はじめてのGNSS-SDRLIB

残念ながらGN3S v2はGNSS-SDRLIBに接続できなかったので，
マニュアルに従って，IFファイルの読み込みを試してみました．

サンプルのIFファイルとして，test/data/IF_GN3S.binが付属しています．

まず，gnss-sdrgui.exeを起動して，Input TypeにFileを選択します．
そして，FrontEnd1にサンプルのファイル名を選びます．

サンプルファイルは，2ビットのI samplingで，サンプリング
周波数は16.368MHz，中間周波数は4.092MHzになります．
これらのパラメータをSettingのFrontEnd1に入力します．

Outputとしては，まずRINEXを選んでみました．適当な出力フォルダを
選ぶと，そこにephemerisとobservationのRINEXファイルが出力されます．

衛星は全部選んでも良いのですが，計算時間を節約するために
test/data/skyplot_20130510_0827(UT).jpgで観測されている衛星のみを選びました．



これでStartボタンをクリックすると，信号補足と追尾が開始されます．
その左のMボタンをクリックすると，処理の状況がモニタできます．



無事にRINEXファイルが生成されたので，RTKLIBのRTKPOSTを利用して後処理してみました．
ばらつきもRMSで2m程度と，なかなかの測位精度が得られています．





次に，疑似的なリアルタイム処理として，GNSS-SDRLIBから出力された観測値を，
RTCMフォーマットでRTKNAVIに入力してみます．

RINEXとの違いは，Outputの設定でRTCM MSMを選択するだけです．
RTKNAVIの設定は，マニュアル通り．

ちょっと面倒なのが，PCの時刻をIFファイルが取得された近辺の時刻に
設定し直さないといけないことでしょうか．日本標準時はUTCから9時間進んで
いますので，2013年5月10日の17:27:00に設定します．



これで準備が整いましたので，RTKNAVIとGNSS-SDRLIBをスタートさせます．
しばらくすると，信号補足が完了し，観測データとエフェメリスがRTKNAVに出力されます．



ひとつリクエスト．

gnss-sdrgui.exeを起動するたびに，設定を入力し直さないといけないのは不便なので，
前回の設定を覚えていてくれると嬉しいです．または，設定がSave/Loadできるとか．

GNSS-SDRLIBの公開

楽しみにしていたGNSS-SDRLIBのベータ版が公開されました．

Taro +memo：GNSS-SDRLIB

公式なサポートではないみたいだけど，GN3S v2が手元にあるので，
とりあえず試してみます．

RTL-SDRともインターフェイスを取りたい．
RTL2832U+R820Tのチューナ待ちです．

【追記】チューナが届く前に予習．

RTL2832U+R820Tは，これまでのRTL2832U+E4000の代わりとして
人気があるようだ．E4000では1100MHzから1250MHzにギャップが
あったようだが，R820Tでは24MHZから1766MHzまで受信できるらしい．
つまり，E4000では受信できなかったGPS L2やL5の信号もR820Tでは
受信できることになる．

しかし，サンプリング周波数は最大で3.2MHz．データ落ちなく
連続して取得するためには，2.4MHz程度が限度らしい．zero IFの
I/Qサンプリングなので，帯域はサンプリング周波数と同程度．
GPS L1/CAやL2Cは受信できるが，L5は無理．帯域が4MHzの
GalileoやBeidouも難しいかも．FDMAのGLONASSは除外．

発振器の精度や安定性も低いのは仕方がない．
それでも$20以下で充分楽しめそうなデバイスだ．

【追記2】GN3S v2とv3は，ハードウェアからして違っていた…

GNSS@CCAR, CU Boulder: Front End Hardware Module

v2はTCXOの周波数が微妙に異なり，IFも8MHzでのI/Qサンプリングに固定．
GNSS-SDRLIBの勉強がてら，v2のサポートを加えてみよう．

Sonnet Liteで解析

終日稼働中の実験機器を見守る傍ら，sonnet liteでwraparound antennaの解析を進める．

昨日，勢い余って購入したアンテナ入門の本は，付属CDにsonnet liteのインストーラが
入っているだけでした．各章で紹介されているプロジェクトも入っているものだと期待して
いたのに残念．正直，説明されていないことが多くて，同じ結果を出すのに一苦労．

特にパッチアンテナの解析では，Boxの設定でBottom MetalをLosslessに設定しなければ
ならないことにしばらく気づかず，はまってました．

それでもなんとか，それっぽい結果が出たような出ないような？





リターンロスはGPSの周波数あたりで小さくなっているけれど，電流分布が期待して
いたものとやけに違う．基本的にパッチアンテナなので，radiatorの上下端面で電流が
ゼロになり，半波長方向の中心部で最大になるような帯状になるのでは？

