Научная статья на тему 'Направления модернизации аппаратной части и программного обеспечения радионавигационной системы «Крабик-БМ»'

Направления модернизации аппаратной части и программного обеспечения радионавигационной системы «Крабик-БМ» Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
548
156
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РАДИОНАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА / МОДЕРНИЗАЦИЯ / СИСТЕМА НА КРИСТАЛЛЕ / ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ / RADIO NAVIGATION SYSTEM / MODERNIZATION / SYSTEM-ON-CHIP / SOFTWARE

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Алешечкин А. М., Феоктистов Д. С.

Несмотря на широкое распространение и удобство применения спутниковых радионавигационных систем (СРНС), радионавигационные системы наземного базирования (РНС) остаются одним из главных средств навигационного обеспечения ряда объектов, например, морских судов. Использование РНС позволяет добиться высокой точности определения координат объектов и исключить ряд недостатков, присущих СРНС. В Сибирском федеральном университете совместно с научно-производственным предприятием «Радиосвязь» с начала 2000-х годов были возобновлены работы по разработке и серийному выпуску наземной РНС УВЧ-диапазона «Крабик-БМ», использующей фазовые методы измерения радионавигационных параметров и предназначенной для геодезической координатной привязки морских надводных объектов. Данная система состоит из нескольких унифицированных приемопередатчиков, которые могут использоваться в качестве как бортовых, так и опорных береговых станций путем выбора соответствующего режима работы. В 2003 году начат серийный выпуск данной РНС и ее поставка заказчикам. В настоящее время использованные при проектировании данной системы технические решения и ее элементная база устарели. Поэтому возникла задача модернизации в первую очередь приемопередатчиков данной РНС с использованием современных комплектующих изделий, средств проектирования и программного обеспечения. Рассмотрено направление по обновлению аппаратной части данной РНС с применением современных систем на кристалле (СнК), выпускаемых фирмой Xilinx. Наиболее предпочтительным, по мнению авторов, является использование СнК семейства Zynq-7000, сочетающих в одной микросхеме программируемую логику Artix/Kintex-7 и высокопроизводительный ARM-процессор Cortex-A9. Использование предложенной СнК позволяет решить задачи по модернизации приемопередатчиков РНС «Крабик-БМ». В частности, ожидается снижение стоимости и массогабаритных характеристик приемопередатчиков с одновременным повышением их надежности за счет исключения внешних связей между программируемой логикой и процессорной системой. Представлен вид структурной схемы приемопередатчика РНС «Крабик-БМ» до и после модернизации. Другим направлением совершенствования РНС является разработка программного обеспечения вторичной обработки радионавигационной информации с учетом возможностей и инструментов, предоставляемых современными операционными системами и средами разработки программного обеспечения. Для проектирования подобного рода программного обеспечения целесообразно использовать кроссплатформенные интегрированные среды разработки с открытым исходным кодом и языками высокого уровня. Наиболее подходящим является использование среды Qt Creator, обеспечивающей создание приложений с использованием обширной библиотеки классов и готовых инструментов разработки. Приведены основные элементы интерфейса пользователя программы вторичной обработки результатов радионавигационных измерений, а также ее возможности в части вывода и обработки информации. В заключение отмечено, что использование выбранных направлений модернизации данной РНС в части аппаратной части и программного обеспечения позволит повысить конкурентоспособность системы «Крабик-БМ» и откроет возможности к ее дальнейшему совершенствованию в силу существенного роста аппаратных и вычислительных ресурсов системы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Алешечкин А. М., Феоктистов Д. С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MODERNIZATION DIRECTIONS OF THE HARDWARE AND SOFTWARE OF «KRABIK-BM» RADIO NAVIGATION SYSTEM

