкий расход памяти;
* корректное выполнение при аномальных входных данных.

Для достижения цели выполняется ряд задач, соответствующих этапам проекта и контрольным мероприятиям:
* разработка модуля разбора символов навигационного сообщения
* расчет положения КА в Matlab/Python и его проверка сторонними сервисами;
* реализация модуля расчета положения КА на С/С++ и его тестирование.

На каждом из этапов действуют следующие правила:
* Взаимодействие осуществляется через github (пул реквесты, комментарии)
* '''Этап сдан тогда, когда принят пул реквест'''

{| class="wikitable"
|+ Варианты заданий:
|-
! Студент !! Номер спутника (варианта) !! Логи !! Примечание
|-
! Антропов Евгений Александрович
| 1 || [[media:2022_KR_01.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Бахолдин Никита Владимирович
| 10 || [[media:2022_KR_10.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Берестнев Владимир Сергеевич
| 13 || [[media:2022_KR_13.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Дубинин Леонид Андреевич
| 15 || [[media:2022_KR_15.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Еловский Никита Станиславович
| 17 || [[media:2022_KR_17.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Иванцова Дарья Николаевна
| 19 || [[media:2022_KR_19.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Капитонов Александр Ильич
| 24 || [[media:2022_KR_24.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Коробков Андрей Юрьевич
| 28 || [[media:2022_KR_28.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Куксин Владислав Александрович
| 30 || [[media:2022_KR_30.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Кусакин Павел Александрович
| || ||
|-
! Ливенцов Василий Александрович
| || ||
|-
! Михайлов Иван Олегович
| || ||
|-
! Муратов Николай Сергеевич
| || ||
|-
! Попов Максим Геннадьевич
| || ||
|-
! Солнцева Милана Константиновна
| || ||
|-
! Танкина Анна Михайловна
| || ||
|-
! Цымбал Григорий Романович
| || ||
|-
! Чепелев Игорь Игоревич
| || ||
|}

=== Этап 1. Обработка логов навигационного приемника ===

'''Дедлайн''': 04.03.21 (устранение замечаний и итоговый мёрдж до 13.03.21)

Конечная цель всего курсового проекта - получить библиотеку функций на Си++, позволяющую рассчитывать положение спутника GPS по данным с демодулятора его сигнала L1 C/A.
На первом этапе реализуем модуль разбора навигационного сообщения до структуры эфемерид, сравним результаты со сторонней программой.

В неизвестной локации установлен навигационный приемник, принимающий сигналы GPS L1C/A и логирующий результаты этого приема в формате [https://navis.ru/downloads/SOFT/NV08C_BINR_Protocol_Specification_V13_ENG_10082012.pdf NVS BINR].
Собранный на пятиминутном интервале файл приложен в архиве под именем BINR.bin, см. таблицу вариантов.
Файл содержит наблюдения псевдодальностей и прочих радионавигационных параметров, демодулированные и разобранные данные навигационного сообщения.

Для удобства студентов данные демодулятора продублированы в текстовый файл in.txt. Каждая строка файла содержит данные одного сабфрейма одного навигационного сигнала в формате:
<source lang="bash">
1 0 013 0R GpsL1CA # 13 212130404 29 125 53 100010111010101010101010001010010111000011001010010111111000101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100
</source>
где ''# 13'' - номер спутника, ''212130404'' порядковый номер сабфрема от старта системы, ''53'' - ID сабфрейма в навигационном сообщении, где в первых трех битах содержится номер сабфрейма в фрейме (5 в данном примере), а далее - номер фрейма в сообщении (6 в данном примере), ''1000101110...'' символы с демодулятора в порядке возрастания времени слева направо.

Требуется:
# Разработать программу, обрабатывающую файл in.txt и выводящую в файл out.txt таблицу эфемерид для спутника согласно варианту [[media:Screenshot_20220215_221319.png|в заданном формате]].
# Обработать файл BINR.bin с помощью программы RTKNAVI из состава RTKLIB. Определить день и место проведения наблюдений, значения эфемерид для спутника согласно номеру варианта (меню открывается в левом нижнем углу экрана по нажатию на квадрат)
# Сравнить полученные таблицы
# Оформить код программы и разместить на Github
# Оформить отчет по этапу и разместить на Github
# Завести Pull Request

Программа должна компилироваться gcc, все входные данные брать из in.txt, весь вывод осуществлять в out.txt.

Работа осуществляется в репозитории на github на базе [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021]. Для этого:
# Завести, если до сих пор нет, аккаунт на github
# Если ранее не сделано, сделать форк проекта [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021] (маленькая кнопка сверху справа в вэб-интерфейсе)
# Установить на рабочем компьютере git (для выполнения последующих этапов удобнее будет сделать это в ОС GNU/Linux, вероятно, на виртуальной машине)
# Клонировать свой форк на рабочий компьютер (<code>git clone https://github.com/MySuperAccount/gnssrecbasics2021.git</code>)
# Промежуточные и итоговые результаты по первому этапу хранить в каталоге processing (<code>git pull; git add <files>; git commit -m "Сделал то-то то-то"; git push</code>)
# По результатам первого этапа завести Pull Request в исходный проект '''в ветку, название которой совпадает с вашей фамилией''' (кнопка наверху в вэб-интерфейсе)
# Устранить все замечания, добиться принятия Pull Request'а.

Этап сдан тогда, когда ваш ПР принят.

=== Этап 2. Моделирование ===

'''Дедлайн''': 13.04.22 (исправления замечаний до 20.04.22)

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 - [http://navipedia.org/index.php/GPS_and_Galileo_Satellite_Coordinates_Computation в системе GPS].

Требуется реализовать на языке Matlab или Python функцию расчета положения спутника GPS на заданный момент по шкале времени UTC.
В качестве эфемерид использовать данные, полученные на предыдущем этапе.

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 суточному интервалу на дне формирования наблюдений, определенном на предыдущем этапе. Допускается использовать одни и те же эфемериды на весь рассматриваемый интервал.

Используя оценку местоположения с предыдущего этапа, построить Sky Plot за указанный временной интервал и сравнить результат с [http://www.trimble.com/gnssplanningonline/ Trimble GNSS Planning Online].

