위성 탐색 및 소프트웨어 정의 라디오

GNSS(Global Navigation Satellite Systems)는 궤도에 있는 위성을 사용하여 항법 정보를 결정하는 지구 경계 장치를 지원하는 시스템을 말합니다. 수신기는 일반적으로 다중 측량 알고리즘을 사용하여 궤도를 도는 위성을 기준으로 위치를 추론합니다. 이 정보는 일반적으로 수신기가 궤도를 도는 위성에 대한 위치를 추론할 수 있는 다양한 타이밍 및 궤도 매개변수로 구성됩니다. 원래는 방위 목적으로 개발되었지만 이 기술의 유틸리티는 이제 다양한 소비자, 상업 및 산업 제품에 배포되는 것을 확인했습니다.

가장 잘 알려진 최초의 GNSS 시스템은 미국 정부가 소유하고 운영하는 위성 위치 확인 시스템입니다. GPS의 영향, 유용성 및 이점은 휴대전화를 통한 개인 탐색에서 비행기 탐색, 건설 조사 및 물류에 이르기까지 모든 영역에 걸쳐 있습니다. 시스템의 전략적, 경제적 중요성은 다른 국가와 동맹에서도 Galileo, Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema(GLONASS) 및 BeiDou와 같은 자체 대안 시스템을 개발하도록 동기를 부여했습니다.

수신기의 성능을 평가하는 데 사용되는 중요한 기준에는 공간 정확도, 감도 및 무결성이 포함됩니다. 이것은 GNSS 위성이 20-240W의 전송 전력으로 약 20,000km 고도에서 지구를 공전하기 때문에 중요합니다. 이것은 약 -130dBm(또는 휴대전화 신호 강도의 약 0.05%)의 지표면에서 측정된 수신 신호 강도에 해당합니다. 또한, 신호도 동일한 주파수로 전송되고 있으며 지구상의 수신기는 신호를 감지할 뿐만 아니라 데이터를 처리하기 위해 코드화된 정보를 복구해야 합니다.

이를 위해서는 GNSS 수신기가 약한 신호에 대한 고감도의 경쟁 요구 사항의 균형을 동시에 맞추고 지정된 범위를 벗어난 신호를 적극적으로 필터링해야 합니다. 수신기의 감도는 성능의 핵심 메트릭이며 인코딩된 데이터를 캡처하고 디코딩할 수 있음을 보장하면서 수신할 수 있는 최소 신호 강도와 관련됩니다. 높은 감도가 고성능의 핵심이지만 수신기에는 수신 데이터를 필터링하는 방법도 포함되어야 합니다. 이러한 필터는 수신기가 원치 않는 간섭에 의해 손상되지 않도록 하는 데 필요하며 원하는 신호를 향상시키는 데 사용할 수 있습니다. 신호가 수신되고 필터링되면 특정 애플리케이션에 대해 인코딩된 데이터를 디코딩해야 합니다. 이를 위해서는 수신기에 처리 기능이 있어야 합니다.

위의 각 기능은 일반적으로 전용의 전용 IC(집적 회로)를 통해 수행됩니다. 이러한 IC는 GNSS가 필요한 모든 곳에서 사용됩니다. 차량 내비게이션에서 휴대폰, 위치 추적이 필요한 추적 물류 애플리케이션에 이르기까지. 기존 GNSS 수신기는 이러한 IC를 사용하여 설계되었지만 결과적으로 일반적으로 유연성이 없고 업그레이드할 수 없기 때문에 GPS L1과 같은 특정 배열 주파수에 대한 요구만 충족할 수 있습니다. 이는 여러 별자리와 주파수에 걸쳐 유연성이 필요하고 기술이 발전함에 따라 수신기를 업그레이드할 수 있는 기능을 원하는 사람들에게 여러 문제와 비용을 제시합니다.