Despite the widespread and easy use of satellite navigation systems (SNS), ground-based radio navigation systems (RNS) remain one of the main means of navigating maintenance of a number of objects, such as ships. Using RNS helps to achieve high accuracy in objects positioning, and to eliminate a number of disadvantages of SNS. From the beginning of the 2000s in the Siberian Federal University in collaboration with the Research and Production Enterprise “Radiosvyaz” were resumed the works on the development and serial production of terrestrial RNS UHF-range “Krabik-BM”, using the phase measurement techniques and navigation options designed for geodetic gridding sea ​​surface objects. This system consists of several aligned transceivers that can be used as a ship station, and the supporting shore stations by selecting an appropriate operating mode. In 2003 the serial production of the RNS and its delivery to the customer were started. Nowadays, system solutions and electronic components, used in the design of this, are obsolete. Therefore, there was a task of modernization of transceivers of the RNS mentioned, using modern components, design tools and software. In the present article the direction to update the hardware of the RNS using modern systems on chip (SoC), manufactured by Xilinx, is considered. Most preferably, according to the authors, is to use the SoC family Zynq-7000, combining into a single chip of programmable logic Artix / Kintex-7 and a high-performance ARM processor Cortex-A9. Using the proposed SoC allows us to solve the task of transceivers RNS “Krabik-BM” upgrade. In particular, it is expected to reduce the cost, weight and dimensions of the transceiver while increasing reliability by eliminating external interactions between the programmable logic and processor system. The article presents the block diagram of the transceiver RNS “Krabik-BM” before and after the upgrade. Another direction of the development of RNS is the development of radionavigation software of the secondary information processing in terms of opportunities and tools provided by modern operating systems and software development environment. For the design of this kind of software cross-platform integrated development environments with open source and high-level languages should be used. The most suitable one is the use of Qt Creator environment, providing the creation of applications with an extensive class library and ready development tools. The article presents the main elements of the radio navigation results measurements of the secondary processing program user interface, as well as its potential in output and processing terms. In conclusion, according to the article the use of selected directions of the RNS modernization in terms of hardware and software will enhance the competitiveness of the “Krabik-BM” and open up opportunities for further improvements due to the significant rise of hardware and computing resources of the system.

Текст научной работы на тему «Направления модернизации аппаратной части и программного обеспечения радионавигационной системы «Крабик-БМ»»

УДК 621.396.96

Вестник СибГАУ Т. 16, № 3. С. 546-553

НАПРАВЛЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ АППАРАТНОЙ ЧАСТИ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАДИОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ «КРАБИК-БМ»

А. М. Алешечкин*, Д. С. Феоктистов

Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26 *E-mail: [email protected]

Несмотря на широкое распространение и удобство применения спутниковых радионавигационных систем (СРНС), радионавигационные системы наземного базирования (РНС) остаются одним из главных средств навигационного обеспечения ряда объектов, например, морских судов. Использование РНС позволяет добиться высокой точности определения координат объектов и исключить ряд недостатков, присущих СРНС. В Сибирском федеральном университете совместно с научно-производственным предприятием «Радиосвязь» с начала 2000-х годов были возобновлены работы по разработке и серийному выпуску наземной РНС УВЧ-диапазона «Крабик-БМ», использующей фазовые методы измерения радионавигационных параметров и предназначенной для геодезической координатной привязки морских надводных объектов. Данная система состоит из нескольких унифицированных приемопередатчиков, которые могут использоваться в качестве как бортовых, так и опорных береговых станций путем выбора соответствующего режима работы. В 2003 году начат серийный выпуск данной РНС и ее поставка заказчикам.

В настоящее время использованные при проектировании данной системы технические решения и ее элементная база устарели. Поэтому возникла задача модернизации в первую очередь приемопередатчиков данной РНС с использованием современных комплектующих изделий, средств проектирования и программного обеспечения.

Рассмотрено направление по обновлению аппаратной части данной РНС с применением современных систем на кристалле (СнК), выпускаемых фирмой Xilinx. Наиболее предпочтительным, по мнению авторов, является использование СнК семейства Zynq-7000, сочетающих в одной микросхеме программируемую логику Artix/Kintex-7 и высокопроизводительный ARM-процессор Cortex-A9. Использование предложенной СнК позволяет решить задачи по модернизации приемопередатчиков РНС «Крабик-БМ». В частности, ожидается снижение стоимости и массогабаритных характеристик приемопередатчиков с одновременным повышением их надежности за счет исключения внешних связей между программируемой логикой и процессорной системой. Представлен вид структурной схемы приемопередатчика РНС «Крабик-БМ» до и после модернизации.

Другим направлением совершенствования РНС является разработка программного обеспечения вторичной обработки радионавигационной информации с учетом возможностей и инструментов, предоставляемых современными операционными системами и средами разработки программного обеспечения. Для проектирования подобного рода программного обеспечения целесообразно использовать кроссплатформенные интегрированные среды разработки с открытым исходным кодом и языками высокого уровня. Наиболее подходящим является использование среды Qt Creator, обеспечивающей создание приложений с использованием обширной библиотеки классов и готовых инструментов разработки. Приведены основные элементы интерфейса пользователя программы вторичной обработки результатов радионавигационных измерений, а также ее возможности в части вывода и обработки информации.

В заключение отмечено, что использование выбранных направлений модернизации данной РНС в части аппаратной части и программного обеспечения позволит повысить конкурентоспособность системы «Крабик-БМ» и откроет возможности к ее дальнейшему совершенствованию в силу существенного роста аппаратных и вычислительных ресурсов системы.