Оформить отчет по результатам этапа:
# Реализация в Matlab или Python (описание модели и её листинг)
# Таблица использованных эфемерид
# Трехмерные графики положений спутника в ECEF и ECI (не забудьте подписать оси, изобразите соответствующую Земле сферу в начале СК)
# Расчётный и полученный в GNSS Planing Online SkyView

Работы по данному этапу осуществляются в каталоге simulation.
Правила приемки этапа те же, что и на первом этапе.

=== Этап 3. Реализация ===

'''Дедлайн''': 11.05.21 (исправления до 18.05.21)

Требуется разработать на языке С/С++ функцию расчета положения спутника GPS на заданное время по шкале UTC, 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 трансцендентного уравнения.

Программный модуль должен сопровождаться unit-тестами (например, используя 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 (например, 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:
# Код реализации
# Вывод тестов, включая анализ времени исполнения
# Вывод проверок на утечку памяти
# Вывод по этапу
# Заключение по проекту

Программа должна компилироваться gcc и использовать в качестве входных данных in.txt с первого этапа.
Результат должен записываться в out.txt в строки формата, определенного на втором этапе.

Работы по третьему этапу следует вести в директории libgpssvpos.

Правила приемки этапа те же.

== Курсовая прошлых лет ==

Задания в [[Курсовой проект АП СРНС 2020|2020]], в [[Курсовая работа АП СРНС 2021|2021]].

[[Категория:АП СРНС (дисциплина)]]

Аппаратура потребителей спутниковых радионавигационных систем (дисциплина)

2022-02-15T19:30:48Z

Korogodin: /* Этап 1. Обработка логов навигационного приемника */

Дисциплина "Аппаратура потребителей спутниковых радионавигационных систем" входит в вариативную часть общенаучного цикла занятий [http://beta.mpei.ru/Education/educationalprograms/rt/Pages/default.aspx 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 [[ЭУМК АП СРНС|электронный учебно-методический комплекс]].

== Календарный план ==

{| class="wikitable"
|-
! Неделя || Даты || Лекция || Лабораторная || Контрольное мероприятие

|- align=center
| 2 || 07.09
| Основы СРНС. [[media:Receivers_Segments.pdf|Сегменты СРНС]]. [[media:Receivers_PosMethods.pdf|Методы позиционирования]].
| [https://goo.gl/forms/R7Vos1KsJ1taqqXo2 Ошибки позиционирования в городских условиях]
|

|- align=center
| 3 || 13.09.21-19.09.21
| Навигационные сигналы.
|
|

|- align=center
| 4 || 20.09.21-26.09.21
| Антенна, МШУ
|
| КМ-1: Модель сигнала ГНСС

|- align=center
| 5 || 27.09.21-03.10.21
| Радиочастотный блок ([[media:20111008_АП_СРНС_Лекция_3_презентация.pdf|Аналогово-цифровое преобразование. Синтезатор частот. План частот АП СРНС.]] )
|
|

|- align=center
| 6 || 04.10.21-10.10.21
| Математическая модель коррелятора ([[media:АП_СРНС_corr.pdf|Статистический эквивалент коррелятора]])
|
| КМ-2: Ошибки позиционирования в городских условиях

|- align=center
| 7 || 11.10.21-17.10.21
| Аппаратная реализация коррелятора ([[media:20111005_АП_СРНС_Лекция_4_презентация.pdf|Принципы построения и структура коррелятора. Цифровой генератор гармонического сигнала и дальномерного кода.]])
|
|

|- align=center
| 8 || 18.10.21-24.10.21
| Следящие системы ([[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_8_презентация.pdf|Система слежения за фазой сигнала. Структурная схема ССФ, дискриминаторы, следящий фильтр.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_9_презентация.pdf|Система слежения за частотой. Структурная схема ССЧ, дискриминаторы, следящий фильтр.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_10_презентация.pdf|Система слежения за задержкой. Структурная схема ССЗ, дискриминаторы, следящий фильтр. Система слежения за задержкой с поддержкой от ФАП. Комплексный фильтр.]])
| [https://goo.gl/XruJBM GNSS Planning]
| КМ-3: Статистический эквивалент коррелятора

|- align=center
| 9 || 25.10.21-31.10.21
| Оценка SNR, детекторы захвата, детекторы CC
|
|

|- align=center
| 10 || 01.11.21-07.11.21
| Обнаружение сигнала. ([[media:20111005_АП_СРНС_Лекция_5_презентация.pdf|Обнаружение сигнала. Алгоритмы, статистические характеристики обнаружения.]])
|
|

|- align=center
| 11 || 08.11.21-14.11.21
| Поиск сигнала ([[media:20111008_АП_СРНС_Лекция_6_презентация.pdf|Поиск сигнала по частоте и задержке. Алгоритмы поиска, быстрый поиск сигнала.]] [[media:20111017_АП_СРНС_Лекция_7_презентация.pdf|Блок быстрого поиска]])
|
|

|- align=center
| 12 || 15.11.21-21.11.21
| Символьная и оверлейная синхронизация 
| [[Исследование_коррелятора_АП_СРНС_ГЛОНАСС_с_помощью_имитационной_модели_(лабораторная_работа)|Исследование коррелятора АП СРНС с помощью имитационной модели]]
| КМ-4: Исследование коррелятора АП СРНС ГЛОНАСС с помощью имитационной модели

|- align=center
| 13 || 22.11.21-28.11.21
| [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_11_презентация.pdf|Демодуляция навигационных данных]]
|
|

|- align=center
| 14 || 29.11.21-05.12.21
| Кадровая синхронизация, [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_12_презентация.pdf|декодирование]], парсинг
|
| КМ-5: Прогнозирование спутникового созвездия

|- align=center
| 15 || 08.12.21-12.12.21
| Формирование измерений, расчет положения спутника
|
|

|- align=center
| 16 || 13.12.21-19.12.21
| Модель наблюдений псевдодальности. [[media:20111128_АП_СРНС_Лекция_14_презентация.pdf|Вторичная обработка измерений. Одношаговый алгоритм решения навигационной задачи.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_16_презентация.pdf|Контроль целостности]]
| Решение навигационной задачи по псевдодальномерным измерениям
| КМ-6: Решение навигационной задачи по псевдодальномерным измерениям

|- align=center
| 17 || 20.12.21-26.12.21
| Помехоустойчивость АП СРНС
|
|

|- align=center
| 18 || 27.12.21-02.01.21
| Зачет
|
|

|}

[[media:АПСРНС_2021_Списки.ods|Журнал успеваемости]].

