Система за предаване на данни rds мария Костадинова нву „Васил Левски”

Мария Костадинова Костадинова*

*НВУ „Васил Левски”, факултет „Артилерия, ПВО и КИС” - Шумен, 9700, България, ул. ”Карел Шкорпил” № 1, E-mail: kostadinova_12@abv.bg

Резюме: Настоящият доклад съдържа информация за системата за предаване на данни RDS, която е приета като стандарт в Европейския съюз, за предаване на малък обем дигитална информация чрез стандартни УКВ предаватели.

Ключови думи: радиолиния, съобщение, псевдодаличина

СИСТЕМА ЗА ПРЕДАВАНЕ НА ДАННИ RDS

Системата за предаване на данни по УКВ ЧМ радиостанции (RDS) е разработена като Европейски стандарт за предаване на цифрови данни, използвайки подносещ сигнал в УКВ концертните радиостанции. Системата първоначално е била предназначена да осигурява услуги, поддържани от ново поколение интелигентни радиоприемници. Някои от тези възможности включват предаването на кодове за типа програма, буквени-цифрово поле за индентификация на програмата, канал за данни и др. В момента около 70% от Европейските УКВ ЧМ концертни радиостанции осигуряват RDS услуги.

Подносещият сигнал се добавя към комплексния стерео сигнал в стереомодулатора на предавателя, като се използва амплитудна модулация с подтискане на носещата. Честотата на подносечия сигнал е 57kHz 6Hz, привързан по фаза с третия хармоник на пилот сигнала на предавателя. Скоростта на предаваните данни е 1187,5 бита в секунда. Спектърът на мултиплексния сигнал, подаван към модулатора на предавателя е показан на фиг.1. На фигурата с L и R са означени съответно сигнала на левия и десния канал на звука. Предаваните данни се кодират на групи от по 104 бита. Всяка група се състои от 4 блока от по 26 бита. Блокът е съставен от 16 информационни и 10 проверочни бита. Възприетата скорост на предаване от 1187,5 бита в секунда позволява предаването на 11,4 групи за секунда.

Фиг.1

Проверочните битове позволяват на RDS декодера да открива и отстранява грешки, възникнали при разпространението на радиовълните. Проверочните битове представляват така наречената офсет дума, която позволява и синхронизация по групи и по блокове в декодера на RDS. Предаването е напълно синхронно и няма интервали между групите или блоковете в една група (фиг.2).

Фиг.2

Като се използва съществуващата инфраструктура на концертните УКВ радиостанции като комуникационна линия може да бъдат осигурени диференциални GPS корекции на потребителите на много ниска цена. Радиуса на покритие на концертните УКВ радиостанции идеално съответства на използвания за диференциални корекции. Може да се осъществяват корекции в реално време, чрез използване само на малка част от достъпната честотна лента за RDS. Удобно за използване е RDS системата за радиоповикване, която осигурява малки размери и ниска цена. Приемниците за диференциалните поправки могат да бъдат отделни или вградени в самите GPS приемници и навигационни системи. Диференциалните поправки се подават във формат RTCM SC – 104. Изхода може да се конфигурира да осигурява съобщение от Тип 1 или от Тип 9 (за един сателит), както и за Тип 2 (съобщение за разликата в далечините). [1]

Реалните радиолинии за данни често имат ограничена честотна лента за предаване на диференциалните поправки. Тези ограничения могат да се дължат на тясната честотната лента на радиоканала или на използването на радиоканала за предаване и на друга информация. Поради това всяка DGPS система се сблъсква с предизвикателството да осигури на крайния потребител данни, които да му позволят да получи най-точно решение за местоположението и скоростта при използване на възможно най-тясна честотна лента.