Ключевые слова: радионавигационная система, модернизация, система на кристалле, программное обеспечение.

Vestnik SibGAU Vol. 16, No. 3, P. 546-553

MODERNIZATION DIRECTIONS OF THE HARDWARE AND SOFTWARE OF «KRABIK-BM» RADIO NAVIGATION SYSTEM

A. M. Aleshechkin*, D. S. Feoktistov

Siberian Federal University 26, Kirenskogo Str., Krasnoyarsk, 660074, Russian Federation E-mail: [email protected]

Despite the widespread and easy use of satellite navigation systems (SNS), ground-based radio navigation systems (RNS) remain one of the main means of navigating maintenance of a number of objects, such as ships. Using RNS helps to achieve high accuracy in objects positioning, and to eliminate a number of disadvantages of SNS. From the beginning of the 2000s in the Siberian Federal University in collaboration with the Research and Production Enterprise "Radiosvyaz" were resumed the works on the development and serial production of terrestrial RNS UHF-range "Krabik-BM", using the phase measurement techniques and navigation options designed for geodetic gridding sea surface objects. This system consists of several aligned transceivers that can be used as a ship station, and the supporting shore stations by selecting an appropriate operating mode. In 2003 the serial production of the RNS and its delivery to the customer were started.

Nowadays, system solutions and electronic components, used in the design of this, are obsolete. Therefore, there was a task of modernization of transceivers of the RNS mentioned, using modern components, design tools and software.

In the present article the direction to update the hardware of the RNS using modern systems on chip (SoC), manufactured by Xilinx, is considered. Most preferably, according to the authors, is to use the SoC family Zynq-7000, combining into a single chip of programmable logic Artix / Kintex-7 and a high-performance ARM processor Cortex-A9. Using the proposed SoC allows us to solve the task of transceivers RNS "Krabik-BM" upgrade. In particular, it is expected to reduce the cost, weight and dimensions of the transceiver while increasing reliability by eliminating external interactions between the programmable logic and processor system. The article presents the block diagram of the transceiver RNS "Krabik-BM" before and after the upgrade.

Another direction of the development of RNS is the development of radionavigation software of the secondary information processing in terms of opportunities and tools provided by modern operating systems and software development environment. For the design of this kind of software cross-platform integrated development environments with open source and high-level languages should be used. The most suitable one is the use of Qt Creator environment, providing the creation of applications with an extensive class library and ready development tools. The article presents the main elements of the radio navigation results measurements of the secondary processing program user interface, as well as its potential in output and processing terms.

In conclusion, according to the article the use of selected directions of the RNS modernization in terms of hardware and software will enhance the competitiveness of the "Krabik-BM" and open up opportunities for further improvements due to the significant rise of hardware and computing resources of the system.

Keywords: radio navigation system, modernization, system-on-chip, software

Введение. В настоящее время спутниковые радионавигационные системы (СРНС) обеспечивают высокую точность определения координат и дают возможность выполнения навигационных измерений в любой точке Земли [1; 2]. Вместе с тем СРНС присущи высокая стоимость и сложность развертывания, что прежде всего связано с затратами по развертыванию и восполнению орбитальной группировки навигационных космических аппаратов. Кроме того, при использовании СРНС в стандартном режиме точность определения координат объектов ухудшается в первую очередь за счет влияния ионосферной погрешности, которая устраняется не полностью при использовании одночастотных измерений и моделей ее предсказания. Двухчастотные измерения позволяют повысить точность определения ионосферных поправок к измеренным квазидальностям, однако остаточная погрешность измерения места объектов остается в пределах нескольких метров. При этом использование двухчас-тотных измерений приводит к удорожанию аппаратуры, повышению ее массы и габаритов, усложнению алгоритмов обработки навигационной измерительной информации. Известно, что повысить точность определения места объектов по сигналам СРНС можно за счет реализации дифференциальных методов измерений, однако это требует развертывания дополнительных контрольно-корректирующих станций, расположенных в точках с известными координатами [1]. К недостаткам СРНС можно также отнести низкую

помехозащищенность вследствие слабого энергетического потенциала радиолинии «спутник-потребитель».

В связи с приведенными выше недостатками, использование только СРНС для решения поставленных задач часто не удовлетворяет требованиям некоторых потребителей, что приводит к тому, что наземные радионавигационные системы (РНС) по-прежнему занимают важное место среди средств навигационного обеспечения ряда объектов, например, морских судов [3]. При этом РНС не подвержены влиянию ионосферы вследствие того, что они работают по поверхностной волне, распространяющейся в приземном слое атмосферы, а в силу меньшего по сравнению с СРНС расстояния между опорными навигационными пунктами и потребителем обеспечивается более высокий энергетический потенциал. Следствием этого является более высокая степень защищенности от помех как естественного, так и искусственного происхождения [4]. При этом сама РНС целиком находится в руках пользователя, в отличие от СРНС, где рядовой пользователь имеет только аппаратуру потребителей и никак не может повлиять на качество работы космического сегмента СРНС.