== Правила аттестации ==

Обязательным условием для получения допуска к экзамену является выполнение всех контрольных мероприятий: сдача двух контрольных и защита 4 лабораторных работ.

При написании отчетов следует опираться на правила оформления [https://mpei.ru/Science/ScienceDocuments/Documents/Polojenie_2018/0_GOST_7.32-2017.pdf ГОСТ 7.32] (в части форматирования, оформления рисунков, таблиц, списков и т.д.).

Приемка осуществляется через репозиторий на github на базе проекта [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021].

== Демо модели ==

=== Прогноз выходного сигнала коррелятора ===

Производится обработка сигнала Gps L1 C/A, сформированного лабораторным имитатором сигналов, синхронизированным с приемником. Сигнал перенесен с помощью РЧБ NT1065 на промежуточную частоту <math>f_{if} = 8.54</math> МГц и преобразован многоразрядным АЦП с частотой сэмплирования <math>F_d = 99.375</math> МГц. Установленная на имитаторе мощность обеспечивает уровень отношения сигнал/шум <math>27 + N</math> дБГц, где <math>N</math> - номер вариант по журналу.

В приемнике производтся корреляционная обработка сигнала, интервал накопления составляет <math>T = 1</math> мс.

Сигнал имеет сдвиг частоты несущей <math>f_d = 100 N</math> Гц, при этом опорный сигнал коррелятора имеет аналогичный сдвиг <math>f_{d, rep} = f_d</math>. Задержка огибающей известна точно и используется в опорном сигнале <math>\tau = \tau_{rep}</math>.

Задание: Построить на плоскости I,Q вид множества точек корреляционных сумм, полученных в ходе большого (сотни) числа экспериментов.

{{Hider|title = Расчет выходного сигнала коррелятора
|content = <source lang="matlab">
clear all; clc; close all;

N = 30;

Fd = 99.375e6;
Td = 1/Fd;
T = 0.001;
fif = 8.34e6;

fd = 100 * N;
fd_rep = fd;

phi = 10 * N;
phi_rep = 20 * N;

qcno_dB = 27 + N;
qcno = 10^(qcno_dB/10);

stdn = 50/3;
A = sqrt(qcno * Td) * 2 * stdn; % qcno = A^2 / (4 stdn^2 Td)

fprintf('A = %f, stdn = %f\n', A, stdn);

L = fix(T * Fd);
t = (0:(L-1)) * Td;

PRN_Length = 1023;
PRN = (-1).^(rand(1, PRN_Length) > 0.5);

tau = 100500e-6;
tau_rep = tau;

nchip = mod(fix(PRN_Length*(t - tau )/T), PRN_Length) + 1;
nchip_rep = mod(fix(PRN_Length*(t - tau_rep)/T), PRN_Length) + 1;

Gc = PRN(nchip );
Gc_rep = PRN(nchip_rep);

So = A * Gc .* cos(2*pi*fif*t + 2*pi*fd *t + deg2rad(phi) );
S_rep_cos = Gc_rep .* cos(2*pi*fif*t + 2*pi*fd_rep*t + deg2rad(phi_rep));
S_rep_sin = Gc_rep .* sin(2*pi*fif*t + 2*pi*fd_rep*t + deg2rad(phi_rep));

K = 1000; I = nan(1, K); Q = nan(1,K);
for k = 1:K
n = randn(1,L)*stdn;

Gd = (-1).^(rand(1,1) > 0.5);
S = Gd * So;

y = S + n;

I(k) = y * S_rep_cos';
Q(k) = y * S_rep_sin';
end

maxIQ = 1.1*max(abs(I + 1i*Q));

figure(1);
plot(t*1e3, [y; S; A*Gc]);
xlabel('t, ms')
ylabel('y, S');
grid on

figure(2);
plot(I, Q, '*')
hold on
plot([-maxIQ maxIQ], [0 0], 'k');
plot([0 0], [-maxIQ maxIQ], 'k');
quiver(-maxIQ, 0, 2*maxIQ, 0, 1, 'k');
quiver(0, -maxIQ, 0, 2*maxIQ, 1, 'k');
hold off
xlabel('I')
ylabel('Q');
axis equal
grid on

</source>
|hidden = 1
}}

=== ЧАП и ФАП на стат эквивалентах ===

{{Hider|title = Слежение за фазой и частотой
|content = <source lang="matlab">
clear all; clc; close all;

T = 0.010;

Xist = [10;
1];

Xfilt = [0;
0];

Xfilt_FLL = [0;
0];

F = [1 T;
0 1];

Tmod = 10;
K = fix(Tmod / T);

G = [0;
1];

std_ksi = 1.3 * T;
ksi = std_ksi * randn(1, K);

qcno_dB = 45;
qcno = 10^(qcno_dB/10);

stdnIQ = 7;
nI = stdnIQ * randn(1, K);
nQ = stdnIQ * randn(1, K);
A_IQ = sqrt(2*qcno*T) * stdnIQ;

dF_PLL = 20;
Kfilt_PLL = [ 8/3 * dF_PLL * T;
32/9 * dF_PLL^2 * T];

dF_FLL = 3;
Kfilt_FLL = [ 8/3 * dF_FLL * T;
32/9 * dF_FLL^2 * T];

t = (1:K)*T;
phi_ist = nan(1, K);
w_ist = nan(1, K);
phi_filt = nan(1, K);
w_filt = nan(1, K);
phi_filt_FLL = nan(1, K);
w_filt_FLL = nan(1, K);

phi_corr = 0; Iold = 0; Qold = 0;
for k = 1:K
Xist = F * Xist + G * ksi(k);

phi_ist(k) = Xist(1);
w_ist(k) = Xist(2);

% PLL
Xfilt_extr = F*Xfilt;
phi_extr = Xfilt_extr(1);
dPhi = phi_ist(k) - phi_extr;

