Портативный комплекс регистрации сигналов ГНСС с высокой частотой опроса …

УДК 550.8.024+550.8.028+550.8.08

ПОРТАТИВНЫЙ КОМПЛЕКС РЕГИСТРАЦИИ СИГНАЛОВ ГНСС
С ВЫСОКОЙ ЧАСТОТОЙ ОПРОСА:
ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ

© 2018 г. Ф.В. Передерин1, И.М. Алешин1,2, С.Д. Иванов1, П.С. Михайлов1,
В.В. Погорелов
1, К.И. Холодков1

1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

2 Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика
Н.П. Лаверова РАН, г. Архангельск, Россия

Автор для переписки: Ф.В. Передерин, e-mail: crash@ifz.ru

Главное

– обоснована актуальность разработки и создания универсального мобильного регистратора данных ГНСС с высокой частотой опроса

– обсуждены особенности конфигурации универсального регистратора

– изложен опыт проведения полевых испытаний регистратора

– описаны особенности регистрации данных ГНСС на движущемся объекте

– обсуждаются перспективы создания подвижного исследовательского комплекса мобильной измерительно-диагностической лаборатории на базе автомобиля, оснащенного универсальным регистратором

Аннотация. Описано регистрирующее оборудование для приёма и первичной обработки сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Основу регистратора составляет приемник промышленного класса, обеспечивающий достаточно высокую частоту измерений при регистрации сигналов (10 Гц). Важная опция регистратора – возможность трансляции данных в режиме реального времени, в том числе по беспроводным каналам связи. Обсуждаются технические особенности оборудования, которые позволят обеспечить устойчивую работу устройства в полевых условиях, в том числе и при размещении на движущемся объекте. Прибор был испытан в полевых условиях в разных режимах: в качестве базовой станции и на движущемся носителе в виде автомобиля-лаборатории. В обоих режимах проводилась оперативная передача регистрируемой информации в центр агрегации данных ИФЗ РАН. В первом случае использовался проводной широкополосный доступ в Интернет, во втором – беспроводные каналы сотовых операторов. По результатам испытаний определены возможные направления развития такой системы регистрации данных ГНСС, в том числе для улучшения навигационного обеспечения геофизических измерений с подвижных носителей.

Ключевые слова: спутниковая навигация, спутниковая геодезия, ГНСС, точное позиционирование, системы сбора данных, GPS, Javad, системы геофизического мониторинга, ARM-системы, мобильная измерительно-диагностическая лаборатория, МИДЛ

Цитируйте эту статью как: Передерин Ф.В., Алёшин И.М., Иванов С.Д., Михайлов П.С., Погорелов В.В., Холодков К.И. Портативный комплекс регистрации сигналов ГНСС с высокой частотой опроса: полевые испытания и перспективы применения // Наука и технологические разработки. 2018. Т. 97, № 4. С.28–40. [Тематический выпуск “Технологии исследования гравитационного поля Земли и повышения точности координатного обеспечения геофизических исследований”]. DOI: 10.21455/std2018.4-2

Литература

Алёшин И.М., Васильев А.Е., Холодков К.И., Передерин Ф.В. Использование технологий виртуальных частных сетей для организации оперативных систем геофизических наблюдений // Сейсмические приборы. 2014. Т. 50, № 1. С.63–69.

Алешин И.М., Холодков К.И., Передерин Ф.В., Погорелов В.В. Совершенствование систем регистрации данных ГНСС с высокой частотой опроса // Шестая научно-техническая конференция “Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России”, 1–7 октября 2017 г., г. Петропавловск-Камчатский: Материалы конференции. С.325–329. http://emsd.ru/conf2017lib/pdf/techn/aleshin.pdf?v2

Бермишев А.А., Карутин С.Н., Лапшин В.Л. Использование мобильной измерительно-диагностической лаборатории для оценки покрытия сотовой связью транспортного коридора север–юг с целью реализации передовых технологий спутниковой навигации // Космонавтика и ракетостроение. 2016. Т. 86, № 1. С.94–102.

Блоки питания Mean Well. http://www.mean-well.ru (дата обращения: 07.11.2018).

Болотин Ю.В., Голован А.А., Парусников Н.А. Особенности камеральной обработки в задаче авиационной гравиметрии // Разведка и охрана недр. 2006. № 5. С.35–38.

Дробышев Н.В., Конешов В.Н., Погорелов В.В., Рожков Ю.Е., Соловьев В.Н. Особенности методики аэрогравиметрической съемки, проводимой в высоких широтах // Физика Земли. 2009. № 8. С.36–41.

