GPS для энтузиастов: доступность технологий

8. July 2010, 17:18 Занимательное, Компьютеры и ПО, Электроника

Общедоступный технологический фундамент крепнет – энтузиасты теперь могут строить хитрые системы, ранее принципиально им недоступные.

Два важнейших фактора: сети связи и вычислительные мощности “в компактном размере”. Ну и GPS, конечно, помогает. Одно из известных достижений: любительские “беспилотники” – небольшие авиамодели, на борту которых установлен автопилот с поддержкой GPS. Такие летательные аппараты уже сейчас могут летать по длинному заданному маршруту с довольно высокой точностью, лишь бы погода не подкачала.

Но GPS – штука более мощная, потому что даёт дешёвый механизм синхронизации времени. Если сюда приплюсовать Интернет, то перед энтузиастами открывается очень интересное поле для деятельности: можно строить хорошо распределённые в пространстве (десятки километров) системы сенсоров, с синхронным временем. Что такие системы могут делать? Они могут определять координаты разных источников сигналов. Схема тут ясна: основу для вычисления координат источника даёт разница во времени прихода отслеживаемого сигнала в разные точки сети (координаты точек известны). Есть проблемы, конечно. Но есть и интересное развитие: по точно такой схеме работают пассивные системы локации, использующие “побочный” электромагнитный фон.

Суть такая (я как-то писал об этом): в результате технологической деятельности в эфире работает куча передатчиков, излучающих самые разнообразные сигналы. Пассивная система, во-первых, принимает основной сигнал от того или иного существующего передатчика; во-вторых, принимает отражённые разными целями сигналы этого же передатчика. Непосредственно, основной передатчик может слушать один приёмник, который формирует опорный сигнал. Такой приёмник снабжаем, например, узконаправленной антенной. Другие приёмники сети принимают отражённые сигналы. (Впрочем, понятно, что в реальности все приёмники могут принять не только исходный сигнал, но и какие-нибудь отражения. “Лишние” данные фильтруются на основе информации о свойствах опроного сигнала.)

Собранные сетью сигналы с точными временными и “географическими” метками передаются через Интернет в некий центр. Центр – это достаточно мощный компьютер, который вычисляет возможную конфигурацию источников отражений и строит искомую картину наблюдений. Получаем “систему мониторинга”. (Тут нужно учитывать, что там возникает вычислительно сложная комбинаторная задача; но и центр можно сделать не “центром”, а распределённой вычислительной системой, увеличив доступную мощность.) В качестве источников опорных сигналов годятся телевизионные передатчики, базовые станции GSM и т.п.

(Надо заметить, что мне уже пару раз присылали описания проектов похожих систем. Наверное, что такое уже может быть сделано.)

()

Похожие записки:



Далее - мнения и дискуссии

(Сообщения ниже добавляются читателями сайта, через форму, расположенную в конце страницы.)

Комментарии читателей блога: 14

  • 1. 8th July 2010, 17:54 // Читатель Jeff Zanooda написал:

    Проблема с реализацией в том, что приёмник GPS время знает, но получить его снаружи без потери точности способа нет.

    У всех приёмников, которые я видел, единственный интерфейс – NMEA или его расширение, то есть последовательный канал типа RS-232. Из-за буферизации появляются задержки, причём несистематические (то есть их не скомпенсировать).

    Возможно, специализированные GPS приёмники и имеют отдельный интерфейс для получения времени, но они и стоят соответственно.

  • 2. 8th July 2010, 23:07 // Александр Венедюхин ответил:

    Что-то Вы путаете, Jeff. Решений с синхронизацией по GPS с точностью в микросекунды – много. RS-232 тут, кстати, не мешает, потому что достаточно получать одну метку (начало секунды, к примеру), не требуется передавать значение времени и т.п.

    Вообще, GPS уже более или менее стандартный источник эталонов для лабораторных измерений.

  • 3. 9th July 2010, 00:01 // Читатель jno написал:

    Для небыстрых процессов – сойдёт.
    Иначе – интернет сам по себе тот ещё тормоз.
    Да ещё и нестойкий – любой узел может отсохнуть в любой момент на произвольное время.

