ES2221557B1 - Dispositivo de recepcion doppler/delay y almacenamiento de señales gps. - Google Patents
Dispositivo de recepcion doppler/delay y almacenamiento de señales gps.Info
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Abstract
Dispositivo de recepción doppler/delay y almacenamiento de señales GPS. El dispositivo procesa las señales GPS recibidas y almacena todos los datos de todos los canales de recepción directamente en la unidad de almacenamiento. Dispone de tres antenas adaptadas para la recepción, amplificación, demodulación en fase y cuadratura coherente para las mismas, así como el muestreo síncrono a 1 bit a alta velocidad durante un largo período de tiempo de las señales procedentes de las antenas. Además, realiza el muestreo de dos bits de entrada adicionales síncronamente con los demás siendo uno señales PPS y señales de frecuencia variable VARF. La unidad de almacenamiento es un sistema propio de grabación donde se graban directamente todos los datos de los canales y comprende por lo menos una unidad de disco duro controlada directamente por una FPGA que gestiona también los datos de entrada e interpreta señales de control.
Description
Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS.
La presente solicitud de Patente de Invención
consiste, conforme indica su enunciado, en un "Dispositivo de
recepción DOppler/DElay y almacenamiento de señales GPS", cuyas
nuevas características proporcionan numerosas ventajas, tal como se
detallará en la presente memoria.
En sistemas radar y de comunicaciones son
conocidos dispositivos receptores DOppler-DElay de
señales (denominados DODEREC: DOppler-DElay
RECeiver). Existen sistemas radar biestáticos que utilizan varias
cadenas para la recepción y procesado de señales de oportunidad GPS
(banda L1) captadas por varias antenas diferentes. El procesado de
las señales comprende típicamente la amplificación, demodulación
coherente, muestreo síncrono a 1 bit, y almacenamiento sostenido
(un largo período de tiempo sin interrupción en la unidad de
almacenamiento) y a alta velocidad de dichas señales.
Las aplicaciones de estos dispositivos se dirigen
a medidas de altimetría y determinación del estado del mar a
partir de la medida del Doppler y retardo diferenciales entre
señales GPS. Las señales GPS son captadas por una o varias antenas
que apuntan al cenit y otra(s) restante(s) que
apunta(n) hacia la superficie del mar. El dispositivo puede
ser utilizado también en experimentos de ocultaciones para la
determinación de parámetros atmosféricos (vapor de agua, etc.) e
ionosféricos (contenido total de electrones o TEC, etc).
Es conocido históricamente también el concepto
denominado PARIS (PAssive Reflectometry Interferometric System). Se
trata de un altímetro radar biestático en el que se utiliza el
conocimiento de la geometría de observación y la diferencia de
retardos de los picos de correlación entre las señales GPS directa
(captada por una antena que apunta hacia el cenit) y la reflejada
sobre la superficie del mar (captada por una antena que apunta
hacia el nadir) con el código pseudo-aleatorio
propio de la señal de cada satélite (Martín-Neira,
Manuel, "A Passive Reflectometry and Interferometry System
(PARIS): Application to Ocean Altimetry", ESA Journal, Vol.
17, pp. 331-355, 1993. Más adelante se comprobó que
la forma de la función de ambigüedad (módulo de la función de
correlación para diferentes retardos y frecuencias Doppler) depende
del estado del mar (oleaje), produciéndose reflexiones de la señal
GPS fuera del punto de reflexión especular. De esta manera, el
procesado de las señales GPS permite estimar el estado del mar
(oleaje) y la velocidad del viento sobre el mar, parámetros de
vital importancia en los modelos climáticos (Cardellach,
Estel, "Sea Surface Determination using GNSS Refkected
Signals", Ph. D. Dissertation, December 2001, Universitat
Politécnica de Catalunya, advisor: A. Rius (Institut d'Estudis
Espacials de Catalunya).
Las principales investigaciones en este campo se
han localizado geográficamente en Estados Unidos (Jet Propulsion
Laboratory -JPL-, Pasadera, California, USA) y en Europa (Agencia
Europea del Espacio -ESA/ESTEC-, Noordwijk, Holanda, en el Institut
d'Estudis Espacials de Catalunya -IEEC-, Barcelona, España, y en
Starlab, Barcelona, España).