Дробышев Н.В., Конешов В.Н., Погорелов В.В., Михайлов П.С. Самолет-лаборатория для исследований гравитационного поля Земли // Наука и технологические разработки. 2018. Т. 97, № 4. С.5–27. DOI: 10.21455/std2018.4-1

Конешов В.Н., Абрамов Д.В., Дробышев Н.В., Кузнецова Н.В., Макушин А.В., Погорелов В.В., Соловьев В.Н. Изучение гравитационного поля Земли в ходе экспедиционных работ ИФЗ РАН на Камчатке в 2014 году // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2014. № 2. Вып. № 24. С.204–210.

Конешов В.Н., Соловьев В.Н., Погорелов В.В., Непоклонов В.Б., Афанасьева Л.В., Дробышев М.Н. Об использовании аэрогравиметрических измерений для оценки региональных погрешностей аномалий силы тяжести, определенных по современным моделям гравитационного поля Земли // Геофизические исследования. 2016. Т. 17, № 3. C.5–16. DOI: 10.21455/gr2016.3-1

Конешов В.Н., Погорелов В.В., Спесивцев А.А., Ермошенко С.А., Родченко А.О. Опыт использования постояннодействующих станций ШСДКМ при аэрогравиметрических исследованиях на протяженных профилях по маршруту Петропавловск-Камчатский – Архангельск // Шестая научно-техническая конференция “Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России”, 1–7 октября 2017 г., г. Петропавловск-Камчатский: Материалы конференции. С.353–357. http://emsd.ru/conf2017lib/pdf/techn/pogorelov.pdf?v3

Мобильная измерительно-диагностическая лаборатория / Официальный сайт Информационно-аналитического центра координатно-временного обеспечения ФГУП ЦНИИМАШ. 2018. https://www.glonass-iac.ru/midl/index.php [электронный ресурс, дата обращения 07.11.2018]

Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2014620893 Российская Федерация. База данных оперативных сообщений сигналов ГНСС приемного оборудования JAVAD / И.М. Алешин, С.С. Бургучев; заявитель и правообладатель ИФЗ РАН. № 2014620615; опубл. 25.06.2014a.

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014616489 Российская Федерация. Программа автоматического разбора и преобразования сообщений приемного оборудования Javad / И.М. Алешин, С.С. Бургучев; заявитель и правообладатель ИФЗ РАН. № 2014614308; опубл. 25.06.2014б.

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014616491 Российская Федерация. Программа оперативного наблюдения и контроля работы регистратора ГНСС / И.М. Алешин, Ф.В. Передерин, К.И. Холодков; заявитель и правообладатель ИФЗ РАН. № 2014614309; опубл. 25.06.2014в.

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017664281 Российская Федерация. Программа обработки и преобразования файлов формата JPS / И.М. Алёшин, К.И. Холодков, С.С. Бургучев; заявитель и правообладатель ИФЗ РАН. № 2017664281, опубл. 20.12.2017.

Aleshin I.M., Alpatov V.V., Vasiliev A.E., Kholodkov K.I., Burguchev S.S. Data Handling in GNSS Receiver Network and Ionosphere Monitoring Service Solution / Engineering and Telecommunication (EnT), International Conference. 2014. P.122–125. http://ieeexplore.ieee.org/document/7121446/

Aleshin I.M., Vasiliev A.E., Kholodkov K.I., Perederin F.V. Virtual private network technologies in real-time geophysical data collection systems // Seismic Instruments. 2015. V. 1. P.44–47. https://doi.org/10.3103/S074792391501003X

GREIS (GNSS Receiver External Interface Specification) Guide. www.javad.com (дата обращения: 07.11.2018)

Raspberry Pi Foundation. www.raspberrypi.org (дата обращения: 07.11.2018a)

Raspberry Pi. Arch Linux ARM. URL: https://archlinuxarm.org/platforms/armv6/raspberry-pi (дата обращения: 26.11.2018b)

Сведения об авторах

ПЕРЕДЕРИН Фёдор Викторович – научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123241, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел. +7(499) 254-89-97. E-mail: crash@ifz.ru

АЛЕШИН Игорь Михайлович – кандидат физико-математических наук, главный научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123241, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1; Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. акад. Н.П. Лаверова РАН. 163000, Архангельск, наб. Северной Двины, д. 23. Тел.: +7(499) 254-89-97. E-mail: ima@ifz.ru

ИВАНОВ Станислав Дмитриевич – научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123241, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254-89-97. E-mail: f0ma@ifz.ru

МИХАЙЛОВ Павел Сергеевич – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123241, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254-23-35. E-mail: paulmikh@mail.ru

ПОГОРЕЛОВ Виталий Викторович – кандидат физико-математических наук, ученый секретарь, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123241, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 766-26-55. E-mail: vvp@ifz.ru

ХОЛОДКОВ Кирилл Игоревич – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123241, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254-89-97. E-mail: keir@ifz.ru

METADATA IN ENGLISH

About the journal

NAUKA I TEKHNOLOGICHESKIE RAZRABOTKI (SCIENCE AND TECHNOLOGICAL

DEVELOPMENTS), ISSN: 2079-5165, eISSN: 2410-7948, DOI: 10.21455/std; https://elibrary.ru/title_

about.asp?id=32295; http://std.ifz.ru/. The journal was founded in 1992.