기존의 GNSS 수신기는 종종 특정 성좌 및 튜닝 범위로 제한됩니다. 그러나 다중 주파수 및/또는 성상도가 사용되는 다중 GNSS 기능에는 상당한 이점이 있습니다. 더 많은 위성은 시스템의 연속성과 가용성을 향상시킬 뿐만 아니라 첫 번째 수정 시간을 개선하고 지형이 수신기와 위성 사이의 가시성 문제를 일으키는 극지방 또는 산악 지역과 같은 까다로운 지역에서 운영을 더 잘 지원합니다. .

GNSS 시스템의 무결성은 보장되지 않습니다. 이러한 시스템은 간섭 및 대기 현상의 자연적 소스에 영향을 받을 뿐만 아니라 인공 소스의 무선 간섭에도 영향을 받습니다. 이 간섭은 단일 또는 다중 주파수에 영향을 미치며 스퓨리어스 또는 의도적인 방출로 인해 발생할 수 있습니다. 스퓨리어스 간섭의 경우 수신기 이중화가 올바른 작동을 보장하는 데 도움이 됩니다.

그러나 기존 수신기는 특정 대역이 방해를 받거나 잘못된 정보 또는 오해의 소지가 있는 정보가 제공되는 환경과 같이 의도적으로 경쟁하는 환경에서 작동할 때 심각한 제한에 직면합니다. 이러한 경우에는 수신기가 스퓨리어스 또는 잘못된 방출과 실제 기본 신호를 식별하고 구별해야 하는 경우가 많습니다. 미션 크리티컬 애플리케이션의 경우 경쟁 환경에서 작동할 때 식별할 수 있어야 하는 것이 필수 요구 사항입니다.

이러한 경우 여러 성상도 및 주파수에서 데이터를 수신하고 예상 위치와 실제 위치 사이의 결과를 확인하는 것이 중요한 속성입니다. 기존 GNSS 수신기는 일반적으로 경쟁이 없는 환경에서 작동하도록 개발되었기 때문에 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 이러한 시스템을 업그레이드하는 데는 적지 않은 비용과 가동 중지 시간이 있습니다. SDR(Software Defined Radios)은 다양한 경쟁 환경을 식별할 수 있을 뿐만 아니라 잠금 및 탐색 정보를 성공적으로 유지할 수 있는 강력한 알고리즘을 구현하는 유연성을 제공하는 기능을 점점 더 많이 제공하고 있습니다.

소프트웨어 정의 무선 수신기는 본질적으로 유연하며 전통적으로 하드웨어 정의 기능을 이제 소프트웨어를 사용하여 변경할 수 있습니다. 소프트웨어 정의 수신기 하드웨어에는 GNSS 수신기로 매력적인 솔루션이 되는 두 부분이 있습니다. 첫 번째는 유연한 라디오 프론트 엔드로, 사용자가 다양한 주파수와 많은 경우 동시에 튜닝할 수 있습니다. 이러한 무선 프론트 엔드는 또한 아날로그 필터링을 제공하여 근처 소스로 인한 간섭을 줄일 수 있습니다. 이것은 SDR 수신기에 충분한 무선 채널이 있는 경우 여러 주파수와 성상도에서 동시에 수행할 수 있습니다. SDR 수신기를 매력적인 솔루션으로 만드는 두 번째 부분은 온보드 DSP(디지털 신호 처리) 기능입니다. 많은 SDR에는 수신된 신호를 처리할 수 있는 일종의 DSP가 내장되어 있습니다. 또한 이 DSP는 수신 신호에 대한 추가 디지털 필터링을 활성화하여 품질을 더욱 향상시킵니다.

이러한 기능은 함께 기존 GNSS 수신기의 기능을 경제적으로 제공하는 동시에 훨씬 더 큰 대역폭을 사용할 수 있는 플랫폼을 제공합니다. 함께 사용하면 수신기에서 보다 정교한 알고리즘을 구현할 수 있으며 새로운 처리 기술 및 기술이 개발됨에 따라 빠르게 업그레이드할 수 있는 수단을 제공합니다. 이러한 소프트웨어 정의 시스템은 GNSS에 대한 완전히 새로운 가능성 세트를 생성하며 모든 GNSS 프로젝트에 대해 고려해야 합니다.