Únicamente se conoce la existencia de dos
dispositivos de este tipo en el mundo. El primero de dichos
dispositivos comprende dos cadenas de recepción de señales GPS
(banda L1) basadas en receptores GPS disponibles en el mercado,
cuyas salidas demoduladas, convertidas a banda base (únicamente la
componente en fase -I-) y muestreadas a 2 MHz a 1 bit son
registradas mediante dos grabadores en cinta. Por otra parte, al no
existir sincronismo ni en las señales de oscilador local utilizada
en la demodulación de las señales de los dos receptores, ni en el
muestreo y la adquisición de las mismas, el procesado de las
señales recibidas se complica enormemente debido al hecho de que
previamente deben ser alineadas en el tiempo (sincronizadas) y
compensadas por el Doppler introducido por el movimiento relativo
del satélite y el punto de observación. Por otra parte, dicho
dispositivo no está integrado como tal en un único instrumento, lo
que ha provocado en diversas ocasiones problemas debidos a malos
contactos, desconexiones de cables, humedades en los grabadores que
los hacen inservibles, etc.
El segundo de dichos dispositivos comprende hasta
cuatro cadenas receptoras para cuatro antenas diferentes basadas
en receptores comerciales, aunque en la práctica sólo se utilizan
tres cadenas (Lowe, S.T.; Kroger, P.; Franklin, G.; LaBrecque,
J.L.; Lerma, J.; Lough, M.; Marcin, M.R.; Muellerschoen, R.J.;
Spitzmesser, D.; Young, L. E, "A
delay/Doppler-mapping receiver system for
GPS-reflection remote sensing", IEEE Transactions
on Geoscience and Remote Sensing, GR.S-40 (5), pp.
1150 -1163, Mayo 2002). La demodulación y muestreo de las
señales se lleva a cabo de manera síncrona. El muestreo a 1 bit se
realiza a 20,46 MHz, lo que mejora la resolución temporal. La
adquisición y almacenamiento de las señales la realiza un
dispositivo comercial y una matriz de discos duros SCSI. El
principal inconveniente de este tipo de dispositivo es el elevado
coste y volumen del conjunto.
Otro problema derivado de los citados
dispositivos es el sistema de almacenamiento. Convencionalmente,
por su alta capacidad y velocidad, se dispone una unidad de
almacenamiento que comprende cintas magnéticas . Históricamente los
sistemas de grabación de datos y las tarjetas de adquisición de
datos han corrido caminos paralelos. De hecho muchas tarjetas son
sistemas de grabación de datos con una primera etapa de conversión
analógica/digital. Sin embargo, en los últimos años, la capacidad
de almacenar grandes volúmenes de datos no se ha desarrollado de la
misma manera que la capacidad de muestrear señales cada vez más
rápidas. Así pues, hoy en día se encuentran osciloscopios capaces
de muestrear señales a 20 Gmuestras/s, pero en cambio la longitud
de la secuencia de muestras está limitada a 32Ms (32 millones de
muestras). A modo de ejemplo, existen tarjetas de adquisición de
grandes prestaciones de hasta 5 G, 2 G, 500 M, 100 M, y 50
Mmuestras/s con unas memorias de 10k, 16 M, 2 G y 1 G muestras,
respectivamente. No obstante, la velocidad de transferencia de
datos sostenida viene limitada en último lugar por la velocidad del
bus PCI de los ordenadores y por la máxima velocidad de
transferencia de datos al disco duro, con el problema añadido que
cuando éste sea requerido por el procesador o por algún
periférico, el bus queda ocupado, pudiéndose llegar a perder datos
si se llegara a llenar la memoria tampón. Hoy en día, la única
garantía de no perder datos consiste en añadir al PC un sistema
"bus master", que tome el control del bus del sistema,
evitando que sea solicitado y ocupado; añadir una memoria tampón de
gran capacidad, lo que dispara los costes; y poner tantos discos
duros como el flujo total de información dividido por la velocidad
de transferencia sostenida máxima (en la actualidad unos 17
Mbytes/s cuando se llega al final del disco).
La presente invención propone un dispositivo de
recepción Doppler/delay y almacenamiento de señales GPS adaptado
para superar los inconvenientes de los dispositivos del estado de
la técnica, aportando otras ventajas, tal como se detallará más
adelante.
El dispositivo de recepción y almacenamiento
Doppler/delay de señales GPS desarrollado por los inventores
comprende por lo menos dos canales de recepción de señales GPS las
cuales son tratadas por dicho dispositivo y almacenadas en una
unidad de almacenamiento, con la particularidad de que todos los
datos de todos los citados canales de recepción se graban
directamente en dicha unidad de almacenamiento del dispositivo. Se
diferencia, por lo tanto, de los dispositivos receptores GPS
convencionales de estado de la técnica descritos anteriormente, ya
que en dichos dispositivos, la grabación se realiza en unas cintas
cuyo contenido debe pasarse posteriormente a un disco duro, lo cual
supone un tiempo de pre-proceso excesivo.
