جهاز استقبال GNSS المعرف بالبرمجيات

جهاز استقبال GNSS البرمجي هو جهاز استقبال لنظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) تم تصميمه وتنفيذه باستخدام محطات راديو معرفة بالبرمجيات .

جهاز استقبال نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) هو جهاز إلكتروني يستقبل ويعالج الإشارات رقميًا من كوكبة أقمار الملاحة لتوفير الموقع والسرعة والوقت (للجهاز).

لطالما تم تنفيذ أجهزة استقبال GNSS في الأجهزة: يتم تصور جهاز استقبال GNSS المادي على أنه شريحة مخصصة تم تصميمها وبناؤها (من البداية) لغرض وحيد هو أن يكون جهاز استقبال GNSS.

في جهاز استقبال نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) البرمجي، تتم جميع عمليات المعالجة الرقمية بواسطة معالج دقيق متعدد الأغراض . في هذا النهج، لا تزال هناك حاجة إلى كمية صغيرة من الأجهزة منخفضة التكلفة، تُعرف باسم الواجهة الأمامية ، والتي تقوم بتحويل الإشارة من الأقمار الصناعية إلى بيانات رقمية. بعد ذلك، يمكن للمعالج الدقيق معالجة هذا التدفق الرقمي الخام لتنفيذ وظائف نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية.

أجهزة استقبال نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) مقابل البرامج

عند مقارنة أجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GNSS) المادية مقابل البرامج ، يمكن إيجاد عدد من المزايا والعيوب لكل نهج:

تعتبر أجهزة استقبال GNSS المادية بشكل عام أكثر كفاءة من حيث كل من الحمل الحسابي واستهلاك الطاقة لأنها مصممة بطريقة متخصصة للغاية لغرض وحيد هو تنفيذ معالجة GNSS.
تتيح أجهزة استقبال نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) البرمجية مرونة فائقة، إذ يمكن تعديل العديد من خصائصها عبر البرمجيات فقط. وهذا يمنحها قدرات تكيفية تتناسب مع احتياجات المستخدم وظروف العمل. إضافةً إلى ذلك، يمكن ترقية الجهاز بسهولة عبر البرمجيات. ^{[ 1 ]}
في ظل بعض الافتراضات، قد تكون أجهزة استقبال نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) البرمجية أكثر جدوى لبعض التطبيقات، شريطة توفر قدرة حاسوبية كافية (وإمكانية مشاركتها بين تطبيقات متعددة). على سبيل المثال، يمكن استخدام المعالج الدقيق للهاتف الذكي لتوفير نظام الملاحة GNSS، مع الحاجة فقط إلى تضمين واجهة أمامية (بدلاً من جهاز استقبال مادي كامل وأكثر تكلفة).

لا يزال معظم سوق أجهزة استقبال نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) يعتمد على الأجهزة . ومع ذلك، توجد بالفعل حلول تشغيلية تعتمد على البرمجيات، قادرة على العمل على معالجات دقيقة منخفضة التكلفة. ومن المتوقع أن تزيد أجهزة استقبال نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية البرمجية حصتها السوقية، أو حتى أن تستحوذ على السوق بالكامل في المستقبل القريب، وذلك تبعًا لتطور القدرات الحسابية للمعالجات الدقيقة ( قانون مور ).

