OSQZSS

オープンソース準天頂衛星(QZSS)受信機

GPS信号の送信と電波法

2015-08-31 17:51:47 | GPS Signal Simulator
GPS信号の送信用にパッシブアンテナを探していたら
taoglasのターミナルアンテナが可愛らしかったので購入.



とても小型でデモ用にはぴったり.
GPSだけではなく,GLONASSやBeiDouにも対応しています.

とはいえ,勝手に電波を出すわけにはいきませんので,
電波法を調べてみました.

GPS信号を送信するデバイスとして,IMESがあります.
IMESは,日本の電波法としては送信出力が微弱無線に相当するため,
免許不要で送信機の設置や運用ができます.

TELECのページを見ても,微弱無線局の場合は,第3者機関が試験を行うと
ユーザも安心して使えますというだけで,特定無線設備のように
技術基準適合証明(技適マーク)が必要というわけではないようです.

どうやら,微弱無線局の規定を守っている限り,GPS信号の送信であっても
電波法としては問題なさそうです.

実際の電界強度は,電波暗室の中などで測っておかないといけませんが,
IMESの運用を見る限り,数m先で受信できる程度の電力は出せそうです.

【追記】地上におけるGPS信号の受信電力を参考に,電界強度を概算してみます.
GPSのICDでは,地上における受信電力を-130dBm以上と規定しています.
そのため,受信の条件が良い場合,20dBほど高い-110dBmの電力が期待できます.

この受信電力から,e・オータマのEMC資料集で公開されている電界強度計算式を用いて,
電界強度を求めてみます.

e・オータマ:EMC資料集

taoglasのターミナルアンテナは,最大利得が-0.55dBiですので,0dBiと仮定します.
GPS信号の周波数は1575.42MHzですので,波長は0.19mとなります.
インピーダンスは50オームなので,アンテナファクターが17.1dB/mとなります.

これから,電界強度は,Er=-110 + 17.1 + 107=14.1dBμV/m=25.7μV/mと求まります.

GPSの周波数における微弱無線局の電界強度の許容値は35μV/mですので,
シミュレータの送信アンテナから3m以内に設置されたGPS受信機の受信強度が
通常のGPS信号と同程度であれば,シミュレータは微弱無線局として免許不要で
運用できそうです.
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SatGen V3でNMEA生成

2015-08-26 15:13:37 | GPS Signal Simulator
前回のテストで,滑らかなユーザモーションが生成できず残念な結果となった
NMEA生成ソフトウェアですが,LabSatのサポートから,無償版のSatGenに
実装されている速度プロファイルの生成アルゴリズムは古いものであり,
高頻度の軌跡生成では,正常に動作しないとコメントをいただきました.

製品版のSatGen v3でも,I/Qサンプルだけではなく,NMEAファイルの生成が
できるとのことなので,早速ためしてみました.こちらの速度プロファイル生成
アルゴリズムはアップデートされており,滑らかな軌跡が生成できるそうです.

LabSatのwebサイトから,SatGen v3 Softwareをダウンロードします.
認証用のUSBドングルがないと,評価版として機能制限があるようです.

LabSat: Software & Firmware

インターフェイスは無償版と異なりますが,Google Earthで描いたkmlファイルを,
Import fileから読み込みます.また,Update rateは10Hzに設定します.

 (クリックで拡大)

Create scenarioボタンを押すと,I/Qサンプルデータ以外にNMEA fileがプルダウン
メニューから選ぶことができます.OKをクリックすれば,NMEAファイルが生成されます.

NMEAファイルをnmea2umでユーザモーションに変換し,加速度プロファイルを見てみると,
確かにoutlierがなくなり,滑らかになっています.

 (クリックで拡大)

さて,このユーザモーションからシミュレーションデータを生成し,bladeRFで
再生してみると,みごとGoogle Earthで描いた軌跡を再現してくれます.
しかも,受信信号の品質を示すQiの値も,最大値の7で安定しています.

 (クリックで拡大)

とても便利なSatGen v3ですが,評価版のままでは30日間しか使えないようです.
無償版のNMEA生成ソフトウェアのアルゴリズムも,アップデートして欲しいな.