Наземная РНС «Крабик-БМ». В Красноярске с 1981 года в НПО «Сибцветметавтоматика» проводились работы по созданию РНС «Крабик-БМ». В 1990-е годы данные работы были свернуты в силу известных экономических причин, однако с началом 2000-х годов эти работы были возобновлены уже

на предприятии «Радиосвязь» [5-7]. В результате проведенных работ в настоящее время АО «НПП «Радиосвязь» осуществляет серийный выпуск РНС ближней навигации «Крабик-БМ» [8], которая была разработана совместно с ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». При этом при разработке данной РНС было принято следующее разделение труда: аппаратная часть разрабатывается и выпускается предприятием «Радиосвязь», в то время как разработкой, модернизацией и поддержкой программного обеспечения занимаются сотрудники Сибирского федерального университета.

Разработанная и выпускаемая РНС «Крабик-БМ» является морской фазовой радионавигационной системой УВЧ-диапазона, предназначенной для высокоточной геодезической координатной привязки подвижных и стационарных надводных объектов [8-11]. Также имеются результаты исследований и наработки по использованию данной РНС для определения координат наземных [12; 13] и воздушных [14; 15] объектов.

Причины проведения модернизации РНС «Крабик-БМ». На сегодняшний день в целях повышения конкурентоспособности поставлена задача по модернизации аппаратного и программного обеспечения РНС «Крабик-БМ» [6]. Необходимость осуществления модернизации является следствием ряда причин:

- использование устаревших технологий и элементной базы, которую стало практически невозможно приобретать вследствие прекращения выпуска;

- слабые возможности сопряжения с современными внешними устройствами, используемыми для вывода навигационной информации и повышения точности определения места объектов;

- высокая себестоимость комплектующих изделия;

- необходимость использования возросших возможностей современных операционных систем и вычислительной техники для повышения уровня удобства использования программного обеспечения и расширения его сервисных и функциональных возможностей.

Модернизация элементной базы приемопередатчиков РНС. Осуществление модернизации аппаратной части РНС «Крабик-БМ» имеет несколько возможных направлений, наиболее перспективным среди которых можно считать использование систем на кристалле (СнК), например, Zynq-7000 фирмы Xilinx [16].

Устройства семейства Zynq-7000 сочетают в себе программные возможности высокопроизводительного процессора ARM Cortex-A9 с двумя вычислительными ядрами и программируемой логики Artix/Kintex-7, что обеспечивает высокий уровень производительности, гибкости и масштабируемости. При этом программируемая логика Zynq-7000 позволяет легко изменять архитектуру системы, приспосабливая её под решение определенной задачи при помощи специализированных периферийных устройств или модулей расширения. Интеграция на одном кристалле процессорной системы (ПС) и программируемой логики (ПЛ) даёт существенный прирост производи-

тельности за счет ускорения обмена данными между ПС и ПЛ. Весь процесс инициализации платформы Zynq-7000 контролируется процессором. Это означает, что ПС может осуществлять свою работу независимо от ПЛ. Конфигурация ПЛ может быть выполнена как при инициализации системы, так и в другие произвольно выбранные моменты времени.

Структурная схема действующих приемопередатчиков (ППРД) РНС «Крабик-БМ» представлена на рис. 1. Конструктивное исполнение одной станции представляет собой совокупность съемных блоков: блок приемника (ПРМ), блок устройства цифровой обработки (УЦО), блок передатчика (ПРД), а также блок питания, включающий в себя усилитель мощности и антенный коммутатор. Каждый из блоков выполнен на отдельной плате, что в значительной степени сказывается на результирующих массогабаритных показателях ППРД.

Взаимодействие блоков осуществляется через группу физических интерфейсов обмена, которые в настоящее время являются устаревшими и в скором времени могут перестать удовлетворять требованиям по производительности. Кроме того, использование таких связей между блоками снижает надежность ППРД.

Структурная схема ППРД после соответствующей модернизации с использованием платформы Xilinx Zynq-7000 приведена на рис. 2. Конструктивное исполнение ППРД будет представлять собой единый блок, центром которого будет система на кристалле Zynq-7000. Функции вычислителя будут выполняться процессорной частью системы, а вся программная логика блоков ПРМ, УЦО, ПРД будет перенесена и доработана под конкретную логику Zynq-7000.