مقارنة تطبيقات GNSS SDR

شركة غاليليو للملاحة عبر الأقمار الصناعية المحدودة - GSN :
- نموذج العمل - ترخيص أساسي للملكية الفكرية + حقوق الملكية
- تطوير
  - لغة البرمجة: سي
  - واجهة المستخدم - NMEA
- دعم الأجهزة:
  - المنصات
    - جهاز كمبيوتر - ويندوز
    - جهاز كمبيوتر - لينكس
    - عائلة سيڤا - إكس سي
    - CEVA - TL3/4
    - كادنس (تينسيليكا) - BBE16/32
  - RF FE
    - ماكسيم
    - NEC
- دعم إشارات GNSS/SBAS:
  - نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) : L1/CA،
  - غلوناس : جي 1
  - غاليليو : E1،
  - بيدو : B1
  - SBAS
  - QZSS : L1/CA
- سمات:
  - الاستحواذ: نعم
  - التتبع: نعم
  - توليد نطاق رصد زائف: نعم
  - فك تشفير بيانات الملاحة: نعم
  - تقدير الموقع: نعم
  - الحد الأقصى لعدد القنوات التي تم عرضها في الوقت الفعلي: 16 قناة/نظام
  - مُرتبط متعدد: نعم
  - تسجيل بيانات العينة: نعم
SX3 (سابقًا SX-NSR)
- معلومات عامة:
  - المنشور: https://gpsworld.com/software-gnss-receiver-an-answer-for-precise-positioning-research
- تطوير:
  - لغة البرمجة: C++
  - واجهة المستخدم (لا شيء، سطر الأوامر ، واجهة المستخدم الرسومية ): سطر الأوامر، واجهة المستخدم الرسومية
  - قيد التطوير النشط (حتى تاريخه): نعم (17 مارس 2016)
  - الجهة المنظمة/الراعية: IfEN GmbH، ألمانيا
  - أحدث إصدار (الرقم التسلسلي والتاريخ): الإصدار 3.2.1، مارس 2016
  - الإصدار الأول (الرقم التسلسلي والتاريخ): الإصدار 1.0، مارس 2007
- دعم الأجهزة:
  - الواجهات الأمامية: NavPort، NavPort-4، واجهة SX3 الأمامية
  - الأجهزة الخاصة المدعومة للحاسوب المضيف: SIMD (SSE2، SSSE3)، CUDA
  - يدعم المعالجات المتعددة: نعم
- دعم إشارات GNSS/SBAS:
  - نظام تحديد المواقع : L1CA، L2C، L2P (بدون كود)، L5
  - نظام غلوناس : G1، G2
  - جاليليو : E1، E5a، E5b، E5ab (AltBOC)، E6
  - بيدو : B1، B2
  - SBAS : EGNOS
  - QZSS : L110CAdieyure
  - IRNSS : L5، النطاق S
- سمات:
  - الاستحواذ: نعم (باستخدام عدة خوارزميات)
  - التتبع: نعم (باستخدام عدة خوارزميات)
  - توليد نطاق رصد زائف: نعم
  - توليد متغير قابل للملاحظة في طور الموجة الحاملة: نعم
  - فك تشفير بيانات الملاحة: نعم
  - محلل الطيف: نعم
  - تقدير الموقع: نعم
  - تم عرض الحد الأقصى لعدد القنوات في الوقت الحقيقي: 490 (قنوات GPS L1 C/A بمعدل أخذ عينات 20 ميجاهرتز، 3 مترابطات لكل قناة، معالج INTEL Core i7-4970K (غير مُعزز السرعة))
  - واجهة برمجة التطبيقات: نعم
  - دعم الهوائي المزدوج: نعم
  - مراقبة الوميض: نعم
  - مُرتبط متعدد: نعم
  - تسجيل بيانات العينة: نعم
  - تخفيف تأثيرات تعدد المسارات : نعم (باستخدام عدة خوارزميات)
GNSS-SDRLIB
- معلومات عامة:
  - النشر:
  - رخصة البرمجيات : رخصة جنو العمومية العامة 2+
- تطوير:
  - لغة البرمجة: سي
  - واجهة المستخدم (لا شيء، سطر الأوامر ، واجهة المستخدم الرسومية ): سطر الأوامر، واجهة المستخدم الرسومية.
  - عدد المطورين: 1؟
  - قيد التطوير النشط (حتى تاريخه): نعم (25 سبتمبر 2013)
  - الجهة المنظمة/الراعية: جامعة طوكيو للعلوم والتكنولوجيا البحرية، اليابان
  - أحدث إصدار (الرقم والتاريخ):
  - الإصدار الأول (الرقم والتاريخ):
- دعم الأجهزة:
  - الواجهات الأمامية: NSL STEREO v2 و SiGe GN3S Sampler v3
  - الأجهزة الخاصة المدعومة للحاسوب المضيف: SIMD (SSE2 و AVX)
  - هل يدعم المعالجات المتعددة؟
- دعم إشارات GNSS/SBAS:
  - نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) : L1CA، L1C، L2C، L5
  - نظام غلوناس : G1، G2
  - غاليليو : E1، E5a، E5b
  - بيدو : B1
  - QZSS : LEX
- سمات:
  - الاستحواذ: نعم
  - التتبع: نعم
  - توليد نطاق زائف: نعم
  - فك تشفير بيانات الملاحة: نعم