メッシュサイズの関係で，Boxがやけに小さいのも問題かもしれない．
メモリサイズを削減するためにedge meshingもないし，subsectionsも粗い．

正解が判らないので，とりあえず単体のパッチアンテナを作ってみた．



こんな感じを期待しているのだけれど，違うのかな？

【追記】給電の方法が間違っている気がしたので修正．電流分布は帯状になった．
共振周波数がずいぶんと低いけど，メッシュサイズの関係で寸法の丸め誤差も
大きいので，こんなものかな？

GNSS-SDRLIB

GNSS-SDRLIBの開発が着々と進んでいるようだ．
ベータ版が楽しみ．

Taro +memo：GNSS-SDRLIB

ユーザを広げるには，フロントエンドの価格がネックだと思う．
研究者だけでなく，ホビーユーザにも楽しんでもらいたい．

RTL-SDRでGPS信号の受信が報告されているので，
とりあえずチューナを購入して実験してみよう．

HACK A DAY：Those USB TV tuners used for SDR can also grab GPS data

需要があればMAX2769でGN3Sのクローンを作るよ！

マイクロストリップラインの計算

PSASの記事を参考に，wraparound antennaを設計してみました．

アンテナは，一枚のradiatorとマッチングネットワークで構成されます．



radiatorの横幅は，ロケットの直径で決まります．
能代宇宙イベントなどで打ち上げられているハイブリッドロケットの
直径は12cmくらいのようでしたので，とりあえずこれで設計を進めます．

一方，radiatorの高さは，マイクロストリップラインの実効的な波長に依存します．
radiatorとground間の誘電率が高ければ，より小型のradiatorとなります．

GPS信号の波長は19cmですので，これでradiatorとマッチングネットワークの接点での
インピーダンスが求まります．feedの数を4本とすると，約120オームとなります．

このfeedを，マイクロストリップの1/4波長のラインを介して，100オームのラインに接続します．
このラインのインピーダンスは，sqrt(120×100）から約110オームと求まります．

100オームのマイクロストリップラインの中心をfeedとすると，その点のインピーダンスは，
50オームになります．これをまた1/4波長のラインで，次段の100オームのマイクロストリップ
ラインに接続します．このラインのインピーダンスは，sqrt(50×100）から約70オームとなります．

次に，これらマッチングネットワークのマイクロストリップラインの幅を計算します．
計算式は複雑ですが，AppCADなど便利なソフトウェアがいろいろあります．

一般的なPCB基板に使われるFR-4は，誘電率が1GHzで4.4になります．
銅箔の厚さを20ミクロン，誘電体の厚さを1.6mmとすると，radiatorと繋がる110オームの
マイクロストリップラインの幅は約0.5mmとなります．

また，この時のアンテナ全体の高さは，radiatorとマッチングネットワーク2段分を合わせて，
約9cmです．

一方，誘電率を10にしてみると，アンテナ全体の高さは6cmになり小型化されますが，
110オームのマイクロストリップラインの幅が0.12mmと，細くなりすぎてしまいます．

材料の入手性にもよりますが，製造における現実的な線幅を考えると，誘電率は4程度が
上限かと思います．

誘電体の材料をどこで入手できるのか調査しないといけませんが，プリント基板用の
プリプレグを硬化させないで巻きつければ良いのかな？

中尾貿易：高周波用プリント基板材料

フレキシブル基板は，プリント基板センターPBで，250×400mmまで対応してくれる．
ただし，価格は39,800円から．

ここまでくるとアンテナ解析ソフトでシミュレートしてみたいけど，どれも高価です．
無料のSonnet Liteで解析できる？

【追記】書店に出かけて参考書を購入．

オーム社：電磁界シミュレータで学ぶアンテナ入門



【追記2】見よう見まねでsonnet liteを試す．



radiatorのサイズと比較して，マイクロストリップラインが細いので，
必然的にメッシュが細かくなる．案の定，liteではメモリが足りない…

ラップアラウンドアンテナ

モデルロケット用のGPSアンテナに，wraparound antennaを
自作してみたいなと思い，勉強を始める．

アルミボディの上に，誘電体と銅箔さえあれば良い訳なので，
まずは材料探し．

銅箔部は，フレキシブル基板で製造して，巻きつけようと思う．
しかし，なかなか大きなフレキシブル基板を製造してくれる会社がない．
直径が10cmの円筒でも，30cm以上の長さが必要になる．

