Разработка под программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) и систем на кристалле (СНК) отличается монструозностью IDE и их проектов. В одном котле замешаны исходные коды логических модулей, специфические файлы для привязки к контретной модели ПЛИС, файлы ресурсов, тесты, скрипты сборки, IP-ядра, программы для процессорной системы и т.д. Всё это помножается на проприетарность инструментов, жесткие правила лицензирования и широкое использование бинарных форматов файлов.

Эта статья написана в продолжение рассказа про организацию автотестирования радиоаппаратуры и отвечает на вопрос "как вы подготовили проект FPGA для хранения в репозитории и автоматической сборки в контейнере?".

Алгоритмы обработки навигационных сигналов определяются математической моделью навигационного сигнала. И на этом шаге современные глобальные спутниковые навигационные системы преподносят нам сюрприз. Оказывается, что разные системы используют разные сигналы. Более того, каждый спутник не ограничивается одним типом сигнала, а излучает целый набор. Так на новых спутниках ГЛОНАСС можно выделить до 14 разных сигнальных компонент! А в совокупности по всем системам типов сигналов больше 50.

Попробуем разобраться с этим многообразием.

Занимательный факт. Исходный код программы бортового управляющего компьютера лунного модуля Аполлон 11 содержит 64830 строк. Исходные коды прошивок навигационного приемника, которые мы в МЭИ разрабатываем последние десять лет, содержат 217510 строчек на C++ и 181236 строчек на SystemVerilog. И я всё жду, когда это количество перейдет в качество.

Встраиваемый софт - это не только прошивки небольших контроллеров, он может быть объемным и сложным. Его разработка, например, для современных систем связи и навигации, может стоить дороже разработки схемотехники, корпуса или даже запуска в производство интегральных микросхем.

За час до того, как я сел писать эти строки, первый спутник-демонстратор низкоорбитальной навигационной системы Pulsar отделился от разгонного блока.

Идею этой системы я изложил в прошлой статье. Компания Xona планирует вывести около 300 небольших спутников на низкую орбиту. Каждый спутник будет снабжен приемником сигналов глобальных навигационных систем (ГНСС), по их сигналам спутники будут определять свои траектории движения и синхронизироваться. Из-за удаленности от поверхности земли и ориентации антенны, спутники будут оставаться вне досягаемости наземных постановщиков помех.

Каждый спутник системы будет формировать собственный сигнал, который благодаря близости к поверхности планеты, окажется в 100 раз мощнее сигналов ГНСС. В совокупности с криптографической защитой сигнала это обещает устойчивость навигации к помехам и спуфинговым атакам. А за счет простоты спутников и их вывода, простоты комплекса управления, стоимость всей системы можно уместить в несколько сотен млн долларов.

Успех Starlink проложил дорогу молодым компаниям, претендующим на заполнение низкой околоземной орбиты своими малыми и не очень спутниками. Производить аппараты на конвейере, запускать сотнями и тысячами, разрабатывать и разворачивать группировку за десятки месяцев - всё это "New Space". Теперь HawkEye360 следит за пожарами лесными и людскими, Spire собирает данные о погоде, OneWeb догоняет Маска, SatelliteVU запускает в космос тепловизоры...а Xona Space Systems готовит для нас новую навигационную систему Pulsar!

В системе ГЛОНАСС пользователь ориентируется по навигационным спутникам как по маякам. Эти маяки удалены на расстояние около 20 000 км и движутся относительно поверхности земли со скоростью более 3 км/с. Но при этом спутники непрерывно передают параметры, позволяющие рассчитать их положение с точностью порядка метра. И чем точнее эти параметры, тем точнее вы, как пользователь системы, можете определить своё местоположение...

Поступают сообщения об отказе спутниковой навигации на авиалайнерах при движении по маршрутам в Прибалтике. Аналогичные сообщения поступали ранее из восточного средиземноморья, что побудило немецкий DLR (German Aerospace Center) отправить свой A320 на Кипр для сбора информации. Миссия состоялась в начале 2020 года, а по её результатам была выпущена научная статья, о выводах которой под катом

В первой части статьи мы вспомнили старые-добрые времена, когда один телефон от другого можно было отличить по фотографии. Мы добрались до iPhone 4S и увидели, как функции навигационного приемника переместились в связной чип Qualcomm MDM-6610. Что же было в следующих айфонах?

Если спросить разработчика-железячника чем ему нравится его работа, многие ответят, что возможностью пощупать результат своего труда. Это приятное чувство, когда плата в руках. Она точно такая, как ты её представлял, как ты её придумал. Моргает светодиодами, впивается в руку острой гранью, оставляет след. Это не "бездушный софт", который не покажешь ребенку и не положишь под стекло на выставке.

Но у меня есть ощущение, что эта радость постепенно уходит в прошлое. Покажу на примере приемников спутниковых навигационных систем.

Что такое ГНСС приемник? С системной точки зрения, это один из трех компонентов системы в одном ряду с сегментом космических аппаратов и сегментом контроля и управления.

Навигационные системы используют разные типы навигационных сообщений для модуляции разных сигналов. Например, сигналы GPS L1C/A модулируются сообщением в соответствии с протоколом LNAV, а сигналы GPS L2C и L5 сообщением CNAV.

Протокол определяет размещение данных в фреймах и сабфреймах, интервал передачи, разрядность и т.д.

Different navigation message protocols are used for different navigation signal type. This is true even for a single system like NAVSTAR GPS. For example, L1C/A signals have a LNAV protocol, while L2C and L5 signals utilize a CNAV protocol. The newest L1C signal will use CNAV-2. 

The protocol defines a data distribution into frames, subframes, the subframes structure, transmission intervals, data resolution and so on. 

A navigation receiver use the navigation message data flow for several purposes:

1. The data flow allows to resolve a code ambiguity and set the signal time.

2. Ephemeris and clock values are used for the satellite position calculation, pseudorange corrections and coordinates computation.

3. The received data flow and navigation message data can be used for navigation symbols prediction. As result, we can use the wipe-off technique, expand discriminators and significantly increase tracking sensitivity:

• программируемая логика (FPGA),
  
• процессоры для обработки сигналов и пользовательских приложений (два ARM’а),
  
• до восьми 12-разрядных АЦП с частотой дискретизации до 4 ГГц (!),
  
• до восьми 14-разрядных ЦАП с верхней частотой до 6.4 ГГц (!).
  

Потребность