  - تحليل الطيف: نعم
  - تقدير الموقع: نعم (عبر RTKLIB)
  - الحد الأقصى لعدد القنوات التي تم عرضها في الوقت الفعلي: ؟
أراميس (المعروفة سابقًا باسم iPRx)
- الإصدارات:
  - نسخة أكاديمية مجانية
  - جهاز استقبال مراقبة التلألؤ الأيوني
  - نسخة البحث والتطوير
- معلومات عامة:
  - المنشور: http://www.cambridge.org/us/academic/subjects/engineering/communications-and-signal-processing/digital-satellite-navigation-and-geophysics-practical-guide-gnss-signal-simulator-and-receiver-laboratory
- تطوير:
  - لغة البرمجة: C++
  - واجهة المستخدم : واجهة المستخدم الرسومية
  - قيد التطوير النشط (حتى تاريخه): نعم (نوفمبر 2014)
  - الجهة المنشئة/الراعية: شركة آي بي سوليوشنز، اليابان، وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (جاكسا)، اليابان
  - آخر إصدار (النسخة والتاريخ): فبراير 2018
  - الإصدار الأول (النسخة والتاريخ): أبريل 2008
- دعم الأجهزة:
  - الواجهات الأمامية: إيجل، إف إي إم، سيمسيفير
  - يدعم المعالجات المتعددة: نعم
- دعم إشارات GNSS/SBAS:
  - نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) : L1CA، L2C
  - بيدو B1، B2
  - نظام غلوناس : G1، G2، G3
  - غاليليو : E1
  - IRNSS: L5، S
  - QZSS : L1CA
  - SBAS
- سمات:
  - الاستحواذ: نعم
  - التتبع: نعم
  - توليد نطاق رصد زائف: نعم
  - توليد متغير قابل للملاحظة في طور الموجة الحاملة: نعم
  - فك تشفير بيانات الملاحة: نعم
  - تقدير الموقع: نعم
  - الحد الأقصى لعدد القنوات في الوقت الحقيقي : 60 (5 مُرابطات لكل قناة)
  - واجهة برمجة التطبيقات: نعم
  - دعم الهوائي المزدوج: نعم، للواجهة الأمامية FEM
  - مُرتبط متعدد: نعم
  - تسجيل بيانات العينة: نعم
SoftGNSS v3.0 (المعروف أيضًا باسم SoftGPS)
- معلومات عامة:
  - رقم النشر: https://www.springer.com/birkhauser/engineering/book/978-0-8176-4390-4
  - شفرة المصدر: مرفقة بالكتاب
  - رخصة البرنامج : GPL الإصدار 2
  - جهاز استقبال برمجيات GNSS غير فوري (معالجة لاحقة)
- تطوير:
  - لغة البرمجة: MATLAB
  - واجهة المستخدم (لا شيء، سطر الأوامر ، واجهة المستخدم الرسومية ): سطر الأوامر وواجهة المستخدم الرسومية
  - عدد المطورين: 4 (على طول المشروع)
  - قيد التطوير النشط (حتى تاريخه): نسخة عامة - لا، نسخ غير عامة - نعم (30 سبتمبر 2013)
- دعم الأجهزة:
  - الواجهة الأمامية: SiGe GN3S Sampler v1 (في إصدار SDR الأصلي وبرنامج التشغيل). تتطلب تسجيلات الإشارة الصادرة من إصدارات أخرى من Sampler أو واجهات أمامية أخرى تغييرات في التكوين، وفي بعض الحالات تغييرات طفيفة في التعليمات البرمجية.
  - الأجهزة الخاصة المدعومة من قبل الحاسوب المضيف: لا
  - هل يدعم المعالجات المتعددة؟: لا
- دعم إشارات GNSS/SBAS (إصدار منفصل لكل نطاق من نطاقات GNSS):
  - نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) : L1CA
- سمات:
  - الاستحواذ: نعم
  - التتبع: نعم
  - توليد نطاق رصد زائف: نعم
  - توليد متغير طور حامل الموجة: لا
  - فك تشفير بيانات الملاحة: نعم
  - تقدير الموقع: نعم
GNSS-SDR ، جهاز استقبال برمجيات مفتوح المصدر لنظام تحديد المواقع العالمي (GNSS)
- معلومات عامة:
  - رخصة البرنامج : GPL الإصدار 3
- تطوير:
  - لغة البرمجة: C++
  - واجهة المستخدم (لا شيء، سطر الأوامر ، واجهة المستخدم الرسومية ): سطر الأوامر.
  - عدد المطورين: 26 (على طول المشروع)
  - قيد التطوير النشط (حتى تاريخه): نعم (8 يناير 2021)
  - المنظمة المُنشئة/الراعية: Center Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya
  - أحدث إصدار (الرقم التسلسلي والتاريخ): 0.0.14 (يناير 2021)
  - الإصدار الأول (الرقم والتاريخ): 11 مارس 2011، أول عملية دمج في نظام SVN