PORTABLE GNSS SIGNAL REGISTRATION SYSTEM:
FIELD TRIALS AND APPLICATION PROSPECTS

F.V. Perederin1, I.M. Aleshin1,2, S.D. Ivanov1, P.S. Mikhailov1,
V.V. Pogorelov
1, K.I. Kholodkov1

1 Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia 

2 N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research RAS, Arkhangelsk, Russia

Corresponding author: F.V. Perederin, e-mail: crash@ifz.ru

Highlights

– Justification of development of universal mobile data logger capable of high frequency GNSS data acquisition

– Evaluated functionality and setup of data-logger

– Experience of device field runs

– Details of stationary data acquisition

– Details of non-fixed data acquisition

– Outlook of development of road laboratory of metering and research facility utilizing the universal data logger

Abstract. In this paper we discuss different implementations of acquisition and processing of GNSS measurement data. Measurements are performed with industrial-grade GNSS receiver at sufficiently high rate of 10Hz. All implementations are capable of real-time data transmission over any available media – including cellular data links. This work also covers technical highlights of field operation including nonfixed setups. Two field runs were performed: one as fixed station and another on moving road vehicle (mobile lab). Both cases did real-time transmission to IPE RAS’s data center with the broadband in the first case and cellular data link in the second one. Subsequent to the results of the field experiment we’ve proposed several development options for the evolved data acquisition system in general and specifically for the purpose of navigational provision of nonfixed geophysical observations.

Keywords: satellite navigation, satellite geodesy, GNSS, accurate positioning, спутниковая навигация, спутниковая геодезия, ГНСС, точное позиционирование, data acquisition systems, GPS, Javad, geophysical monitoring systems, ARM- systems, mobile measuring and diagnostic laboratory, MMDL

Cite this article as: Perederin F.V., Aleshin I.M., Ivanov S.D., Mikhailov P.S., Pogorelov V.V., Kholodkov K.I. Portable GNSS signal registration system: field trials and application prospects, Nauka i Tekhnologicheskie razrabotki (Science and Technological Developments) 2018, vol. 97, no. 4, pp. 28–40. [Technologies of Studying the Earth Gravitational Field and Improving the Accuracy of Coordinate Support for Geophysical Research]. DOI: 10.21455/std2018.4-2

References

Aleshin I.M., Vasiliev A.E., Kholodkov K.I., Perederin F.V. Virtual private network technologies in real-time geophysical data acquisition systems, Seismic pribory (Seismic Devices), 2014, Vol. 1, No. 1. P. 63–69.

Aleshin I.M., Alpatov V.V., Vasiliev A.E., Kholodkov K.I., Burguchev S.S. Data Handling in GNSS Receiver Network and Ionosphere Monitoring Service Solution, Engineering and Telecommunication (EnT), International Conference. 2014. P.122–125. http://ieeexplore.ieee.org/document/ 7121446/

Aleshin I.M., Vasiliev A.E., Kholodkov K.I., Perederin F.V. Virtual private network technologies in real-time geophysical data collection systems, Seismic Instruments, 2015, No. 1. P.44–47. https://doi.org/10.3103/S074792391501003X

Aleshin I.M., Kholodkov K.I., Perederin F.V., Pogorelov V.V. Improving GNSS data logging systems with high polling rates, 6th Scientific and Technical Conference “Problems of complex geophysical monitoring of the Russian Far East”, October 1–7, 2017, Petropavlovsk-Kamchatsky. Conference Materials, P. 325–329. http://emsd.ru/conf2017lib/pdf/techn/aleshin.pdf?v2 [in Russian].

Bermishev A.A., Karutin S.N., Lapshin V.L. A Mobile Measuring and Diagnostic Laboratory in the Assessment of the North-South Transport Corridor Cellular Coverage for the Purpose of Realization of Satellite Navigation Advanced Technologies, Kosmonavtika i raketostroenie (Cosmonautics and rocket engineering), 2016. Vol. 86, No. 1. P.94–102. [in Russian].

Bolotin Yu.V., Golovan A.A. Parusnikov N.A. Features of cameral processing in the problem of airborne gravimetry, Razvedka i okhrana nedr (Prospect and Protection of Mineral Resources). 2006. No. 5. P. 35–38. [in Russian].