とりあえず,gps-sdr-simもNMEAファイルを直接読み込めるようにしよう.

【追記】NMEAファイルも読めるように,オプションを追加しました.

GitHub: osqzss / gps-sdr-sim
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GPS Spoofing at DEF CON 23

2015-08-22 11:16:14 | GPS Signal Simulator
メモ

GPS Spoofing: Low-cost GPS simulator

コード,公開しないのかな.

【追記】GPS信号が模擬できることと,受信機をspoofingできるかどうかは別問題.

Forbes: Hacking A Phone's GPS May Have Just Got Easier
コメント (2)
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bladeRF player

2015-08-01 17:23:16 | GPS Signal Simulator
GPS信号シミュレータのリアルタイム化に向けて,まずはファイルから
I/Qサンプルを読みだしてTXするだけの機能をbladeRFで実装してみました.

GitHub: osqzss / gps-sdr-sim / player

bladeRFのsynchronous data transmissionは優秀で,特にトラブルなく
さっくりと動いてくれました.

 (クリックで拡大)

gps-sdr-simでのI/Qサンプルの生成も,実時間より随分速く動いてくれているので,
ファイル読み出しの部分を置き換えるだけでリアルタイム化できると期待.


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LIVAでリモートデスクトップ

2015-07-28 13:40:12 | GNSS-R
さらにメモ.

平塚沖総合実験タワーでの定点観測とは別に,マルチコプタによる
リモートセンシングも実施します.

データの取得には,小型PCのLIVA Windows 8.1 with Bingを使います.
LIVAは5V/3Aのモバイルバッテリでも動作する優れモノ.
今回はCheeroのPower Plus 3を選びました.



ANKERのAstro E4も試したのですが,どうもPowerIQが邪魔をするのか,
LIVAの消費電力が下がると,勝手にシャットダウンしてしまいます.

さて,基本的に動作は定点観測と同じなのですが,LIVAのために外部ディスプレイを
持ち運ぶのは不便です.そこで,WiFi経由のリモートデスクトップで,ノートPCや
タブレットからアクセスすることにします.

pclinks.jp: ECS LIVA ワイアレス化!コマンドラインでゴニョゴニョやる変態編

ところが,リモートデスクトップのホストになれるのはWindows 8.1 Proからで,
LIVAにインストールされているWindows 8.1 with Bingではサポートされていません.

これだけのためにWindows 8.1 Proを買うのもなんだなと調べていたら,
こんなタイムリーな記事を発見.Google先生,ありがとう!

ジャンカーな日記: Windows 8.1 with Bing で リモートデスクトップを使う方法

RDP Wrapper Libraryをさっくりとインストール.
LIVAにリモートデスクトップでアクセスできるようになりました.



さて,次はこいつをマルチコプタに搭載するマウントを作ろう.



【追記】Androidでもいける!

Google Play: Microsoft Remote Desktop



【追記2】同じANKERでもLIVAでの動作実績のあるAstro E3を購入.
PowerIQを搭載しているのに,こっちは問題なく動きます.不思議.

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タスクスケジューラ

2015-07-25 15:19:41 | GNSS-R
メモ.

平塚沖総合実験タワーのGNSS-R観測では,データ取得のプログラムを
定期的に実行する必要があります.



Linuxであればcronがありますが,Windowsではタスクスケジューラを
使うことになります.タスクスケジューラでは,毎日何時に実行の
ような指定は出来ても,毎分のような細かな指定はできないと勝手に
思い込んでいましたが,どうやらそんなことはないようです.

Tech TIPS: Windowsのタスクスケジューラーで数分おきにプログラムを繰り返し実行する

ウィザードでタスクを作成してから編集という回りくどい作業ですが,
これでわざわざcronのためにcygwinをインストールする必要もありません.

ところが,今度はタスクスケジューラで登録したbatファイルが
まったく動いてくれません.これもあれこれ悩んだあげく,
Google先生に質問してみたら,簡単に答えが見つかりました.