- دعم الأجهزة:
  - الواجهات الأمامية: متوافقة مع UHD ( عائلة USRP )، متوافقة مع OsmoSDR (وحدات USB القائمة على RTL2832، وbladeRF، وHackRF One)، وSiGe GN3S Sampler v2، وAD-FMCOMMS2-EBZ
  - الأجهزة الخاصة المدعومة للحاسوب المضيف: SIMD (عبر VOLK و VOLK_GNSSSDR)، CUDA
  - هل يدعم المعالجات المتعددة؟: نعم
- دعم إشارات GNSS/SBAS:
  - نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) : L1CA، L2C، L5
  - نظام غلوناس : L1SP، L2SP
  - غاليليو : E1b، E1c، E5a
  - بيدو: B1I، B3I
  - SBAS : EGNOS
- سمات:
  - الاستحواذ: نعم (باستخدام عدة خوارزميات)
  - التتبع: نعم (باستخدام عدة خوارزميات)
  - توليد نطاق رصد زائف: نعم
  - توليد متغير قابل للملاحظة في طور الموجة الحاملة: نعم
  - فك تشفير بيانات الملاحة: نعم
  - تقدير الموقع: نعم
  - تم عرض الحد الأقصى لعدد القنوات في الوقت الفعلي: > 100
  - تنسيقات الإخراج: RINEX ، KML ، GPX ، GeoJSON ، NMEA ، RTCM ، يتم تخزين النتائج الوسيطة في ملفات .mat ثنائية قابلة للقراءة من MATLAB و Octave ، ومن Python عبر h5py.
جهاز GRID ، جهاز التداخل الإشعاعي الملاحي المعمم
- معلومات عامة:
  - رخصة البرنامج : تجارية
  - منشور: نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية المعرف بالبرمجيات جاهز للإطلاق
  - للتواصل: مختبر الملاحة الراديوية ، لوكاس لوك
- تطوير:
  - لغة البرمجة: C++
  - المنصات: لينكس، ويندوز، ماك أو إس
  - واجهة المستخدم (لا شيء، سطر الأوامر ، واجهة المستخدم الرسومية ): سطر الأوامر.
  - عدد المطورين: 15 (على طول المشروع)
  - قيد التطوير النشط (حتى تاريخه): نعم (28 أبريل 2023)
  - الجهة المنظمة/الراعية: جامعة تكساس في أوستن
  - أحدث إصدار (النسخة والتاريخ): الإصدار السنوي لعام 2022
  - الإصدار الأول (النسخة والتاريخ): 1 يوليو 2008
- دعم الأجهزة:
  - واجهات المستخدم: العديد منها، ومن الناحية العملية، أي منها.
  - الأجهزة الخاصة المدعومة للحاسوب المضيف: Intel SIMD (SSE2 حتى AVX-512)، ARM NEON (64 بت و 128 بت)
  - هل يدعم المعالجات المتعددة؟: نعم
- دعم إشارات GNSS/SBAS:
  - نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) : L1CA، L2C، L5
  - غاليليو : E1b، E1c، E5a
  - QZSS : L1CA
  - SBAS : WAAS L1
- سمات:
  - الاستحواذ: نعم (باستخدام عدة خوارزميات)
  - التتبع: نعم (باستخدام عدة خوارزميات)
  - توليد نطاق رصد زائف: نعم
  - توليد متغير قابل للملاحظة في طور الموجة الحاملة: نعم
  - فك تشفير بيانات الملاحة: نعم
  - تقدير الموقع: نعم
  - هوائيات متعددة: نعم
  - الحركة في الوقت الحقيقي: نعم، يمكن لـ GRID أن تعمل كمحطة أساسية أو جهاز متنقل بتقنية RTK مع دعم الشبكة المتكامل، وتقدير RTK عند دمجها مع PpEngine (متوفر من خلال ترخيص منفصل).
  - التصحيحات التفاضلية: نعم، CNAV وSBAS
  - الحد الأقصى لعدد القنوات في الوقت الحقيقي: يعتمد على الأجهزة، 30 على Raspberry Pi 1، وأكثر من 100 على معظم أجهزة الكمبيوتر المكتبية.
  - تنسيقات الإخراج: RINEX ، KML ، ملفات MATLAB .mat، CSV، تنسيق GBX الخاص (GRID binary exchange).
  - التطبيقات الحالية: جهاز استقبال فوتون تجريبي، والعديد من التطبيقات التجارية لأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية (GNSS-RO)، والملاحة التجارية على متن الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض، والملاحة الصاروخية القائمة على تقنية تحديد المواقع في الوقت الحقيقي (من الإطلاق إلى المدار)، والملاحة للمركبات في البيئات الحضرية القائمة على تقنية تحديد المواقع في الوقت الحقيقي، والطائرات بدون طيار القائمة على تقنية تحديد المواقع في الوقت الحقيقي، والعديد من محطات المرجعية الثابتة، ومراقبة شذوذ الإشارة.