El dispositivo de la invención es un equipo o
transportable y autónomo provisto de tres cadenas de recepción con
amplificación, demodulación en fase y cuadratura coherente para los
canales, realizando un muestreo síncrono a 1 bit a alta velocidad
(del orden de 20 Mb/s) durante un largo período de tiempo (más de
50 minutos por cada unidad de almacenamiento) de las señales GPS
(banda L1) procedentes de las antenas. Con esta configuración se
consiguen unas mejores prestaciones respecto a los anteriores
sistemas a un coste inferior.
De acuerdo con la invención, el dispositivo de
recepción consta de dos bits de entrada adicionales que se
muestrean síncronamente con los demás. Esto permite simplificar el
procesado de las señales grabadas. Estas dos entradas se pueden
utilizar para la grabación de señales de salida provenientes de
receptores GPS comerciales. En concreto, una de estas señales puede
ser la señal de PPS, que genera un pulso por segundo, para
controlar posibles derivas del reloj interno. Dichos dos bits de
entrada adicionales son señales de frecuencia variable [VARF] (bit
0, abreviado b0) y pulso por segundo [PPS] (bit 1, abreviado bl)
proporcionadas por el GPS comercial que se utiliza para el
posicionamiento de la plataforma en la que se instale. Estas dos
señales se muestrean síncronamente con las demás.
El dispositivo de recepción Doppler/delay y
almacenamiento de señales GPS de la invención puede ser alimentado
directamente de la red eléctrica o bien por baterías
recargables.
Con el dispositivo descrito de acuerdo con la
invención se consigue simplificar las aplicaciones de
teledetección, observación de la Tierra, altimetría, determinación
de viento y estado del mar y recepción de señales GPS que hasta
ahora se venían realizando desde aviones o globos aerostáticos con
sistemas no integrados formados a partir de la interconexión de
diferentes elementos comerciales.
Las principales ventajas del dispositivo de la
invención son la detección de las componentes en fase y cuadratura
de tres cadenas receptoras GPS de manera coherente (misma señal de
oscilador local), así como el muestreo síncrono de todos los
canales a alta velocidad (20,46 MHz) y de hasta dos señales
digitales externas. El dispositivo de la invención posibilita el
almacenamiento a alta velocidad y de manera sostenida de las
señales muestreadas en unidades de almacenamiento extraíbles de
ordenador personal. Todo ello se consigue con dispositivo integrado
en un solo equipo transportable y autónomo (el dispositivo de la
invención va integrado en un rack de 19''), lo cual permite reducir
considerablemente el coste total del equipo receptor.
Otra de las principales características del
dispositivo de la invención es la incorporación de una unidad de
almacenamiento (sistema propio de grabación en disco duro) en la
cual se graban directamente todos los datos de los tres canales.
Esto permite simplificar considerablemente las aplicaciones de
teledetección, observación de la Tierra, etc. Se trata de una
unidad de adquisición de datos sobre discos duros estándar ATA,
autónoma, de alta velocidad sostenida y alta capacidad, así como un
elevado flujo de datos sostenido sin pérdidas durante un largo
período de tiempo.
La unidad de almacenamiento comprende una unidad
de disco duro formateada por un PC con una única partición y en la
cual se han pregrabado en la FAT (file allocation table) las
estructuras de N ficheros de 256 MBytes, dependiendo de la
capacidad concreta del disco duro utilizado. La citada tabla de
localización de ficheros apunta a sectores consecutivos de manera
que se puedan tener muchos ficheros cuyas zonas de datos estén
encadenadas. Esto permite simplificar el controlador, puesto que
únicamente debe controlar la escritura desde el primer sector de la
zona de datos e ir incrementando linealmente la posición.
El control directo del disco duro se lleva cabo a
través de una FPGA (Field Programmable Gate Array) programada
específicamente para ello sin necesidad de PC o cualquier otro
dispositivo. La FPGA realiza, a su vez, la gestión de los datos de
entrada e interpreta los comandos externos de restablecimiento del
sistema (reset), inicio, pausa/continuación, y paro (stop), los
cuales se describen más adelante.
Tras la adquisición, el disco duro puede ser
extraído para llevarlo a un PC, intercambiado por otro para seguir
grabando etc.
La unidad incluye también un controlador (sistema
digital) equipado con un reloj de 50MHz y un núcleo. Dicho núcleo
tiene la función de controlar todos los demás elementos para hacer
una serie de transferencias Ultra-DMA de 128 kbytes
a disco, periódicamente cuando la mitad del buffer ya está llena.