ブログだいちゃん: タスクスケジューラに登録したバッチファイルが動かない

これで定点観測用のシステムがそろいました.
また船で実験タワーに渡って,次はアンテナを建てる!

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New bladeRF

2015-07-23 12:13:29 | GPS Signal Simulator
GPS信号シミュレータの開発が楽しくなってきたので,
bladeRFをもう1台購入しました.



同期させてGPS+GLONASSとかできないかな.

設計の見直しがあったのか,FPGAのパッケージが違っていたりと,
ところどころに変更があります.

地味にショックだったのが,USB 3.0コネクタ形状の変更.
micro-Bから標準のBタイプに巨大化しています.



おかげで,以前購入していたケースにフィットしません.
知っていれば,新しいケースも一緒に注文したのに…

ひとつ余ってしまった旧ケース,どなたか使われますか?



【追記】webストアのケースの写真は,micro-B対応のままだったので,
新しい基板用のケースはあるのか,問い合わせてみました.

今後出荷される基板のUSBコネクタは,すべて標準のBタイプとなり,
新しいケースの上面は,干渉しないようにカットされているそうです.

ケースだけ注文すると送料の方が高いくらいなので,旧ケースを
自分でカットするかな.

【追記2】超音波カッターをお借りして,ケース上面をカット.
なかなか綺麗にできました.



【追記3】新しいケースの写真を見つけた.随分と大きくカットしているのね.
コネクタの後ろの隙間がどうも気になる.

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SKYDEL GNSS simulator

2015-07-21 08:35:12 | GPS Signal Simulator
読んでる.

Inside GNSS: Software-Defined GNSS Simulator: A Step Forward

GPUの利用や内部のアルゴリズムについて知りたかったのに,
まったく情報なし.

ほとんどがキネマティック測位の話で,がっくり.
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firefly2の動作試験

2015-07-13 15:01:33 | 小型衛星
宇宙機搭載用GNSS受信機のfireflyが,さらに小型化されました.
とりあえずfirefly2と命名.

機能は変わらず,パッケージサイズが17mm×22mmから,
13mm×15mmになっています.

早速,動作試験のために評価基板を製作.
fireflyと同じようにElecrowに発注したのに,
今回のPCBはなぜか血のように鮮烈な赤です.



動作試験には,もちろん自作のGPS信号シミュレータを使います.
ユーザモーションに,satellite.csvを追加しました.

GitHub: osqzss / gps-sdr-sim



高度440kmを時速27,430km(秒速7.6km)でフライトしている
衛星の測位ですが,コールドスタートから37秒でfirst fixをしています.

(クリックで拡大)

ご興味のある方は,センサコムまでお問い合わせください.
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GPS信号シミュレータでRTK

2015-07-02 11:26:52 | GPS Signal Simulator
gps-sdr-simでこれまでゼロに初期化していた搬送波位相ですが,
実験的に初期化ルーチンを追加しました.

ユーザモーションとして,時速30kmほどで半径100mの円を描くroverと,
その中心に置かれたbaseを準備します.

GitHub: osqzss / gps-sdr-sim / rtk

これらのシナリオを別々にシミュレータで実行して,roverとbaseの
RAWデータを取得します.

RTKLIBでキネマティック測位をしてみると,なんとかFIXしてくれました.

 (クリックで拡大)

 (クリックで拡大)

 (クリックで拡大)

いろいろと不満な点は残りますが,手始めとしてはまずまずの結果です.

【追記】キネマティック測位の誤差をプロットしてみました.

 (クリックで拡大)

DOPの割に上下方向の誤差が水平方向に比べて随分の大きいのは,
bladeRFに搭載されているTCXOの安定性が低いためかと思われます.

レンジをサンプリング毎に計算するのではなく,ある周期でレンジレートを
積算しているだけなので,水平方向には受信機のダイナミクスによる周期的な
誤差も発生しています.

南北方向にのみ,1cmのオフセットが生じているのは今のところ原因不明.

【追記2】ゼロベースラインだと,上下方向にオフセットが発生する.

 (クリックで拡大)

謎は深まるばかり.
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