Q = - A_IQ * sin(dPhi) + nQ(k);
Ud = -Q;
Sd = A_IQ;

Xfilt = Xfilt_extr + Kfilt_PLL * Ud/Sd;

phi_filt(k) = Xfilt(1);
w_filt(k) = Xfilt(2);

% FLL
Xfilt_extr_FLL = F*Xfilt_FLL;
w_extr = Xfilt_extr_FLL(1);
dPhi = phi_ist(k) - phi_corr;
phi_corr = phi_corr + w_extr * T;
dW = w_ist(k) - w_extr;

I = - A_IQ * cos(dPhi) + nI(k);
Q = - A_IQ * sin(dPhi) + nQ(k);
Ud = Q*Iold - I*Qold;
Sd = A_IQ;
Iold = I; Qold = Q;

Xfilt_FLL = Xfilt_extr_FLL + Kfilt_FLL * Ud/Sd;

phi_filt_FLL(k) = phi_corr;
w_filt_FLL(k) = Xfilt_FLL(1);

end

figure(1)
subplot(2,1,1)
plot(t, phi_ist/2/pi, t, phi_filt/2/pi, t, phi_filt_FLL/2/pi)
ylabel('\phi, cycles')
subplot(2,1,2)
plot(t, rad2deg(w_ist), t, rad2deg(w_filt), t, rad2deg(w_filt_FLL))
ylabel('\omega, Hz')
xlabel('t, sec')

</source>
|hidden = 1
}}

== Вопросы к экзамену ==

Экзамен проводится в письменной форме: тест, задача и один экзаменационный вопрос ([[media:Вопросы_экз_АП_СРНС.doc|экзаменационные вопросы]]). При подготовке рекомендуется использовать книги по тематике, [[media:2013_ЭУМК_С3.33_Лекции_АП_СРНС.pdf|конспекты лекций]] и презентации.

== Курсовая работа ==

Название: '''Расчет траектории движения спутника GPS по данным с демодулятора его сигнала'''

Курсовая работа по АП СРНС выполняется во втором семестре. В рамках КР студенты знакомятся с рядом инструментов и техник, используемых при разработке навигационных приемников.

Цель проекта - разработка модулей разбора навигационного сообщения GPS и расчета положения спутника, предназначенных для использования в составе навигационного приемника.

Требования к разрабатываемому программному модулю:
* требования назначения;
* отсутствие утечек памяти;
* малое время выполнения;
* низкий расход памяти;
* корректное выполнение при аномальных входных данных.

Для достижения цели выполняется ряд задач, соответствующих этапам проекта и контрольным мероприятиям:
* разработка модуля разбора символов навигационного сообщения
* расчет положения КА в Matlab/Python и его проверка сторонними сервисами;
* реализация модуля расчета положения КА на С/С++ и его тестирование.

На каждом из этапов действуют следующие правила:
* Взаимодействие осуществляется через github (пул реквесты, комментарии)
* '''Этап сдан тогда, когда принят пул реквест'''

{| class="wikitable"
|+ Варианты заданий:
|-
! Студент !! Номер спутника (варианта) !! Логи !! Примечание
|-
! Антропов Евгений Александрович
| 1 || [[media:2022_KR_01.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Бахолдин Никита Владимирович
| 10 || [[media:2022_KR_10.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Берестнев Владимир Сергеевич
| 13 || [[media:2022_KR_13.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Дубинин Леонид Андреевич
| 15 || [[media:2022_KR_15.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Еловский Никита Станиславович
| 17 || [[media:2022_KR_17.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Иванцова Дарья Николаевна
| 19 || [[media:2022_KR_19.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Капитонов Александр Ильич
| 24 || [[media:2022_KR_24.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Коробков Андрей Юрьевич
| 28 || [[media:2022_KR_28.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Куксин Владислав Александрович
| 30 || [[media:2022_KR_30.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Кусакин Павел Александрович
| || ||
|-
! Ливенцов Василий Александрович
| || ||
|-
! Михайлов Иван Олегович
| || ||
|-
! Муратов Николай Сергеевич
| || ||
|-
! Попов Максим Геннадьевич
| || ||
|-
! Солнцева Милана Константиновна
| || ||
|-
! Танкина Анна Михайловна
| || ||
|-
! Цымбал Григорий Романович
| || ||
|-
! Чепелев Игорь Игоревич
| || ||
|}

=== Этап 1. Обработка логов навигационного приемника ===

'''Дедлайн''': 04.03.21 (устранение замечаний и итоговый мёрдж до 13.03.21)

Конечная цель всего курсового проекта - получить библиотеку функций на Си++, позволяющую рассчитывать положение спутника GPS по данным с демодулятора его сигнала L1 C/A.
На первом этапе реализуем модуль разбора навигационного сообщения до структуры эфемерид, сравним результаты со сторонней программой.

В неизвестной локации установлен навигационный приемник, принимающий сигналы GPS L1C/A и логирующий результаты этого приема в формате [https://navis.ru/downloads/SOFT/NV08C_BINR_Protocol_Specification_V13_ENG_10082012.pdf NVS BINR].
Собранный на пятиминутном интервале файл приложен в архиве под именем BINR.bin, см. таблицу вариантов.
Файл содержит наблюдения псевдодальностей и прочих радионавигационных параметров, демодулированные и разобранные данные навигационного сообщения.

Для удобства студентов данные демодулятора продублированы в текстовый файл in.txt. Каждая строка файла содержит данные одного сабфрейма одного навигационного сигнала в формате:
<source lang="bash">
1 0 013 0R GpsL1CA # 13 212130404 29 125 53 100010111010101010101010001010010111000011001010010111111000101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100
</source>
где ''# 13'' - номер спутника, ''212130404'' порядковый номер сабфрема от старта системы, ''53'' - ID сабфрейма в навигационном сообщении, где в первых трех битах содержится номер сабфрейма в фрейме (5 в данном примере), а далее - номер фрейма в сообщении (6 в данном примере), ''1000101110...'' символы с демодулятора в порядке возрастания времени слева направо.