El número de transferencias DMA es igual al tamaño de la memoria
tampón dividida por 128 kbytes. El núcleo consta de un elemento que
controla qué máquina de estados finitos debe ejecutar la
instrucción, de entre un reducido juego de sólo 13 instrucciones,
de un conjunto de máquinas de estados finitos que realizan cada
una de las instrucciones, y de un generador de CRC para comprobar
si ha habido errores o no.
El núcleo de la unidad controla también un
multiplexor de datos encargado de la selección del origen de los
datos a grabar: el flujo de datos de entrada (información útil a
grabar), un patrón de 8 bits (en una realización particular,
10101010b) constante (longitud máxima igual a la de la memoria
tampón) indicador de que el usuario ha realizado una PAUSA en la
grabación y un patrón de 8 bits (en una realización particular,
11001100b) constante (longitud máxima igual a la de la memoria
tampón) indicador de que el usuario ha realizado un STOP en la
grabación.
La unidad incorpora también un doble buffer de
memoria donde se graban los datos de entrada, el cual funciona como
un buffer circular, es decir, mientras una mitad del buffer se está
llenando, la otra mitad se está volcando al disco duro.
Para seleccionar el origen de las órdenes de
control del núcleo se dispone un multiplexor controlado por el
usuario a través de un conmutador externo. Las órdenes de control
pueden provenir de conmutadores manuales accionados por el usuario,
o bien del puerto paralelo de un PC que ejecuta un programa de
control. Estas señales de control son: restablecimiento del
dispositivo (reset), para inicializar o
re-inicializar la grabación de los discos desde el
comienzo del mismo; inicio, para comenzar la grabación de los datos
en la unidad de almacenamiento; pausa/continuación, para
detener/proseguir temporalmente la grabación de datos en la unidad
de almacenamiento; y paro (stop), para finalizar definitivamente la
grabación de los datos en la citada unidad de almacenamiento.
La unidad de almacenamiento está alimentada de
igual modo que el dispositivo, es decir, a 12 V generados a partir
de cualquier fuente de alimentación o baterías.
Se disponen mecanismos automáticos de parada si
se llega al final del disco duro de la unidad de almacenamiento, o
si el flujo de información entrante supera al flujo máximo de
información que se puede grabar de manera sostenida en dicha unidad
de almacenamiento, lo que sucede al llegar a los sectores más
internos del disco (radio de grabación menor).
Con la unidad de almacenamiento descrita es
posible minimizar los costes asociados a los distintos elementos
(incluida la propia placa de adquisición) y maximizar las
prestaciones. Además, debe tenerse en cuenta especialmente el hecho
de que se realiza un acceso directo de los datos al disco duro, lo
que permite evitar los problemas de ocupación del bus y
transferencias no deseadas de datos por el mismo, y maximizando la
velocidad de transferencia de datos a la máxima que acepta el
disco. A modo de ejemplo, la velocidad de transferencia de datos es
de aproximadamente 41. Mb/s en el inicio del disco, y
aproximadamente 17 Mb/s al final del mismo, para discos
ATA-133 a 7200 rpm.
Además, utilizando un controlador
ATA-6 diseñado específicamente para este propósito,
se evita el uso de un PC y un sistema de "bus master", los
cuales sólo aumentan la complejidad, el coste, el peso y el consumo
de potencia del conjunto.
La unidad de almacenamiento genera ficheros en el
disco duro con nombres sucesivos y de pequeño tamaño. Una vez
extraído y colocado el disco en un PC, estos ficheros se pueden
leer con normalidad y con la ventaja añadida de que los datos de la
adquisición están separados en archivos de tamaño manejable.
Con esta unidad de almacenamiento es posible
simplificar al máximo el dispositivo, evitando tiempos muertos en
desplazamientos de cabezales, interpretación de comandos complejos
etc., extrayendo las máximas prestaciones al disco duro, que actúa
como elemento de almacenamiento de información permanente.
Las características y las ventajas del
dispositivo de recepción Doppler/delay y almacenamiento de señales
GPS objeto de la presente invención resultarán evidentes a partir
de la descripción detallada de unas realizaciones del mismo que se
darán, de aquí en adelante, a modo de ejemplo no limitativo, con
referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:
La figura n° 1a representa el diagrama de bloques
de alto nivel representativo del dispositivo con en el que la
orientación de las antenas receptoras es con dos antenas apuntando
hacia arriba y una hacia abajo;
La figura nº 1b es un diagrama similar al de la
figura n° 1a pero con dos antenas apuntando hacia abajo y una hacia
arriba;
La figura n° 2 representa el diagrama de bloques
del subsistema número 2;
La figura n° 3 muestra una realización de un
ejemplo de realización práctica; y
La figura n° 4 un ejemplo de resultados en una
aplicación concreta.
