21929

21929

كاهش بار محاسباتي در رديابي برداري گيرنده هاي GNSS

دكتري

الكترونيك

1398

1398/11/30

دكتر سيدمحمدرضا موسوي ميركلايي - دكتر كريم محمدي

برق

امروزه استفاده از سيستم هاي ناوبري ماهواره اي جهاني (GNSS )در كاربردهاي مختلف خشكي، هوا، دريا و فضا رو به گسترش مي باشد. گيرنده هاي GNSS براي رديابي سيگنال ماهواره ها از دو روش استفاده مي كنند، يكي مبتني بر روش رديابي اسكالر و ديگري مبتني بر روش رديابي برداري. در رديابي برداري بر خلاف اسكالر، اطلاعات ماهواره ها به صورت متمركز پردازش مي شود. روش رديابي برداري داراي مزيت هاي زيادي نسبت به روش اسكالر بوده، ولي عيب اصلي اين روش حجم پردازش بالاي اطلاعات آن مي باشد كه به كارگيري اين روش را در گيرنده هاي GNSS دچار مشكل كرده است. در اين رساله با بررسي انواع ساختارهاي رديابي برداري، يك ساختار با محاسبات كم را انتخاب كرده و سپس با بررسي بخش هاي مختلف رديابي برداري، سه رويكرد را براي كاهش بار محاسباتي پيشنهاد شده است. در رويكرد اول با مدل سازي مدار ماهواره ها، امكان كاهش بار محاسباتي را به نسبت بالايي فراهم مي كند. نتايج تحليلي به همراه نتايج آزمايش ها نشان مي دهد كه مدل هاي پيشنهادي براي مدل سازي مدار ماهواره هاي ناوبري، مي تواند بيش از 90 درصد محاسبات را نسبت به روش هاي متداول تعيين موقعيت و سرعت ماهواره، كاهش دهد. در رويكرد دوم با انتخاب تركيب بهينه اي از ماهواره ها، امكان كاهش بار محاسباتي نسبت به روش هاي ديگر، بيش از 20 درصد در عمليات ضرب و بيش از 56 درصد در عمليات جمع و تفريق، بهبود فراهم مي شود. همچنين در رويكرد سوم براي كاهش بار محاسباتي فيلتر كالمن، سه راه كار پيشنهاد شده است كه در صورت بهره گيري از دو راه كار اول و دوم، مي تواند بيش از 27 درصد در محاسبات ضرب و بيش از 55 درصد در محاسبات جمع و تفريق بهبود حاصل كند. در صورتيكه از راه كار سوم به همراه دو راه كار اول و دوم استفاده شود، مي تواند تا بيش از 90 درصد در محاسبات ضرب و جمع، بهبود ايجاد نمايد. در مجموع با بهره گيري از سه روش پيشنهادي در اين رساله، بار محاسباتي روش برداري به نسبت زيادي كاهش يافته و امكان پياده سازي آن بر روي گيرنده هاي GNSS سهل تر خواهد شد.

1399/02/25

Reduction Computational Load of Vector Tracking in GNSS Receivers

2/18/2021 12:00:00 AM

Nowadays, the use of Global Satellite Navigation Systems (GNSS) is expanding in various applications on land, air, sea and space. GNSS receivers use two types of techniques for satellite signal tracking: one based on Scalar Tracking (ST) and the other on Vector Tracking (VT). In the VT method, unlike the ST, satellite information is processed centrally. The VT method has many advantages over the ST method, but its main drawback is its high data processing volume which has made it difficult to apply it to GNSS receivers. In this thesis, by considering different structures of VT methods, we choose a low-computation method and then proposes three methods to reduce the computational burden by examining different parts of the VT method. In the first method, with the satellite orbit modeling, it is possible to reduce the computational burden to a high proportion. The analytical results along with the results of the experiments show that the proposed models for modeling the navigation satellite orbit can reduce more than 90% of the computations compared to the conventional methods of satellite positioning and speed. In the second method, by selecting the optimal combination of satellites, it is possible to reduce the computational burden of other methods by more than 20% in multiplication and more than 56% in addition and subtraction operations. Also, in the third method to reduce the computational burden of Kalman filter, three techniques are proposed which can improve over 27% in multiplication calculations and more than 55% in addition and subtraction calculations if using the first two techniques. If the third technique is used together with the first and second techniques, it can improve up to 90% in multiplication and addition calculations. Overall, by applying the three methods proposed in this thesis, the computational burden of the VT method has been greatly reduced and will be easier to implement on GNSS receivers.

موقعيت , رديابي برداري , بار محاسباتي