Следует отметить, что отказ от комбинированного решения из нескольких устаревших ПЛИС и вычислителя и их замена представителем СнК семейства Zynq-7000, содержащим экономичную логику FPGA Artix-7, например серии Z-7020, приведет к существенному снижению себестоимости РНС. Возможностей СнК данной серии с избытком хватит для осуществления всех функций управления и обработки сигналов, возложенных на унифицированные ППРД РНС.

Использование современных операционных систем и их программных возможностей, адаптированных под СнК Zynq-7000, открывает большие возможности по сопряжению и высокоскоростному обмену данными с внешними устройствами. Также стоит отметить и то, что возможности платформы Zynq-7000 определяются не только высокими техническими характеристиками, но и развитой средой разработки, которую компания Xilinx предлагает для аппаратной конфигурации и отладки программного обеспечения своих устройств [17].

Модернизация программного обеспечения бортовой станции. Другим направлением модернизации РНС является замена используемого в бортовой станции (БС) данной системы пульта управления и индикации на мобильный персональный компьютер типа NoteBook. При этом ставится задача разработки новой версии программного обеспечения вторичной обработки

информации БС данной РНС. В настоящее время авторами выполняется разработка указанного программного обеспечения, которое будет функционировать под управлением операционной системы Windows XP/7, а в дальнейшем возможен переход к работе под управлением операционных систем семейства Linux.

Общий вид главного окна разрабатываемой программы приведен на рис. 3. В верхней части приведенного окна находится виджет ввода исходных данных. Он имеет ряд вкладок, в которых сгруппированы однотипные данные, что упрощает для пользователя выполнение их ввода.

На вкладке «Общ» вводятся общие параметры программы, такие как система координат всех объектов, признаки широты и долготы объектов, расхождение между местным и гринвичским временем. На вкладке «ОС» пользователю предоставляется возможность ввести координаты береговых опорных станций (ОС) в заданной системе координат, на вкладке «БС» вводятся координаты бортовых станций, вкладка «МММ» обеспечивает ввод координат поворотных пунктов планируемого маршрута движения БС.

Рис. 1. Структурная схема приемопередатчика РНС «Крабик-БМ»»

Рис. 2. Структурная схема модернизированного приемопередатчика РНС «Крабик-БМ»

Рис. 3. Главное окно программы вторичной обработки бортовой станции

Вкладка «Скор. э/м» позволяет ввести значения скорости распространения электромагнитных волн. При этом в программе предусмотрено 5 способов учета скорости электромагнитных волн [Ошибка! Источник ссылки не найден.]:

- своя скорость распространения - пользователь вручную вводит значение скорости распространения радиосигналов в атмосфере;

- стандартная - пользователь вводит значение стандартной скорости распространения электромагнитных волн, принятое в соответствии с рекомендациями Международного геодезического и геофизиче-

ского союза, Международного научного радиосоюза, с учетом стандартного значения показателя преломления [19];

- скорость распространения вычисляется по индексу рефракции воздуха, вводимому оператором;

- скорость распространения вычисляется по метеопараметрам (температура, давление, влажность), которые также вводятся оператором вручную; расчет скорости распространения осуществляется в соответствии с выражениями, приведенными в [19];

- автоматический расчет скорости распространения по метеопараметрам, автоматически вводимым с метеостанции, подключаемой к ППРД БС.

Программа обеспечивает автоматический ввод результатов измерений метеостанции, которая может входить в состав бортовой станции РНС «Крабик-БМ». Используя эти данные, определяется индекс рефракции атмосферы и скорость распространения сигналов для текущих погодных условий (температура, давление и влажность воздуха), измеренных в месте нахождения БС [12].

В нижней части приведенного на рис. 3 окна показан виджет выдаваемой в результате расчетов информации. При этом выводится как массив данных, поступающих от ППРД (вкладка «raw»), так и другие промежуточные параметры, требуемые для контроля правильности выполнения всех операций, предусмотренных алгоритмом обработки измеренных значений.

На рис. 3 показан вид вкладки «Координаты», на которой отображаются координаты БС в заданной системе координат. Следует отметить, что программой обеспечивается расчет и отображение значений координат в прямоугольной системе координат Гаусса (вкладка «XY»), а также географических координат, которые выводятся в трех форматах:

- градусы с плавающей точкой (вкладка «гг.ггг»);

- градусы, минуты с плавающей точкой (вкладка «гг мм.ммм»);

- градусы, минуты, секунды с плавающей точкой (вкладка «гг мм сс.ссс»).

Кроме того, вычисляются и выводятся оператору параметры эллипса погрешностей определения координат объектов, в частности, на рис. 3 отображаются такие параметры эллипса погрешностей, как большая и малая полуось, направление большой полуоси, а также среднеквадратическая погрешность определения координат БС. Используя указанные параметры, пользователь может судить о точности измеренных координат.