Se relacionan a continuación las distintas
referencias que se han utilizado para describir la realización
preferida del dispositivo de la presente invención:
(b1, b0) señales externas;
(b7-b2) componentes en fase y
cuadratura muestreadas de las señales GPS;
(I1-I3, Q1-Q3)
componentes GPS en fase y cuadratura de las señales muestreadas;
(1) antenas;
(2) cadenas de amplificación, conversión de
frecuencia y demodulación en fase y cuadratura;
(3) muestreadores;
(4) reloj;
(5) multiplicador de frecuencia;
(6) unidad de almacenamiento;
(7) filtro paso banda;
(8) amplificador de radiofrecuencia;
(9) desfasador de 90°
(10) mezcladores,
(11) amplificadores de vídeo,
(12) filtros paso bajo
(15) dispositivo DODEREC;
(16) señal directa
(17) señal reflejada en la superficie del mar
(100) contador de datos de entrada;
(200) entrada;
(300) patrón de datos para indicar pausa;
(400) patrón de datos para indicar una
detención;
(500) multiplexor;
(600) doble buffer de memoria;
(700) memorias estáticas;
(800) líneas de control del doble buffer;
(900) líneas de control del multiplexor;
(1000) señal de selección de control manual o
automático;
(1100) líneas de instrucciones de entrada para
control manual;
(1200) líneas de instrucciones de entrada para
control automático;
(1300) líneas de instrucciones de entrada al
núcleo;
(1400) núcleo de la unidad de almacenamiento;
(1500) líneas de salida para indicación del
estado de la unidad de almacenamiento
(1600) cable de cinta plana para conexión a disco
duro;
(1700) interfaz IDE/ATA;
(1800) disco duro estándar
ATA-133;
(1900) información sobre la estructura de la
partición FAT32 del disco duro;
(2000) información de datos grabados por el
usuario;
(21) restablecimiento (reset) de la unidad de
grabación;
(22) inicialización del disco duro;
(23) comprobación de activación de señal de
inicio de grabación;
(24) comprobación de memoria buffer (700)
llena;
(25) ejecución de rutina de transferencia de
memoria DMA;
(26) comprobación de la activación de la señal de
pausa;
(27) ejecución de la rutina de pausa;
(28) comprobación de disco duro lleno;
(29) espera hasta activación de señal de paro por
parte del usuario;
(30) comprobación de activación de señal de paro;
Y
(31) ejecución rutina de paro.
De acuerdo con la figura nº 1, el dispositivo
DODEREC de la invención (15) incluye tres antenas (1). Dichas
antenas (1) pueden estar orientadas en cualquier dirección
dependiendo de la aplicación. Así, en la figura n° 1a se ha
ilustrado el caso de dos antenas (1) orientadas hacia arriba y una
antena (2) orientada hacia abajo. En la figura n° 1b se ilustran
dos antenas (1) orientadas hacia abajo y una antena (1) orientada
hacia arriba. La realización de las figuras n° 1a o 1b depende de
la aplicación específica. La configuración preferida consta de una
antena en polarización circular a derechas (1) orientada en la
dirección del cenit, y en dos antenas (1) con polarización circular
a izquierdas (señal co-polar tras la reflexión, con
información de la intensidad del viento) y derechas (señal en
cross-polar tras la reflexión, con información
direccional del viento) orientada hacia el punto de reflexión.
El dispositivo (15) incorpora tres cadenas de
amplificación, conversión de frecuencia y demodulación en fase y
cuadratura (2), ocho muestreadores de alta velocidad (3), un reloj
de 20,46 MHz (4), un multiplicador de frecuencia x77 (5), y una
unidad de almacenamiento de datos (6) con un flujo de 2,46
Mbytes/s.
Las antenas (1) están preamplificadas con una
ganancia entre 20 y 26 dB, y pueden alimentarse a través del propio
dispositivo DODEREC (15). En la realización, la tensión de
alimentación del amplificador incluido en las antenas (1) es de
5V.
En la figura n° 2 se detalla el diagrama de
bloques de cada cadena (2). Cada una de ellas comprende un filtro
paso banda (7), un amplificador de radiofrecuencia (8), un
desfasador de 90° (9), dos mezcladores (10), dos amplificadores de
vídeo (11), y dos filtros paso bajo (12). En la realización, los
parámetros utilizados son: potencia de entrada mínima -80 dBm,
frecuencia central 1575,42 MHz, ancho de banda 20 MHz, ganancia 30
dB, ganancia 50 dB, ancho de banda de 0 a 10 MHz.
El dispositivo (15) es capaz de realizar la
recepción, amplificación, demodulación en fase y cuadratura
coherente para las tres cadenas (2), así como el muestreo síncrono
a 1 bit a alta velocidad durante un largo período de tiempo de las
señales procedentes de las citadas antenas (1).