Ако радиолинията за данни би могла да предава диференциалните корекции с безкрайно голяма скорост и идеална точност, то не би имало никакво влошаване на точността в диференциално коригираното местоположение на потребителя. На всяка радиолоиния са присъщи крайна скорост на предаване и квантуване данните, което внася грешки в крайната оценка на местоположението. По тази причина точността на оценката зависи от възможностите на този модел от първи ред на грешките да предсказва точно грешката за времето на изчакване. Запазвайки дела на грешките в такива граници, че те да са сравнително малки, между 10% и 20% от другите грешки в системата, ефекта от грешките на радиолинията ще бъде незначителен –1%-6% от общата грешка. Другите причини за грешки, като многолъчевото разпространение, шума на кода и др., имат диапазон от няколко сантиметра до 10 метра в зависимост от качеството на приемниците и тяхната настройка. Ако се постави за цел достигане на точност под 1м., радиолинията за диференциална корекция не трябва да добавя повече от 10% до 20%, или 10-20см., към корекциите на псевдодалечините.

Могат да се използват методи за последователно предаване на изчислените за всеки сателит грешки, като те предварително се подредят приоритетно. Този начин има предимство поради факта, че не всички изчислени грешки на далечините се променят драстично в един и същ момент от време. С други думи моделът от втори ред на закономерността на грешките е много добър за някои сателити в определени интервали от време. По този начин всяко измерване св прави от най-новия набор данни достъпен по време на предаването им. Този метод дава възможност на еталонните приемници точно да моделират зависимостта на синхронизация през интервала на измерване.

Разработената от Differential Corrections, Inc. система е тествана при две скорости на предаване на съобщенията в RTCM формат – 50 и 100 бода. За еталонен приемник е използван Trimble 4000 SSE, който генерира съобщение от

Тип 1 веднъж на една секунда. Данните се формират едновременно във следните записи:

1. Моментен, веднъж в секунда, запис на RTCM данните от еталонния приемник;

2. Пълния RTCM Тип1 формат предаван с 50 бода (без Тип 2 и Тип 3 формати);

3. Пълния RTCM Тип1 формат предаван с 100 бода (без Тип 2 и Тип 3 формати);

4. Данните на изхода на изхода на радиолинията за данни.

Първият запис е предназначен да бъде “истинския” набор данни и да се сравнява с другите три типа, които са като тестови набори данни. Ако “истинските” корекции на псевдодалечините са достъпни за потребителя, то той би имал идеална радиолиния за данни със непрекъснати моментни корекции на местоположението. Във всеки един момент от време, “истинският” и тестовия набори от корекции на псевдодалечините се изваждат за да се получи набор от грешките на корекциите. Използва се средно квадратичното отклонение (СКО) на грешките на корекциите като оценка на точността за всеки тестов набор. За да се определи влиянието на радиолинията върху грешката на диференциално коригираното местоположение на потребителя е необходимо СКО да се умножи по съответния геометричен фактор (DOP).

На фигура 4 е показан “истинският” набор данни.



Фиг.4 Грешки на псевдодалечините за всички видими спътници за интервала на наблюдение
На фигура 5 е показано съобщението в RTCM Тип 1 формат предавано с 50 бода, което има СКО 32,36см. За целия набор данни. Това отклонение е почти на необходимата граница за осигуряване на точност от 1м. Трябва да се отбележи, че в RTCM стандарта набора от корекции на псевдодалечините трябва да бъде събран целия, форматиран и тогава предаден като цяло съобщение преди потребителя да може да го използва. Съобщението от Тип 1 има шест водещи бита и поне по пет бита за всеки спътник, за осем спътника съобщението се нуждае от поне девет секунди за да бъде излъчено изцяло. Следователно данните в съобщението, което потребителя може да използва са от преди девет секунди и той трябва да ги използва докато напулно се приеме следващото съобщение след още девет секунди, което означава, че използваното в момента съобщение е от преди повече от осемнадесет секунди.



Фиг. 5 Грешки на корекцията на псевдодалечините след предаването им с 50 бода по радиолинията. СКО на грешките е 32,36см.

На фигура 6 е показано съобщението в RTCM Тип 1 формат предавано с 100 бода, което има СКО 12,82см. Това отклонение е в съответствие с изискването за точност под 1м., осигурявайки грешки от радиолинията значително по-малки от 1м.