大型基板で検索してみたら，プリント電子研究所という会社が見つかった．
アンテナ用の片面フレキシブル基板が500×2000mmまでいける．

プリント電子研究所：片面フレキシブル配線板

アンテナを小型化するために，誘電体は高誘電率の材料が欲しい．
誘電率が10あれば，マイクロストリップラインの実効的な波長は
19cm/sqrt(10) = 6cmにできる．かつ，曲げられないと意味がない．

どんなキーワードで検索すれば良いのか判らずに苦労したけれど，
利昌工業の高周波機器用プリント配線基板材料を発見．
厚さは0.6mmなので，巻きつけられそう．

利昌工業：CS-3396

ところで，wraparoundって，Haigh-Farr社のトレードマークみたいですね．
Conformal microstripの方が一般的なのだろうか？

【追記】無骨なブレードアンテナにも惹かれる．

UB Corp：Blade Antennas

RTKLIB for NV08C

NVS社のニュースにRTKLIBによるNV08Cのサポートが
大々的に取り上げられている．

RTKLIB Open Source GNSS Precise Positioning Software Package Now Supports NVS Technologies’ NV08C Receiver Series.

まるで公式ツールみたいだな．
それより，Storegisを何とかしてくれよ．

NV08Cのファームウェアもv0206にアップデートされたようだ．
後で試してみよう．

NV08C-CSM Firmware

【追記】備忘録．ファームウェアのアップデートには，
NVS社が提供するPatchWriterを使う．ポートを選んで
後はAutoで接続すれば，勝手にスキャンしてくれる．
デバイスが見つかったら，Programmingボタンを
クリックして書き込み．

GPS/GLONASSアンテナ

一年ぶりにNV08Cを復活させました．
いまごろ気付いたけれど，評価キットのケースの向きがそれぞれ違う．
大雑把だな，ロシア．



いろいろ思い出しながらPCに接続したのだけれど，
どうしても片方の受信機で信号が受信できない．
どうやら，付属のアンテナが壊れているようだ．



このアンテナ，NVS社のロゴが入っているけれど，
多分中身はTallysmanのTW2410．

Tallysmanのアンテナは，ややお高いが，受信信号の品質が良い一品．
そんなアンテナが動かないなんて，
もう，分解するしかないじゃない．

プラスチックのケースは，ネジ止めではなく，ツメに引っ掛けて
はめ込んでいるようなので，無理やりドライバでこじ開ける．



錆びてました…

フラックスの洗浄がいいかげんなのか，シールがいまひとつで
湿気が中に入ったのか，とにかくひどい状態．

　（クリックで拡大）

基板のロゴが，やっぱりTallysmanでした．

給電点はふたつ．
これでGPSとGLONASSに分けているのか，それとも単に広帯域にしているのか．

真ん中の一番大きな部品が，どうやらpower combiner．
ネットで探してみたけれど，多分これはEMC Technology & Florida RF Labsの
HybriX PTFE Hybrid Couplerのうち，1400〜1700MHzのHPGシリーズ．

その左下の正方形の部品は，SAWフィルタだろうな．

放射素子は円形のパッチアンテナ．



指紋だらけだよ…

【追記】ふと思いついたのだけど，二つの給電点が，
それぞれ垂直，水平の直線偏波で，それをカプラで
90度位相をずらして合成して，円偏波にしているのかな？

リアルタイムソフトウェアGNSS受信機

測位航法学会のセミナーで紹介されたリアルタイムソフトウェア
GNSS受信機の資料とソースコードがアップされている．

Taro +memo：信号捕捉のサンプルプログラム

セミナーの実習では，オフラインで信号捕捉までだったようだ．
機能的には，信号追尾や疑似距離生成もしてくれるのだろうか？

後で試してみよう．

European Satellite Navigation Competition 2013

測位航法学会でキックオフのアナウンスがありますが，
今年のEuropean Satellite Navigation Competitionに
Japan Regional Prizeが加わりました．

ESNC: Japan Regional Prize

測位衛星を利用したビジネス提案のコンペティションで，
誰でも参加できます．応募締切りは6月末と早いです．

賞金は5,000ユーロ！
優勝者は，ドイツで開催される本選にノミネートされます．

単なるアイディアだけではなく，ビジネスプランが求められます．
もちろん書類は全部英語．

どしどしご応募ください．

【追記】ESNCでは，様々なカテゴリの賞があり，賞金の総額は1,000,000ユーロ．
優勝者にはGalileo Masterの称号と賞金20,000ユーロが贈られます．

過去に賞が贈られたアイディアは，下記のリンクから閲覧できます．

Learn more about the successful winners of the previous years

去年のGalile Masterを見る限り，衛星測位がメインじゃなくても良いらしい．