Las componentes en fase y cuadratura de las
señales muestreadas (Q3=b3, I3=b4, Q2=b4, I2=b5, Q1=b6, e I1=b7,
donde se ha utilizado la abreviatura b para bit), junto con las
muestras de las señales externas (VARF=b1, y PPS=b0) formando un
byte completo, son finalmente almacenadas en la unidad de
almacenamiento (6). El dispositivo (15) está adaptado para
almacenar todos los datos de todos los canales de recepción (2)
directamente en dicha unidad de almacenamiento (6).
\newpage
El dispositivo (15) realiza el muestreo de dos
bits de entrada adicionales síncronamente con los demás. Dichos
bits de entrada adicionales son señales de frecuencia variable VARF
(bit 0) y señales PPS (bit 1), siendo ambas señales muestreadas
síncronamente con las demás.
La figura n° 3 muestra una configuración
particular del sistema para aplicaciones de altimetría en una
prueba. En él se utilizan dos antenas GPS preamplificadas (1) y
orientadas en la dirección del cenit. Se utiliza una tercera antena
(1) orientada en la dirección de la superficie del mar. Las antenas
están conectadas y alimentadas a través del dispositivo DODEREC
(15)
Las antenas orientadas en la dirección del cenit
(1) captan únicamente la señal directa (16), mientras que la antena
(1) orientada en la dirección de la superficie del mar, debido a su
orientación, capta la señal reflejada en la superficie del mar (17)
y una fracción de la señal directa (16).
En la figura n° 4 se muestra un ejemplo del
procesado de los datos captados. En dicha figura se ilustra una
gráfica en cuyo eje de abscisas se muestra el retardo de la
correlación entre la señal recibida y los códigos
pseudo-aleatorios GPS que está expresado en
muestras. Cada una de las muestras se toma a 20,46 MHz, es decir,
unos 49 ns. En el eje de ordenadas las unidades pueden ser
cualesquiera, por ejemplo la duración del tiempo de integración. La
gráfica muestra, por lo tanto, el retardo relativo entre dos picos
de correlación donde puede apreciarse claramente los dos picos de
correlación de la señal directa (16), captada involuntariamente por
un lóbulo secundario de la antena, y la señal reflejada (17). Estos
dos picos de correlación presentan una menor amplitud debido a la
atenuación de la antena (1) y al coeficiente de reflexión sobre el
mar. En un montaje desde una plataforma aerotransportada, al estar
la antena (1) orientada en la dirección de la superficie del mar
orientada de manera mucho más perpendicular a la superficie, la
señal directa (16) captada por la citada antena (1) es mucho menor
que la señal reflejada (17).
En lo que se refiere a la unidad de
almacenamiento (6) del dispositivo (15) de la invención, se trata
de un sistema de adquisición de datos sobre discos duros estándar
ATA, autónomo, de alta velocidad sostenida, alta capacidad y bajo
coste. En la unidad de almacenamiento (6) del dispositivo (15) de
la invención se graban directamente todos los datos de los canales
(2).
Comprende un contador de datos de entrada (100)
para indicar cuándo están disponibles nuevos datos de entrada en la
entrada (200). Dicha entrada (200) es de 8 bits de datos y se
dispone un patrón de 8 bits de datos (300) para indicar una pausa
[en esta realización particular 10101010b] así como un patrón de 8
bits de datos (400) para indicar una detención [en esta realización
particular 11001100b].
La unidad de almacenamiento (6) incorpora un
multiplexor 3:1 (500) de entre las tres posibles entradas (200,
300, 400) descritas, y un doble buffer de memoria (600). La unidad
de almacenamiento (6) incluye también dos memorias estáticas (700),
líneas de control (800) del doble buffer (700), líneas de control
(900) del multiplexor de entrada (500). El doble buffer de memoria
(600) funciona como un buffer circular, de modo que mientras una
mitad del buffer se está llenando, la otra mitad se está volcando
al disco duro.
La unidad de almacenamiento (6) maneja señales de
control de activación manual o automática (1000), tres líneas de
instrucciones de entrada (1100) para control manual (interruptores
activados por el usuario), tres líneas de instrucciones de entrada
(1200) para control automático (conectadas a pines del puerto
paralelo por donde un pc de control enviará las órdenes), tres
líneas de instrucciones de entrada (1300) a un núcleo (1400).