Требуется:
# Разработать программу, обрабатывающую файл in.txt и выводящую в файл out.txt таблицу эфемерид для спутника согласно варианту [[media:Screenshot_20220215_221319.png|в заданном формате]].
# Обработать файл BINR.bin с помощью программы RTKNAVI из состава RTKLIB. Определить день и место проведения наблюдений, значения эфемерид для спутника согласно номеру варианта (меню открывается в левом нижнем углу экрана по нажатию на квадрат)
# Сравнить полученные таблицы
# Оформить код программы и разместить на Github
# Оформить отчет по этапу и разместить на Github
# Завести Pull Request

Работа осуществляется в репозитории на github на базе [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021]. Для этого:
# Завести, если до сих пор нет, аккаунт на github
# Если ранее не сделано, сделать форк проекта [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021] (маленькая кнопка сверху справа в вэб-интерфейсе)
# Установить на рабочем компьютере git (для выполнения последующих этапов удобнее будет сделать это в ОС GNU/Linux, вероятно, на виртуальной машине)
# Клонировать свой форк на рабочий компьютер (<code>git clone https://github.com/MySuperAccount/gnssrecbasics2021.git</code>)
# Промежуточные и итоговые результаты по первому этапу хранить в каталоге processing (<code>git pull; git add <files>; git commit -m "Сделал то-то то-то"; git push</code>)
# По результатам первого этапа завести Pull Request в исходный проект '''в ветку, название которой совпадает с вашей фамилией''' (кнопка наверху в вэб-интерфейсе)
# Устранить все замечания, добиться принятия Pull Request'а.

Этап сдан тогда, когда ваш ПР принят.

=== Этап 2. Моделирование ===

'''Дедлайн''': 13.04.22 (исправления замечаний до 20.04.22)

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 - [http://navipedia.org/index.php/GPS_and_Galileo_Satellite_Coordinates_Computation в системе GPS].

Требуется реализовать на языке Matlab или Python функцию расчета положения спутника GPS на заданный момент по шкале времени UTC.
В качестве эфемерид использовать данные, полученные на предыдущем этапе.

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 суточному интервалу на дне формирования наблюдений, определенном на предыдущем этапе. Допускается использовать одни и те же эфемериды на весь рассматриваемый интервал.

Используя оценку местоположения с предыдущего этапа, построить Sky Plot за указанный временной интервал и сравнить результат с [http://www.trimble.com/gnssplanningonline/ Trimble GNSS Planning Online].

Оформить отчет по результатам этапа:
# Реализация в Matlab или Python (описание модели и её листинг)
# Таблица использованных эфемерид
# Трехмерные графики положений спутника в ECEF и ECI (не забудьте подписать оси, изобразите соответствующую Земле сферу в начале СК)
# Расчётный и полученный в GNSS Planing Online SkyView

Работы по данному этапу осуществляются в каталоге simulation.
Правила приемки этапа те же, что и на первом этапе.

=== Этап 3. Реализация ===

'''Дедлайн''': 11.05.21 (исправления до 18.05.21)

Требуется разработать на языке С/С++ функцию расчета положения спутника GPS на заданное время по шкале UTC, 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 трансцендентного уравнения.

Программный модуль должен сопровождаться unit-тестами (например, используя 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 (например, 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:
# Код реализации
# Вывод тестов, включая анализ времени исполнения
# Вывод проверок на утечку памяти
# Вывод по этапу
# Заключение по проекту

Программа должна компилироваться gcc и использовать в качестве входных данных in.txt с первого этапа.
Результат должен записываться в out.txt в строки формата, определенного на втором этапе.

Работы по третьему этапу следует вести в директории libgpssvpos.

Правила приемки этапа те же.

== Курсовая прошлых лет ==

Задания в [[Курсовой проект АП СРНС 2020|2020]], в [[Курсовая работа АП СРНС 2021|2021]].

[[Категория:АП СРНС (дисциплина)]]

Аппаратура потребителей спутниковых радионавигационных систем (дисциплина)

2022-02-15T19:30:23Z

Korogodin: /* Этап 1. Обработка логов навигационного приемника */

Дисциплина "Аппаратура потребителей спутниковых радионавигационных систем" входит в вариативную часть общенаучного цикла занятий [http://beta.mpei.ru/Education/educationalprograms/rt/Pages/default.aspx 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 [[ЭУМК АП СРНС|электронный учебно-методический комплекс]].

== Календарный план ==

{| class="wikitable"
|-
! Неделя || Даты || Лекция || Лабораторная || Контрольное мероприятие

|- align=center
| 2 || 07.09
| Основы СРНС. [[media:Receivers_Segments.pdf|Сегменты СРНС]]. [[media:Receivers_PosMethods.pdf|Методы позиционирования]].
| [https://goo.gl/forms/R7Vos1KsJ1taqqXo2 Ошибки позиционирования в городских условиях]
|

|- align=center
| 3 || 13.09.21-19.09.21
| Навигационные сигналы.
|
|

|- align=center
| 4 || 20.09.21-26.09.21
| Антенна, МШУ
|
| КМ-1: Модель сигнала ГНСС

|- align=center
| 5 || 27.09.21-03.10.21
| Радиочастотный блок ([[media:20111008_АП_СРНС_Лекция_3_презентация.pdf|Аналогово-цифровое преобразование. Синтезатор частот. План частот АП СРНС.]] )
|
|

|- align=center
| 6 || 04.10.21-10.10.21
| Математическая модель коррелятора ([[media:АП_СРНС_corr.pdf|Статистический эквивалент коррелятора]])
|
| КМ-2: Ошибки позиционирования в городских условиях

|- align=center
| 7 || 11.10.21-17.10.21
| Аппаратная реализация коррелятора ([[media:20111005_АП_СРНС_Лекция_4_презентация.pdf|Принципы построения и структура коррелятора. Цифровой генератор гармонического сигнала и дальномерного кода.]])
|
|

|- align=center
| 8 || 18.10.21-24.10.21
| Следящие системы ([[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_8_презентация.pdf|Система слежения за фазой сигнала. Структурная схема ССФ, дискриминаторы, следящий фильтр.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_9_презентация.pdf|Система слежения за частотой. Структурная схема ССЧ, дискриминаторы, следящий фильтр.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_10_презентация.pdf|Система слежения за задержкой. Структурная схема ССЗ, дискриминаторы, следящий фильтр. Система слежения за задержкой с поддержкой от ФАП. Комплексный фильтр.]])
| [https://goo.gl/XruJBM GNSS Planning]
| КМ-3: Статистический эквивалент коррелятора

