아두이노 UNO Q 플랫폼에서 실시간으로 실행되는 GNSS-SDR 임베디드 애플리케이션
아두이노 UNO Q는 데비안 기반 리눅스 배포판을 실행하므로 GNU Radio와 GNSS-SDR을 네이티브로 설치할 수 있습니다. GNSS-SDR 프로젝트에서 제공하는 공식 빌드 및 설치 지침에 따라 GNSS-SDR 소프트웨어 스택 전체를 타겟에 직접 빌드할 수 있습니다.
현재 구성에서 수신기는 GPS L1 C/A만 지원합니다. 플랫폼의 연산 및 메모리 제약으로 인해 다중 위성 시스템(예: Galileo) 연동은 아직 지원되지 않습니다.
이 시스템은 다음을 통합합니다:
- 실시간 GNSS-SDR 처리
- 원격 제어를 위한 Node.js 웹 서버
- 데이터 추출을 위한 파이썬 인터페이스
- STM32F0 마이크로컨트롤러를 사용하여 LED 매트릭스를 구동하여 실시간 시각화를 구현합니다.
1. 하드웨어 설정
본 프로젝트에 사용된 하드웨어 구성은 다음과 같습니다.
아두이노 UNO Q
- 리눅스 호스트(데비안 기반)
- STM32F0 마이크로컨트롤러
RTL-SDR 프런트엔드
- 누엘렉 NESDR 스마트티 SDR
능동형 GNSS 안테나
STM32F0 MCU로 구동되는 LED 매트릭스 디스플레이
2. 시스템 아키텍처
시스템 아키텍처
3. GNSS 처리 구성
실시간 GNSS 처리는 다음 구성을 사용하여 수행됩니다.
별자리: GPS
신호: GPS L1 C/A
추적 채널 수: 7개
일관성 있는 적분 시간: 4ms
프런트엔드: RTL-SDR (실시간 RF 입력)
수신기는 다음과 같은 표준 GNSS 출력을 실시간으로 계산합니다.
GPS 관측값
반송파 대 잡음비(C/N₀)
위치, 속도 및 시간(PVT) 솔루션
현재 플랫폼 리소스 제한으로 인해 Galileo 신호 처리 기능이 활성화되어 있지 않습니다.
4. 내장형 LED 매트릭스 시각화
전용 파이썬 스크립트가 관련 GNSS-SDR 출력을 추출하여 Arduino UNO Q의 STM32F0 마이크로컨트롤러로 전달합니다.
마이크로컨트롤러는 LED 매트릭스 디스플레이를 구동하여 수신기 상태 및 내비게이션 매개변수를 실시간으로 시각화합니다.
현재 시각화된 정보는 다음과 같습니다.
위성 신호 강도 지표(C/N₀)
수신기 활동 및 상태
PVT 관련 정보
5. PVT 정보의 LED 매트릭스 시각화
LED 매트릭스는 주요 PVT 매개변수를 간결하고 색상으로 구분하여 시각화합니다.
- 빨간색: 추적 중인 위성 수를 나타내는 이진 시계. 최상위 비트는 가장 왼쪽에 있는 LED입니다.
- 보라색: 일반적인 PVT 상태 표시등입니다. 해결책을 찾을 수 없을 때는 깜빡이고, 2D 위치 확인 시에는 낮은 밝기로 계속 켜져 있으며, 3D 위치 확인 시에는 높은 밝기로 계속 켜져 있습니다.
- 노란색: 최대 7개의 위성에 대한 C/N₀ 막대 표시기.
- 녹색: 위치와 속도를 나타냅니다. 이 사각형 안에서 점은 해당 운동 방향으로 움직이며, 점의 변위는 플랫폼의 속도에 비례하여 증가하거나 감소합니다.
LED 매트릭스 PVT
6. GNSS-SDR 제어용 웹 인터페이스
Node.js 기반 웹 서버는 Arduino UNO Q의 Linux 측에서 실행되며, GNSS-SDR 실행을 제어할 수 있는 브라우저 기반 인터페이스를 제공합니다. 이 웹 인터페이스를 통해 사용자는 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다. GNSS-SDR 수신기 시작 및 중지, 다양한 GNSS-SDR 구성 파일 선택, 오프라인/사후 처리 구성, RTL-SDR을 사용한 실시간 구성. 선택된 GNSS-SDR 출력(관측값, C/N₀, PVT)은 모니터링 및 후속 처리를 위해 제공됩니다.
7. 7 단계
자세한 내용은 다음에서 확인할 수 있습니다.
https://github.com/kalmancito/GNSS-SDR-meets-Arduino-Q
이 저작물은 GNU 일반 공중 사용 허가서 v2.0(GPL-2.0)에 따라 배포됩니다.
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