El citado núcleo (1400) de la unidad da todas las
señales de control, vaciar los búferes y hacer los accesos DMAs a
la unidad (6). El núcleo (1400) controla la unidad de
almacenamiento (6) para realizar una serie de transferencias
Ultra-DMA de 128 kbytes al disco duro de manera
periódica de la mitad del buffer que ya está llena, siendo el
número de transferencias DMA igual al tamaño de la memoria tampón
dividida por 128 kbytes. Dicho núcleo (1400) incorpora un elemento
que controla qué máquina de estados finitos debe ejecutar la
instrucción, de entre un reducido juego de instrucciones, de un
conjunto de máquinas de estados finitos que realizan cada una de
las instrucciones, así como un generador de CRC para comprobar la
existencia de errores.
Existen cuatro líneas de salida (1500) para
indicación del estado de la unidad de almacenamiento (6): listo,
inicio/paro, pausa y disco lleno.
Otros elementos presentes son un cable de cinta
plana (1600) para la conexión a un disco duro, una interfaz IDE/ATA
(1700), un disco duro estándar ATA-133 (1800),
información (1900) sobre la estructura de la partición FAT32 del
disco duro (1800) (pregrabada por el usuario), e información de
datos (2000) grabados por el usuario. La unidad de almacenamiento
(6) genera ficheros en el disco duro (1800) con nombres sucesivos y
de pequeño tamaño. Se disponen medios automáticos de detención
parada si se llega al final de la unidad (6), o bien si el flujo de
información entrante supera un máximo de información
predeterminado.
El disco duro (1800) de la unidad de
almacenamiento (6) está controlado de manera directa por una FPGA
que, a su vez, la gestiona los datos de entrada e interpreta unas
señales de control. Dichas señales de control corresponden al
restablecimiento del dispositivo, para inicializar o
re-inicializar la grabación de la citada unidad de
almacenamiento (6) desde el comienzo; inicio, para el comienzo de
la grabación de los datos en la unidad de almacenamiento; pausa,
para detener temporalmente la grabación de los datos en la unidad
de almacenamiento; y paro, para finalizar definitivamente la
grabación de los datos en la unidad de almacenamiento (6). Las
señales de control provienen de unos conmutadores manuales
accionados por el usuario o de un ordenador que ejecuta un programa
de control.
El disco duro (1800) está formateado con una
única partición en cuya tabla de localización de archivos, FAT, se
han pregrabado estructuras de ficheros. Dicha tabla apunta a
sectores consecutivos del disco (1800) para disponer una gran
cantidad de ficheros cuyas zonas de datos están encadenadas.
La realización particular de la unidad de
almacenamiento (6) sigue el estándar ATA-6 que
define el modo "Ultra -DMA 5", que permite ráfagas de datos
hasta 100 Mbytes/s. Se han utilizado discos duros (1800) de 80 GB
de capacidad, con una única partición de 80 Gbytes, en los cuales
se han escrito 240 ficheros de 256 Mbytes. Las memorias estáticas
(700) que actúan como buffer tienen una capacidad cada una de 8
Mbytes, suficientes para no perder datos a una velocidad de 20
Mbytes/s durante unos 50 minutos ininterrumpidamente.
El diagrama de flujo de las operaciones
realizadas por el núcleo (1400) de la unidad de almacenamiento (6)
es el que se ilustra en la figura n° 6.
El proceso se inicia con el "reset" (21) del
sistema, la inicialización (22) del disco duro (1800), la
comprobación (23) de activación de la señal de inicio de grabación,
la comprobación (24) de memoria buffer (700) llena. Posteriormente
se ejecuta una rutina (25) de transferencia de memoria DMA (64
accesos DMA de 128 kbytes cada uno) y se comprueba (26) la
activación de la señal de pausa. Después se ejecuta la rutina de
pausa (27) y se inserta el patrón para luego detener la grabación.
El proceso continua con la comprobación (28) de disco duro (1800)
lleno y esperar (29) hasta activación de la señal de paro por parte
del usuario, se comprueba (30) la activación de dicha señal y se
ejecuta (31) la rutina de paro, se inserta el patrón, se detener la
grabación y se volver al inicio del proceso.
Descrito suficientemente en que consiste la
presente invención en correspondencia con los dibujos adjuntos, se
comprende que podrán introducirse en la misma cualquier
modificación de detalle que se estime conveniente siempre y cuando
no se alteren las características esenciales de la invención,
resumidas en las siguientes reivindicaciones.
Claims (19)
1. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS que comprende por lo menos un canal
de recepción de señales GPS, siendo procesadas las señales
recibidas por dicho dispositivo (15) y almacenadas en una unidad de
almacenamiento (6), caracterizado en que el citado
dispositivo (15) está adaptado para almacenar todos los datos de
todos los citados canales de recepción directamente en dicha unidad
de almacenamiento (6).
2. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 1,
caracterizado en que comprende tres antenas (1) adaptadas
para la recepción, amplificación, demodulación en fase y cuadratura
coherente para correspondientes cadenas, así como el muestreo
síncrono a 1 bit a alta velocidad durante un largo período de
tiempo de las señales procedentes de las citadas antenas (1).
3. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
Almacenamiento de señales GPS según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado en que el
dispositivo (15) realiza el muestreo de dos bits de entrada
adicionales síncronamente con los demás.
4. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 3,
caracterizado en que uno de dichos bits de entrada
adicionales es una señal PPS.
5. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 3,
caracterizado en uno de dichos bits de entrada adicionales
son señales de frecuencia variable VARF (bit 0).
6. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 1,
caracterizado en que la alimentación del mismo se lleva a
cabo desde la red eléctrica.
7. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 1,
caracterizado en que la alimentación se lleva a cabo desde
baterías recargables.
8. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 1,
caracterizado en que dicha unidad de almacenamiento (6) es
un sistema propio de grabación donde se graban directamente todos
los datos de los canales, comprendiendo dicha unidad de
almacenamiento (6) por lo menos una unidad de disco duro (1800)
controlada de manera directa por una FPGA que, a su vez, gestiona
los datos de entrada e interpreta unas señales de control.
9. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 8,
caracterizado en que dicha unidad de disco duro (1800) está
formateada con una única partición en cuya tabla de localización de
archivos, FAT, se han pregrabado estructuras de ficheros, apuntando
dicha tabla a sectores consecutivos para disponer una gran cantidad
de ficheros cuyas zonas de datos están encadenadas.
10. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
Almacenamiento recepción DOppler/DElay y almacenamiento de Señales
GPS según la reivindicación 8, caracterizado en que dichas
señales de control corresponden al restablecimiento del dispositivo
(15), para inicializar o re-inicializar la
grabación de la citada unidad (6) desde el comienzo; inicio, para
el comienzo de la grabación de los datos en la unidad de
almacenamiento (6); pausa, para detener temporalmente la grabación
de los datos en la unidad de almacenamiento (6); y paro, para
finalizar definitivamente la grabación de los datos en la unidad de
almacenamiento (6).
11. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 10,
caracterizado en que dichas señales de control provienen de
unos conmutadores manuales accionados por el usuario.
12. Dispositivo de recepción DOppler/delay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 10,
caracterizado en que dichas señales de control provienen de
un ordenador que ejecuta un programa de control.
13. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 8,
caracterizado en que la citada unidad de disco duro (1800)
es una unidad de tipo ATA de alta capacidad, autónoma, con un
elevado flujo de datos de entrada y alta velocidad sostenidos.
14. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según las reivindicaciones 8 ó 13,
caracterizado en que incluye, además, un controlador, un
reloj (4), un núcleo (1400), multiplexor (500) y un buffer de
memoria (600) donde se graban los datos de entrada (200).
15. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 14,
caracterizado en que dicho núcleo (1400) controla la unidad
de almacenamiento (6) para realizar una serie de transferencias
Ultra-DMA al disco duro (1800) de manera periódica
cuando la mitad del buffer ya está llena, siendo el número de
transferencias DMA igual al tamaño de la memoria tampón dividida
por 128 kbytes.
16. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 14,
caracterizado en que el citado núcleo (1400) incorpora un
elemento que controla qué máquina de estados finitos debe ejecutar
la instrucción, de entre un reducido juego de instrucciones, de un
conjunto de máquinas de estados finitos que realizan cada una de
las instrucciones, así como un generador de CRC para comprobar la
existencia de errores.
17. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 14,
caracterizado en que dicho doble buffer de memoria (600)
funciona como un buffer circular, de modo que mientras una mitad
del buffer se está llenando, la otra mitad se está volcando al
disco duro (1800).
18. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 13,
caracterizado en que la unidad de almacenamiento (6) genera
ficheros en el disco duro (1800) con nombres sucesivos y de tamaño
manejable.
19. Dispositivo de recepción DOppler/DElay y
Almacenamiento de señales GPS según la reivindicación 8,
caracterizado en que incluye medios automáticos de detención
parada si se llega al final de la unidad de almacenamiento (6), o
bien si el flujo de información entrante supera un máximo de
información predeterminado.
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| ES200300630A ES2221557B1 (es) | 2003-03-17 | 2003-03-17 | Dispositivo de recepcion doppler/delay y almacenamiento de señales gps. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| ES200300630A ES2221557B1 (es) | 2003-03-17 | 2003-03-17 | Dispositivo de recepcion doppler/delay y almacenamiento de señales gps. |
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| ES2221557B1 true ES2221557B1 (es) | 2005-10-01 |
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