Certificate of state registration database № 2014620893 Russian Federation. Database оf operational messages of GNSS signals receiving equipment Javad. I.M. Aleshin, S.S. Burguchev; applicant and copyright holder: IPE RAS, 2014a.

Certificate of state registration of computer programs № 2014616489 Russian Federation. Program for automatic parsing and conversion of messages receiving equipment Javad. I.M. Aleshin, S.S. Burguchev; applicant and copyright holder: IPE RAS, 2014b.

Certificate of state registration of computer programs № 2014616491 Russian Federation. The program of operational monitoring and control of the GNSS recorder. I.M. Aleshin, F.V. Perederin, K.I. Kholodkov; applicant and copyright holder: IPE RAS, 2014c.

Certificate of state registration of computer programs № 2017664281 Russian Federation. JPS file processing and conversion program. I.M. Aleshin, K.I. Kholodkov, S.S. Burguchev; applicant and copyright holder: IPE RAS, 2017.

Drobyshev N.V., Koneshov V.N., Pogorelov V.V., Soloviev V.N., Rozhkov Yu.E. Specific features of the technique of airborne gravity surveys at high latitudes, Izvestiya. Physics of the Solid Earth, 2009. Vol. 45, No. 8, P.656–660.

Drobyshev N.V., Koneshov V.N., Pogorelov V.V., Mikhailov P.S. Airborne laboratory for gravity field research, Nauka i Tekhnologicheskie razrabotki (Science and Technological Developments), 2018. Vol. 97, No. 4. P.5–27. DOI: 10.21455/std2018.4-1

GREIS (GNSS Receiver External Interface Specification) Guide. www.javad.com (date of the application: 07.11.2018)

Koneshov V.N., Abramov D.V., Drobyshev N.V., Kuznetsova N.V., Makushin A.V., Pogorelov V.V., Soloviev V.N. The study of the Earth gravitaty field during the expedition work of the IPE RAS in Kamchatka peninsula in 2014, Vestnik KRAUNTs. Nauki o Zemle (Herald of KRAESC. Earth Sciences), 2014. No. 2, iss. 24. P.204–210. [in Russian].

Koneshov V.N., Soloviev V.N., Pogorelov V.V., Nepoklonov V.B., Afanasyeva L.V., Drobyshev N.V. On the use of aerogravimetric measurements for the assessment of regional errors of gravity anomalies, determined by modern models of the gravitational field of the Earth, Geophysical Research, 2016. Vol. 17, No. 3. P.5–16. DOI: 10.21455/gr2016.3-1

Koneshov V.N., Pogorelov V.V., Spesivtsev A.A., Ermoshenko S.A., Rodchenko A.O. Experience of using permanent stations of wide-gap SDСM in airborne gravimetric studies on extended profiles along the route Petropavlovsk-Kamchatsky–Arkhangelsk, 6-th Scientific and Technical Conference “Problems of complex geophysical monitoring of the Russian Far East”, October 1–7, 2017, Petropavlovsk-Kamchatsky. Conference Materials, P. 353–357. http://emsd.ru/conf2017lib/pdf/ techn/pogorelov.pdf?v3 [in Russian].

Mobile Measuring and Diagnostic Laboratory / The official website of the Information and Analytical Center of the coordinate-time support of FSUE TsNIIMASH. 2018. https://www.glonass-iac.ru/midl/index.php

Raspberry Pi Foundation. www.raspberrypi.org.

Raspberry Pi. Arch Linux ARM. URL: https://archlinuxarm.org/platforms/armv6/raspberry-pi

Power upplies Mean Well. http://www.mean-well.ru

About the authors

PEREDERIN Fedor Viktorovich – researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS, 123241, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: +7(499) 254-89-97. E-mail: crash@ifz.ru

ALESHIN Igor Mikhailovich – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Leading researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS, 123241, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1; N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research. 163000, Arkhangelsk, Severnoj Dviny Emb., 23. Tel.: +7(499) 254-89-97. E-mail: ima@ifz.ru

IVANOV Stanislav Dmitrievich – Candidate of Technical Sciences, researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS, 123241, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: +7(499) 254-89-97. E-mail: f0ma@ifz.ru

POGORELOV Vitaly Viktorovich – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Scientific Secretary, Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS, 123241, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: +7(499) 766-26-55. E-mail: vvp@ifz.ru

MIKHAILOV Pavel Sergeevich – Candidate of Technical Sciences, Senior researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS, 123241, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: +7(499) 254-23-35. E-mail: paulmikh@mail.ru

KHOLODKOV Kirill Igorevich – Candidate of Technical Sciences, Senior researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS, 123241, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: +7(499) 254-89-97. E-mail: keir@ifz.ru

НАУКА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ,

2018, том 97, № 4, с. 28–40