  • 4. 9th July 2010, 04:27 // Читатель Alexey Vorobyev написал:

    Вообще, если есть интернет, то зачем городить GPS? Насколько я помню, вполне подойдет NTP – там тебе и точность часов, и авторизация NTP, если хочешь безопасности какой-то. Причем здесь GPS?

  • 5. 9th July 2010, 07:28 // Читатель Jeff Zanooda написал:

    Микросекунда – это 300 километров. Для определения координат источников сигналов как-то грубовато получается.

    Приёмник GPS знает время намного точнее, поскольку определяет своё положение в пределах нескольких десятков метров (без WAAS поправок).

    А микросекундную точность получить можно и дедовскими способами. Наручные кварцевые часы Citizen Chronomaster с механизмом A660 уходят за год на 5 секунд, то есть микросекундную точность обеспечивают два часа.

  • 6. 9th July 2010, 07:39 // Читатель Jeff Zanooda написал:

    Рано нажал “Send comment” – не исправил микросекунды на миллисекунды. Микросекунду кварцевые часы не обеспечат, но и RS-232 тоже.

  • 7. 9th July 2010, 10:14 // Читатель arcman написал:

    Тут нужен открытый проект GPS на ПЛИСах.
    Тогда можно будет в него достроить всё что нужно.
    И время с полной точностью обрабатывать.

    Такая сеть – это идеальный радар ПВО – смерть стелсам.

  • 8. 9th July 2010, 12:22 // Читатель jno написал:

    > Такая сеть ? это идеальный радар ПВО
    А идеальное средство РЭБ – ядерный взрыв в ионосфере :)

  • 9. 9th July 2010, 12:31 // Читатель arcman написал:

    очень смешно, а главное скрытно.

  • 10. 9th July 2010, 12:35 // Читатель jno написал:

    Тут вот http://torg.mail.ru/news/10956/ уже лазер на 1Вт продают за 200 грин – вполне себе дивайс! На приличный дальномер хватит.

  • 11. 9th July 2010, 12:39 // Читатель jno написал:

    > главное скрытно
    не припоминаю скрытности среди свойств инструментов РЭБ – какая уж там скрытность…

    а вот высотный ЯВ действительно эффективно пресекает радиосвязь на приличной территории (+ ЭМИ кому-то перепадёт)

  • 12. 13th July 2010, 06:24 // Читатель Alatar написал:

    >> У всех приёмников, которые я видел, единственный интерфейс ? NMEA или его расширение, то есть последовательный канал типа RS-232. Из-за буферизации появляются задержки, причём несистематические (то есть их не скомпенсировать).

    Во-первых Вы ошибаетесь – Вы не могли не видеть SiRF Star III, он сейчас один из самых распространённых приёмников в ширпотребе, и он поддерживает работу в двоичном режиме – http://www.usglobalsat.com/downloads/SiRF_Binary_Protocol.pdf. Хотя передающейм средой по-прежнему остаётся UART, так что принципиально это дело не меняет.
    Во-вторых, а причём тут вообще протокол? Все более-менее приличные GPS приёмники имеют выход 1PPS, Которй даёт временную метку с точностью порядка 1мкс.

  • 13. 2nd August 2010, 07:25 // Читатель arcman написал:

    По поводу “цифровой” обработки сигнала.
    Если сигнал оцифровывать сразу с выхода приёмного модуля (что бы дальше уже разобраться в нём вычислительными методами), то тут есть серьёзная подстава – согласно теореме Котельникова нам необходимо дискретизировать поступающий сигнал с удвоенной частотой.
    Даже для случая с телевышкой и метровым диапазоном, потребуется раздобыть АЦП на 200 МГц как минимум.
    Про обработку в реальном времени, так и вообще речи не идёт – условное 2 ГГц вычислительное ядро сможет успеть выполнить лишь порядка 10 операций для каждой точки.

  • 14. 2nd August 2010, 14:18 // Читатель arcman написал:

    Просто клад какой то :)
    Можно купить чипы применяемые отечественной оборонкой.
    Синтезаторы частоты, DSP, АЦП, …
    http://multicore.ru/index.php?id=36