В нижней части окна выводимой информации о координатах БС отображаются сообщения NMEA-0183, выдаваемые во внешние устройства. Рабочая программа обеспечивает вывод координат и измеренных дальностей во внешние устройства в соответствии с протоколом NMEA-0183 (международный стандарт IEC 61162-1) [20]. Программа обеспечивает выдачу во внешние устройства следующих сообщений: GLL, OSD, VTG, ZDA, КМС [20]. Кроме того, для выдачи значений измеренных радиодальностей используется собственное сообщение DAL, в составе которого во внешние устройства выводятся значения расстояний между БС и соответствующими ОС, а также значения координат БС в прямоугольной системе Гаусса.

Программа обеспечивает расчет скорости движения БС, которая выводится в м/с, км/ч и узлах. Для уменьшения случайных погрешностей измерений фазовых сдвигов используется программная фильтрация полученных значений как на этапе обработки измеренных значений фазовых сдвигов, так и после расче-

та координат. Для сброса фильтров и приведения их в исходное состояние используется кнопка «Сброс» (рис. 3).

В качестве сервисных задач, помогающих при вождении судов, реализован расчет параметров маршрутной навигации, таких как длина всего маршрута и текущего галса, пройденное и оставшееся расстояние на маршруте и на галсе, боковое отклонение от заданной линии галса, маршрутные координаты БС, полученные как проекция на заданную линию пути, путевой угол движения БС. Предусмотрено также непрерывное вычисление расстояния и угла пеленга на заданную пользователем точку, названную в программе специальным пунктом, что позволяет в любой момент времени знать положение БС относительно нее. Имеются возможности запоминания на экране заданной маршрутной точки (МТ) при нажатии кнопки «МТ», что может быть использовано для занесения координат текущей точки в судовой журнал. При этом вместе с координатами запоминается также время фиксации момента прохождения заданной МТ.

Вышеописанная программа в настоящее время разрабатывается в кроссплатформенной среде программирования Qt и обеспечивает работу под управлением операционной системы Windows XP/7. Обеспечение запуска программы под управлением других операционных систем, например Linux или Android, требует только перекомпиляции исходного кода [21]. Это позволит в дальнейшем отказаться от использования операционной системы Windows и перейти к работе в среде операционных систем с открытым исходным кодом.

Заключение. В настоящее время при непосредственном участии авторов статьи проводится разработка и тестирование программного обеспечения программируемой логики и процессорной системы на отладочных платах СнК Zynq-7000, а также разработка программного обеспечения вторичной обработки результатов измерений, выполняемых бортовой станцией.

Выполнение модернизации РНС в соответствии с рассмотренными выше направлениями дает основания ожидать не только повышение надежности и снижение массогабаритных показателей ППРД РНС, но и появление новых возможностей для дальнейшего совершенствования алгоритмов обработки информации, измерение параметров сигналов и расширение функциональных возможностей РНС за счет существенного возрастания используемых вычислительных мощностей и емкости элементной базы.

В частности, могут быть решены следующие задачи:

- метрологическое тестирование и автоматизированная самодиагностика аппаратуры ППРД не только на этапе изготовления и испытаний, но и на этапе эксплуатации изделия;

- использование сложных сигналов для повышения устойчивости к воздействию помех и отраженных сигналов;

- реализация режима цифровой служебной связи между станциями РНС как в процессе функционирования, так и развертывания системы.

Все это позволит и далее успешно использовать РНС «Крабик-БМ» для решения возложенных на нее задач, тем более, что более чем 10-летний опыт серийного выпуска и эксплуатации системы показывает, что она является весьма востребованной как автономная навигационная система для решения задач определения координат объектов на морских акваториях.

Библиографические ссылки

1. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / В. С. Шебшаевич [и др.] // под. ред. П. П. Дмитриева, В. С. Шебшаевича. М. : Радио и связь, 1982. 272 с.

2. Алешечкин А. М. Определение угловой ориентации объектов по сигналам спутниковых радионавигационных систем : монография / Сиб. федер. ун-т, Красноярск. 2014. 176 с.

3. Фазовращатели, калибраторы фазы, эталоны фазового сдвига, фазовые измерения в радионавигации : монография / В. М. Сапельников [и др.]. 2-е изд., доп. Уфа : РИЦ УГНТУ, 2014. 275 с.

4. Бондаренко В. Н., Кокорин В. И. Широкополосные радионавигационные системы с шумоподоб-ными частотно-манипулированными сигналами. Новосибирск : Наука, 2011. 260 с.