На фигура 7 е показано съобщението в RTCM формат след приоритетно подреждане и предаване по радиолиния, което има СКО 8,35см. Вижда се, че този метод осигурява на близка до идеалната радиолиния за осигуряване на точност под 1м., ако еталонният приемник и този на потребителя имат тези възможност

.

Германската система DGPS/RDS

Съвместният проект SAPOS на властите в 16 федерални окръга на Германия е поставил началото на изграждането на национална постоянно действаща Спътникова услуга за определяне на местоположението на Германската национална инспекция (SAPOS). В момента тази система се основава на установена мрежа от приблизително 200 постоянни еталонни станции. Тези станции изчисляват и осигуряват данни за диференциалните корекции за повишаване на точността за различни видове приложения на GPS. Системата е разделена на четири нива на услугите и предлага точност на определяне на местоположението от 1м. До няколко сантиметра в реално време или след вторична обработка. Потребителите могат да получат достъп до Европейската териториална еталонна система (ETRS 89), до карти и до специални данни в цифровите географски информационни системи. Необходимите данни за DGPS се предлагат чрез излъчването им в различни диапазони (УКВ, дълги вълни, GSM и др.) от SAPOS.

Услугата от определяне на местоположението в реално време осигурява от един до пет метра точност за статични и движещи се потребители, използвайки метод за спътникова навигация с помощта на радиолония (Radio Aided Satellite Navigation Technique - RASANT) за разпространение на информацията за DGPS. RASANT осигурява данни в международно приетия стандарт RTCM. Те се предават едновременно от УКВ радиопрограмите на обществените радиостанции в Германия. Тази обществена услуга е станала възможна чрез двустранни споразумения между инспекциите на всеки от 16-те федерални окръга, работната комисия на инспекциите на окръзите в република Германия и съответните 10 обществени корпорации за радиоразпръскване на ARD.

Технологията на RASANT, използвана за оптимизиране на DGPS данните за радио разпръскване чрез RDS, е патентована в Европа (Европейски патент номер 0847537 – “The System for Determining the Location of Mobile Objects"). Чрез нея се намалява размера на данните и става възможно предаването им в 1,5 RDS групи за секунда (приблизително 55 бита за секунда). RASANT е също така регистрирана като RDS Open Data Application от Европейския съвет по радиоразпръскване.

Софтуера на RASANT се състои от две програми. RASREF е едната програма, която компресира данните и ги преобразува в оптимален формат за излъчване по RDS и се използва на еталонната станция. RASMOBIL е съответната програма за декодиране на RDS информацията и възстановяване на стандартния формат на DGPS данните. Метода RASANT и съответните програми са разработени между 1989г. и 1996г. От септември 1999г., обществените радиостанции в цяла германия излъчват данни за диференциалните поправки на GPS, използвайки RDS и този метод. Тази технология е приложена също така в Испания и южна Франция. Осемнадесет производители са получили лицензи за разработване на приемници и нови продукти, използващи RASMOBIL технологията. Приблизително осем компании предлагат приемници. Те са снабдени с един или два УКВ тунера, а понякога и с вградена платка DGPS. Административното управление на услугата в момента е поверено на управителен съвет съставен от представители на Асоциацията на компаниите за обществено радиораспръскване, Работната комисия на инспекциите и собствениците на патента. Подържането извън Германия е задача на патентните адвокати. Различни договори между всички партньори трябва да бъдат сключени преди да се дадат разрешения за серийно производство. Проекто-споразуменията са вече завършени. В бъдеще компаниите произвеждащи над 5000 бр. на година, ще плащат лицензионна такса от 0,8 евро за всяка произведена бройка.

Примери за приложенията, разработването на системата или прототипите на SAPOS RASANT са :

Събирането на данни със специално предназначение за обновяване на топографските карти; проверка качеството или оценка на състоянието на радиоразпръскването в радиомрежи; проверка качеството или състоянието на пътищата със специално оборудвани автомобили, определяне на местоположението в тиловото осигуряване, управление на флота и информационни системи за услугите в обществения транспорт; Навигация на превозни средства и системи за управление на трафика.