|- align=center
| 9 || 25.10.21-31.10.21
| Оценка SNR, детекторы захвата, детекторы CC
|
|

|- align=center
| 10 || 01.11.21-07.11.21
| Обнаружение сигнала. ([[media:20111005_АП_СРНС_Лекция_5_презентация.pdf|Обнаружение сигнала. Алгоритмы, статистические характеристики обнаружения.]])
|
|

|- align=center
| 11 || 08.11.21-14.11.21
| Поиск сигнала ([[media:20111008_АП_СРНС_Лекция_6_презентация.pdf|Поиск сигнала по частоте и задержке. Алгоритмы поиска, быстрый поиск сигнала.]] [[media:20111017_АП_СРНС_Лекция_7_презентация.pdf|Блок быстрого поиска]])
|
|

|- align=center
| 12 || 15.11.21-21.11.21
| Символьная и оверлейная синхронизация 
| [[Исследование_коррелятора_АП_СРНС_ГЛОНАСС_с_помощью_имитационной_модели_(лабораторная_работа)|Исследование коррелятора АП СРНС с помощью имитационной модели]]
| КМ-4: Исследование коррелятора АП СРНС ГЛОНАСС с помощью имитационной модели

|- align=center
| 13 || 22.11.21-28.11.21
| [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_11_презентация.pdf|Демодуляция навигационных данных]]
|
|

|- align=center
| 14 || 29.11.21-05.12.21
| Кадровая синхронизация, [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_12_презентация.pdf|декодирование]], парсинг
|
| КМ-5: Прогнозирование спутникового созвездия

|- align=center
| 15 || 08.12.21-12.12.21
| Формирование измерений, расчет положения спутника
|
|

|- align=center
| 16 || 13.12.21-19.12.21
| Модель наблюдений псевдодальности. [[media:20111128_АП_СРНС_Лекция_14_презентация.pdf|Вторичная обработка измерений. Одношаговый алгоритм решения навигационной задачи.]] [[media:20111215_АП_СРНС_Лекция_16_презентация.pdf|Контроль целостности]]
| Решение навигационной задачи по псевдодальномерным измерениям
| КМ-6: Решение навигационной задачи по псевдодальномерным измерениям

|- align=center
| 17 || 20.12.21-26.12.21
| Помехоустойчивость АП СРНС
|
|

|- align=center
| 18 || 27.12.21-02.01.21
| Зачет
|
|

|}

[[media:АПСРНС_2021_Списки.ods|Журнал успеваемости]].

== Правила аттестации ==

Обязательным условием для получения допуска к экзамену является выполнение всех контрольных мероприятий: сдача двух контрольных и защита 4 лабораторных работ.

При написании отчетов следует опираться на правила оформления [https://mpei.ru/Science/ScienceDocuments/Documents/Polojenie_2018/0_GOST_7.32-2017.pdf ГОСТ 7.32] (в части форматирования, оформления рисунков, таблиц, списков и т.д.).

Приемка осуществляется через репозиторий на github на базе проекта [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021].

== Демо модели ==

=== Прогноз выходного сигнала коррелятора ===

Производится обработка сигнала Gps L1 C/A, сформированного лабораторным имитатором сигналов, синхронизированным с приемником. Сигнал перенесен с помощью РЧБ NT1065 на промежуточную частоту <math>f_{if} = 8.54</math> МГц и преобразован многоразрядным АЦП с частотой сэмплирования <math>F_d = 99.375</math> МГц. Установленная на имитаторе мощность обеспечивает уровень отношения сигнал/шум <math>27 + N</math> дБГц, где <math>N</math> - номер вариант по журналу.

В приемнике производтся корреляционная обработка сигнала, интервал накопления составляет <math>T = 1</math> мс.

Сигнал имеет сдвиг частоты несущей <math>f_d = 100 N</math> Гц, при этом опорный сигнал коррелятора имеет аналогичный сдвиг <math>f_{d, rep} = f_d</math>. Задержка огибающей известна точно и используется в опорном сигнале <math>\tau = \tau_{rep}</math>.

Задание: Построить на плоскости I,Q вид множества точек корреляционных сумм, полученных в ходе большого (сотни) числа экспериментов.

{{Hider|title = Расчет выходного сигнала коррелятора
|content = <source lang="matlab">
clear all; clc; close all;

N = 30;

Fd = 99.375e6;
Td = 1/Fd;
T = 0.001;
fif = 8.34e6;

fd = 100 * N;
fd_rep = fd;

phi = 10 * N;
phi_rep = 20 * N;

qcno_dB = 27 + N;
qcno = 10^(qcno_dB/10);

stdn = 50/3;
A = sqrt(qcno * Td) * 2 * stdn; % qcno = A^2 / (4 stdn^2 Td)

fprintf('A = %f, stdn = %f\n', A, stdn);

L = fix(T * Fd);
t = (0:(L-1)) * Td;

PRN_Length = 1023;
PRN = (-1).^(rand(1, PRN_Length) > 0.5);

tau = 100500e-6;
tau_rep = tau;

nchip = mod(fix(PRN_Length*(t - tau )/T), PRN_Length) + 1;
nchip_rep = mod(fix(PRN_Length*(t - tau_rep)/T), PRN_Length) + 1;

Gc = PRN(nchip );
Gc_rep = PRN(nchip_rep);

So = A * Gc .* cos(2*pi*fif*t + 2*pi*fd *t + deg2rad(phi) );
S_rep_cos = Gc_rep .* cos(2*pi*fif*t + 2*pi*fd_rep*t + deg2rad(phi_rep));
S_rep_sin = Gc_rep .* sin(2*pi*fif*t + 2*pi*fd_rep*t + deg2rad(phi_rep));

K = 1000; I = nan(1, K); Q = nan(1,K);
for k = 1:K
n = randn(1,L)*stdn;

Gd = (-1).^(rand(1,1) > 0.5);
S = Gd * So;

y = S + n;