5. Кокорин В. И. Радионавигационные системы и устройства : учеб. пособие. Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2006. 175 с.

6. Направления модернизации радиогеодезического комплекса «Крабик-БМ» / П. А. Лопардин [и др.] // Системы связи и радионавигации : сб. тр. Всерос. нуч.-техн. конф. Красноярск : ОАО «НПП «Радиосвязь», 2014. С. 114-115.

7. Алешечкин А. М., Бондаренко В. Н., Кокорин В. И. Основные направления разработки радионавигационной аппаратуры в Красноярском государственном техническом университете // Известия вузов. Радиоэлектроника. 2007. № 5. С. 62-73.

8. Высокоточная радионавигационная система для морских потребителей / А. М. Алешечкин [и др.] // Гироскопия и навигация. 2004. № 2. С. 5-12.

9. Алешечкин А. М., Кокорин В. И. Радионавигационная система для определения точных координат акваториальных геологоразведочных и горных выработок // Маркшейдерский вестник. 2003. № 2. С. 54-57.

10. Алешечкин А. М. Вероятность правильного устранения неоднозначности в фазовой радионавигационной системе «Крабик» // Гироскопия и навигация. 2009. № 3. С. 74-82.

11. Алешечкин А. М. Повышение достоверности оценок радионавигационных параметров в радионавигационных системах с фазовыми датчиками // Датчики и системы. 2009. № 7. С. 25-29.

12. Феоктистов Д. С., Алешечкин А. М. Использование морской радионавигационной системы «Кра-бик» для координатного обеспечения наземных объектов // Решетневские чтения : материалы XVII Меж-дунар. науч. конф., посвящ. памяти генер. конструктора ракетно-космич. систем акад. М. Ф. Решетнева :

в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. Ч. 1. С. 157-159.

13. Исследование методов определения относительных координат группы объектов / А. М. Алешечкин [и др.] // Вестник СибГАУ. 2013. Вып. 3(49). С. 114-118.

14. Гейман В. Н., Алешечкин А. М. Использование дальномерной радионавигационной системы для обеспечения посадки вертолетов [Электронный ресурс] // Современные проблемы радиоэлектроники : сб. науч. тр. / науч. ред. С. П. Панько ; отв. за вып. А. А. Левицкий ; Сиб. федер. ун-т. Электрон. дан. 32 МБ. Красноярск, 2014. C. 223-227.

15. Алешечкин А. М., Гейман В. Н. Система посадки вертолетов // Актуальные вопросы исследований в авионике: теория, обслуживание, разработки : сб. тезисов докл. Всерос. науч.-практ. конф. «Авиатор». Воронеж. 2013. С. 87-88.

16. Zynq-7000 All Programmable SoC Technical Reference Manual [Электронный ресурс]. UG585 (Vol. 1.10). 2015. February 23. URL: http://www.xilinx. com/support/documentation/user_guides/ug585-Zynq-7000-TRM.pdf, (дата обращения: 01.04.2015).

17. Zynq-7000 All Programmable SoC SoftWare Developers Guide [Электронный ресурс]. UG821 (Vol. 10.0). 2015. March 10. URL: http://www.xilinx.com/ support/documentation/user_guides/ug821-zynq-7000-swdev.pdf, (дата обращения: 01.04.2015).

18. Aleshechkin A. M. Accounting for Signal Travel Speed In Maritime Radiopositioning // Proceedings of 17th Saint Petersburg International Conf. on Integrated Navigation Systems (31 May - 02 June 2010, Saint Petersburg) / State Research Center of the Russian Federation Concern CSRI Elektropribor, JSC. Saint Petersburg, 2010. P. 276-278.

19. Агафонников А. М. Фазовые радиогеодезические системы для морских исследований. М. : Наука, 1979. 164 с.

20. Международный стандарт IEC 61162-1:2000. Maritime navigation and radiocommunication equipment and systems - Digital Interfaces. Part 1. Single talker and multiple listeners [Морская навигация и оборудование и системы радиосвязи]. International Electrotechnical Commission, 2000. 129 с.

21. Шлее М. Qt. Профессиональное программирование на С++. СПб. : БХВ-Петербург, 2005. 544 с. : ил.

References

1. Shebshaevich V. S. Setevye sputnikovye radio-navigatsionnye sistemy [Network satellite radio navigation system]. Moscow, Radio i svyaz Publ., 1982, 272 p.

2. Aleshechkin A. M. Opredelenie uglovoy orien-tatsii ob ' 'ektov po signalam sputnikovykh radionavigat-sionnykh system [Determination of the angular orientation of the objects by the signals of satellite navigation systems]. Krasnoyarsk, Sib. feder. un-t Publ., 2014, 176 p.