مراجع

^ أجهزة استقبال البرامج في الوقت الحقيقي ، نظام تحديد المواقع العالمي (GPS World)، 1 سبتمبر 2009 بقلم بيير أندريه فارين، مارسيل باراتشي فري، جريجوار ويلشلي، سيريل بوتيرون

للمزيد من القراءة

بور، ك؛ أكوس، د؛ بيرتلسن، ن؛ ريندر، ب؛ جنسن، ش.هـ (2007). جهاز استقبال GPS وGalileo مُعرّف برمجياً: نهج أحادي التردد . بيركهاوزر . ISBN 978-0-8176-4390-4.
باني، توماس (2010). معالجة إشارات الملاحة لأجهزة استقبال برامج نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) . دار أرتيك هاوس . رقم ISBN 9781608070282.
بيتروفسكي، إيفان؛ تسوجي، توشياكي (2012). الملاحة الرقمية عبر الأقمار الصناعية والجيوفيزياء: دليل عملي مع جهاز محاكاة إشارة نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية ومختبر استقبال . مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 9780521760546.

روابط خارجية

يتمتع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) البرمجي بالعديد من المزايا.
نقطة انطلاق لتعلم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) باستخدام البرمجيات مفتوحة المصدر. مؤرشفة بتاريخ 30 أغسطس 2012 على موقع Wayback Machine.
تخفيف تأثيرات الغلاف الأيوني على تحديد المواقع باستخدام نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)

[1] أجهزة استقبال البرامج في الوقت الحقيقي ، نظام تحديد المواقع العالمي (GPS World)، 1 سبتمبر 2009 بقلم بيير أندريه فارين، مارسيل باراتشي فري، جريجوار ويلشلي، سيريل بوتيرون

[ 1 ]