I(k) = y * S_rep_cos';
Q(k) = y * S_rep_sin';
end

maxIQ = 1.1*max(abs(I + 1i*Q));

figure(1);
plot(t*1e3, [y; S; A*Gc]);
xlabel('t, ms')
ylabel('y, S');
grid on

figure(2);
plot(I, Q, '*')
hold on
plot([-maxIQ maxIQ], [0 0], 'k');
plot([0 0], [-maxIQ maxIQ], 'k');
quiver(-maxIQ, 0, 2*maxIQ, 0, 1, 'k');
quiver(0, -maxIQ, 0, 2*maxIQ, 1, 'k');
hold off
xlabel('I')
ylabel('Q');
axis equal
grid on

</source>
|hidden = 1
}}

=== ЧАП и ФАП на стат эквивалентах ===

{{Hider|title = Слежение за фазой и частотой
|content = <source lang="matlab">
clear all; clc; close all;

T = 0.010;

Xist = [10;
1];

Xfilt = [0;
0];

Xfilt_FLL = [0;
0];

F = [1 T;
0 1];

Tmod = 10;
K = fix(Tmod / T);

G = [0;
1];

std_ksi = 1.3 * T;
ksi = std_ksi * randn(1, K);

qcno_dB = 45;
qcno = 10^(qcno_dB/10);

stdnIQ = 7;
nI = stdnIQ * randn(1, K);
nQ = stdnIQ * randn(1, K);
A_IQ = sqrt(2*qcno*T) * stdnIQ;

dF_PLL = 20;
Kfilt_PLL = [ 8/3 * dF_PLL * T;
32/9 * dF_PLL^2 * T];

dF_FLL = 3;
Kfilt_FLL = [ 8/3 * dF_FLL * T;
32/9 * dF_FLL^2 * T];

t = (1:K)*T;
phi_ist = nan(1, K);
w_ist = nan(1, K);
phi_filt = nan(1, K);
w_filt = nan(1, K);
phi_filt_FLL = nan(1, K);
w_filt_FLL = nan(1, K);

phi_corr = 0; Iold = 0; Qold = 0;
for k = 1:K
Xist = F * Xist + G * ksi(k);

phi_ist(k) = Xist(1);
w_ist(k) = Xist(2);

% PLL
Xfilt_extr = F*Xfilt;
phi_extr = Xfilt_extr(1);
dPhi = phi_ist(k) - phi_extr;

Q = - A_IQ * sin(dPhi) + nQ(k);
Ud = -Q;
Sd = A_IQ;

Xfilt = Xfilt_extr + Kfilt_PLL * Ud/Sd;

phi_filt(k) = Xfilt(1);
w_filt(k) = Xfilt(2);

% FLL
Xfilt_extr_FLL = F*Xfilt_FLL;
w_extr = Xfilt_extr_FLL(1);
dPhi = phi_ist(k) - phi_corr;
phi_corr = phi_corr + w_extr * T;
dW = w_ist(k) - w_extr;

I = - A_IQ * cos(dPhi) + nI(k);
Q = - A_IQ * sin(dPhi) + nQ(k);
Ud = Q*Iold - I*Qold;
Sd = A_IQ;
Iold = I; Qold = Q;

Xfilt_FLL = Xfilt_extr_FLL + Kfilt_FLL * Ud/Sd;

phi_filt_FLL(k) = phi_corr;
w_filt_FLL(k) = Xfilt_FLL(1);

end

figure(1)
subplot(2,1,1)
plot(t, phi_ist/2/pi, t, phi_filt/2/pi, t, phi_filt_FLL/2/pi)
ylabel('\phi, cycles')
subplot(2,1,2)
plot(t, rad2deg(w_ist), t, rad2deg(w_filt), t, rad2deg(w_filt_FLL))
ylabel('\omega, Hz')
xlabel('t, sec')

</source>
|hidden = 1
}}

== Вопросы к экзамену ==

Экзамен проводится в письменной форме: тест, задача и один экзаменационный вопрос ([[media:Вопросы_экз_АП_СРНС.doc|экзаменационные вопросы]]). При подготовке рекомендуется использовать книги по тематике, [[media:2013_ЭУМК_С3.33_Лекции_АП_СРНС.pdf|конспекты лекций]] и презентации.

== Курсовая работа ==

Название: '''Расчет траектории движения спутника GPS по данным с демодулятора его сигнала'''

Курсовая работа по АП СРНС выполняется во втором семестре. В рамках КР студенты знакомятся с рядом инструментов и техник, используемых при разработке навигационных приемников.

Цель проекта - разработка модулей разбора навигационного сообщения GPS и расчета положения спутника, предназначенных для использования в составе навигационного приемника.

Требования к разрабатываемому программному модулю:
* требования назначения;
* отсутствие утечек памяти;
* малое время выполнения;
* низкий расход памяти;
* корректное выполнение при аномальных входных данных.

Для достижения цели выполняется ряд задач, соответствующих этапам проекта и контрольным мероприятиям:
* разработка модуля разбора символов навигационного сообщения
* расчет положения КА в Matlab/Python и его проверка сторонними сервисами;
* реализация модуля расчета положения КА на С/С++ и его тестирование.

На каждом из этапов действуют следующие правила:
* Взаимодействие осуществляется через github (пул реквесты, комментарии)
* '''Этап сдан тогда, когда принят пул реквест'''

{| class="wikitable"
|+ Варианты заданий:
|-
! Студент !! Номер спутника (варианта) !! Логи !! Примечание
|-
! Антропов Евгений Александрович
| 1 || [[media:2022_KR_01.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Бахолдин Никита Владимирович
| 10 || [[media:2022_KR_10.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Берестнев Владимир Сергеевич
| 13 || [[media:2022_KR_13.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Дубинин Леонид Андреевич
| 15 || [[media:2022_KR_15.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Еловский Никита Станиславович
| 17 || [[media:2022_KR_17.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Иванцова Дарья Николаевна
| 19 || [[media:2022_KR_19.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Капитонов Александр Ильич
| 24 || [[media:2022_KR_24.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Коробков Андрей Юрьевич
| 28 || [[media:2022_KR_28.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Куксин Владислав Александрович
| 30 || [[media:2022_KR_30.tar.gz|tar.gz]] ||
|-
! Кусакин Павел Александрович
| || ||
|-
! Ливенцов Василий Александрович
| || ||
|-
! Михайлов Иван Олегович
| || ||
|-
! Муратов Николай Сергеевич
| || ||
|-
! Попов Максим Геннадьевич
| || ||
|-
! Солнцева Милана Константиновна
| || ||
|-
! Танкина Анна Михайловна
| || ||
|-
! Цымбал Григорий Романович
| || ||
|-
! Чепелев Игорь Игоревич
| || ||
|}