3. Sapel'nikov V. N. Fazovrashchateli, kalibratory fazy, etalony fazovogo sdviga, fazovye izmereniya v ra-dionavigatsii [Phase shifters, phase calibrators, standards

of the phase shift, phase measurements in radionavigation]. Ufa, RITs UGNTU Publ., 2014, 275 p.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. Bondarenko V. N. Shirokopolosnye radionavigat-sionnye sistemy s shumopodobnymi chastotno-manipuli-rovannymi signalami [Broadband radio navigation system with noise- frequency manipulate the signals]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2011, 260 p.

5. Kokorin V. I. Radionavigatsionnye sistemy i us-troystva [Navigation systems and devices]. Krasnoyarsk, KGTU Publ, 2006, 175 p.

6. Lopardin P. A. [Directions of modernization ra-diogeodetic complex "Krabik-BM"]. Napravleniya mod-ernizatsii radiogeodezicheskogo kompleksa "Krabik-BM". Krasnoyarsk, AO "NPP "Radiosvyaz" Publ., 2014, P. 114-115.

7. Aleshechkin A. M. [The main lines of development of navigational equipment at Krasnoyarsk State Technical University]. Izvestiya VUZov. Radioelektronika. 2007, No. 5, p. 62-73 (In Russ.).

8. Aleshechkin A. M. [High-precision navigation system for marine users]. Giroskopiya i navigatsiya. 2004, No. 2, P. 5-12 (In Russ.).

9. Aleshechkin A. M. [Navigation system to determine the exact coordinates of the offshore exploration and mining]. Marksheyderskiy vestnik. 2003, No. 2, P. 54-57 (In Russ.).

10. Aleshechkin A. M. [The probability of correct disambiguation phase in radio navigation system "Krabik-BM"]. Giroskopiya i navigatsiya. 2009, No. 3, P. 74-82 (In Russ.).

11. Aleshechkin A. M. [Increasing the reliability of estimates of the parameters in the navigation radio navigation systems with phase sensors]. Datchiki i sistemy. 2009, No. 7, P. 25-29 (In Russ.).

12. Feoktistov D. S. [Use of marine radio navigation system "Krabik" for coordinate provision of ground objects]. Materialy XVII Mezhdunar. nauch. konf., pos-vyashch. pamyati gener. konstruktora raket.-kosmich. sistem akad. M. F. Reshetneva: v 2 ch. [Reshetnev Readings: materials XVII Intern. scientific. conf. is devoted of memory general designer of rocket and space systems acad. Reshetnev]. Krasnoyarsk, 2013, Vol. 1, P. 157-159.

13. Aleshechkin A. M. [The study of methods for determining the relative coordinates a group of objects]. VestnikSibGAU. 2013, No. 3(49), P. 114-118 (In Russ.).

14. Gey man V. N. [Using rangefinder navigation system for helicopter landing]. Sovremennye problemy radioelektroniki. 2014, p. 223-227.

15. Aleshechkin A. M. [Helicopter landing system]. Aktual'nye voprosy issledovaniy v avionike: teoriya, obsluzhivanie, razrabotki: sb. tezisov dokl. Vseross. nauch.-prakt. konf. "Aviator" [Recent research questions in avionics theory, maintenance, development]. Voronezh, 2013, P. 87-88 (In Russ.).

16. Zynq-7000 All Programmable SoC Technical Reference Manual. UG585. Available at: http://www. xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug5 85-Zynq-7000-TRM.pdf (accessed 02.01.2015).

17. Zynq-7000 All Programmable SoC SoftWare Developers Guide. UG821. Available at: http://www. xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug821-zynq-7000-swdev.pdf (accessed 02.01.2015).

18. Aleshechkin A. M. Accounting for Signal Travel Speed In Maritime Radiopositioning. Proceedings of 17th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. State Research Center of the Russian Federation Concern CSRI Elektropribor, JSC. Saint Petersburg, 2010, P. 276-278.

19. Agafonnikov A. M. Fazovye radiogeodeziches-kie sistemy dlya morskikh issledovaniy [Phase radiogeo-detic systems for marine research]. Moscow, Nauka Publ., 1979, 164 p.

20. International Standard IEC 61162-1:2000. Morskaya navigatsiya, oborudovaniye i sistemy radiosvyazi [Maritime navigation and radiocommunication equipment and systems]. International Electrotechnical Commission, 2000, 129 p.

21. Shlee M. Qt. Professional'noe programmirovanie na S++ [Qt. Professional programming in C++]. Saint Petersburg, BKhV-Peterburg Publ., 2005, 544 p.

© Алешечкин А. М., Феоктистов Д. С., 2015

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.