=== Этап 1. Обработка логов навигационного приемника ===

'''Дедлайн''': 04.03.21 (устранение замечаний и итоговый мёрдж до 13.03.21)

Конечная цель всего курсового проекта - получить библиотеку функций на Си++, позволяющую рассчитывать положение спутника GPS по данным с демодулятора его сигнала L1 C/A.
На первом этапе реализуем модуль разбора навигационного сообщения до структуры эфемерид, сравним результаты со сторонней программой.

В неизвестной локации установлен навигационный приемник, принимающий сигналы GPS L1C/A и логирующий результаты этого приема в формате [https://navis.ru/downloads/SOFT/NV08C_BINR_Protocol_Specification_V13_ENG_10082012.pdf NVS BINR].
Собранный на пятиминутном интервале файл приложен в архиве под именем BINR.bin, см. таблицу вариантов.
Файл содержит наблюдения псевдодальностей и прочих радионавигационных параметров, демодулированные и разобранные данные навигационного сообщения.

Для удобства студентов данные демодулятора продублированы в текстовый файл in.txt. Каждая строка файла содержит данные одного сабфрейма одного навигационного сигнала в формате:
<source lang="bash">
1 0 013 0R GpsL1CA # 13 212130404 29 125 53 100010111010101010101010001010010111000011001010010111111000101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100101010101010101010101010111100
</source>
где ''# 13'' - номер спутника, ``212130404`` порядковый номер сабфрема от старта системы, ``53`` - ID сабфрейма в навигационном сообщении, где в первых трех битах содержится номер сабфрейма в фрейме (5 в данном примере), а далее - номер фрейма в сообщении (6 в данном примере), ''1000101110...'' символы с демодулятора в порядке возрастания времени слева направо.

Требуется:
# Разработать программу, обрабатывающую файл in.txt и выводящую в файл out.txt таблицу эфемерид для спутника согласно варианту [[media:Screenshot_20220215_221319.png|в заданном формате]].
# Обработать файл BINR.bin с помощью программы RTKNAVI из состава RTKLIB. Определить день и место проведения наблюдений, значения эфемерид для спутника согласно номеру варианта (меню открывается в левом нижнем углу экрана по нажатию на квадрат)
# Сравнить полученные таблицы
# Оформить код программы и разместить на Github
# Оформить отчет по этапу и разместить на Github
# Завести Pull Request

Работа осуществляется в репозитории на github на базе [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021]. Для этого:
# Завести, если до сих пор нет, аккаунт на github
# Если ранее не сделано, сделать форк проекта [https://github.com/Korogodin/gnssrecbasics2021 gnssrecbasics2021] (маленькая кнопка сверху справа в вэб-интерфейсе)
# Установить на рабочем компьютере git (для выполнения последующих этапов удобнее будет сделать это в ОС GNU/Linux, вероятно, на виртуальной машине)
# Клонировать свой форк на рабочий компьютер (<code>git clone https://github.com/MySuperAccount/gnssrecbasics2021.git</code>)
# Промежуточные и итоговые результаты по первому этапу хранить в каталоге processing (<code>git pull; git add <files>; git commit -m "Сделал то-то то-то"; git push</code>)
# По результатам первого этапа завести Pull Request в исходный проект '''в ветку, название которой совпадает с вашей фамилией''' (кнопка наверху в вэб-интерфейсе)
# Устранить все замечания, добиться принятия Pull Request'а.

Этап сдан тогда, когда ваш ПР принят.

=== Этап 2. Моделирование ===

'''Дедлайн''': 13.04.22 (исправления замечаний до 20.04.22)

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 - [http://navipedia.org/index.php/GPS_and_Galileo_Satellite_Coordinates_Computation в системе GPS].

Требуется реализовать на языке Matlab или Python функцию расчета положения спутника GPS на заданный момент по шкале времени UTC.
В качестве эфемерид использовать данные, полученные на предыдущем этапе.

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 суточному интервалу на дне формирования наблюдений, определенном на предыдущем этапе. Допускается использовать одни и те же эфемериды на весь рассматриваемый интервал.

Используя оценку местоположения с предыдущего этапа, построить Sky Plot за указанный временной интервал и сравнить результат с [http://www.trimble.com/gnssplanningonline/ Trimble GNSS Planning Online].

Оформить отчет по результатам этапа:
# Реализация в Matlab или Python (описание модели и её листинг)
# Таблица использованных эфемерид
# Трехмерные графики положений спутника в ECEF и ECI (не забудьте подписать оси, изобразите соответствующую Земле сферу в начале СК)
# Расчётный и полученный в GNSS Planing Online SkyView

Работы по данному этапу осуществляются в каталоге simulation.
Правила приемки этапа те же, что и на первом этапе.

=== Этап 3. Реализация ===

'''Дедлайн''': 11.05.21 (исправления до 18.05.21)

Требуется разработать на языке С/С++ функцию расчета положения спутника GPS на заданное время по шкале UTC, 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 трансцендентного уравнения.

Программный модуль должен сопровождаться unit-тестами (например, используя 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 (например, 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:
# Код реализации
# Вывод тестов, включая анализ времени исполнения
# Вывод проверок на утечку памяти
# Вывод по этапу
# Заключение по проекту

Программа должна компилироваться gcc и использовать в качестве входных данных in.txt с первого этапа.
Результат должен записываться в out.txt в строки формата, определенного на втором этапе.

Работы по третьему этапу следует вести в директории libgpssvpos.

Правила приемки этапа те же.

== Курсовая прошлых лет ==

Задания в [[Курсовой проект АП СРНС 2020|2020]], в [[Курсовая работа АП СРНС 2021|2021]].

[[Категория:АП СРНС (дисциплина)]]