Mérőrendszer GNSS vevők időzítési pontosságának mérésére

Napjainkban egyre nagyobb hangsúly helyeződik az iparban és a mindennapokban is a kiterjedt és komplex kiberfizikai rendszerekre, melyek olyan elosztott rendszerek, amikre ráhatással van a fizikai környezetük és amik ráhatással vannak a fizikai környezetükre. Sokan egyenesen egy új ipari forradalmat vizionálnak, mely ezen rendszerekre épül majd, ld. Ipar 4.0, IoT. Azonban ahhoz, hogy kiaknázható legyen ezen rendszerek megkérdőjelezhetetlenül nagy potenciálja, számos technikai kihívást szükséges először leküzdeni. Az egyik ilyen probléma az idő / óra szinkronizáció ezen fizikailag is kiterjedd elosztott rendszerek csomópontjai közt.

Számos módszer, szabvány és elmélet foglalkozik ezzel a témával, azonban a kérdés gyakorlati vizsgálata és a technikai eredmények oktatása jelenleg nem éri el a dolog súlyának megfelelő szintet. Ez nem kis mértékben köszönhető annak, hogy az olyan hálózatok építése, melyekben a kérdés vizsgálható volna, a szükséges hardver elemek ára miatt meglehetősen költséges. (Főleg, ha a kiépített rendszer csak kutatási és oktatási célra kerül hasznosításra, hisz ilyenkor hasznos munkát nem végez; nyereséget nem termel.)

Az egyik legpraktikusabb óraszinkronizációs eljárás, globális rendszerek esetén, hogy helyi alhálózatok kerülnek kialakításra, melyek mind rendelkeznek egy-egy mesterórával. Ez a mesteróra valamilyen GNSS szolgáltatás vagy szolgáltatások (pl. GPS, GLONASS, Galileo) segítségével szinkronizálja magát a globális időhöz. A helyi alhálózat többi tagja pedig ehhez a mesterórához szinkronizálja magát az IEEE 1588 (PTP) szabvány alapján. Ezen rendszerek legkritikusabb és egyben talán legköltségesebb része a mesteróra. Ezért a kutatásom végső célja, egy ilyen 100 ns körüli pontossággal bíró GNSS + PTP mesteróra kialakítása Open Hardware, Open Software alapokon. Mely alacsony árával és rugalmas rekonfigurálhatóságával valamint könnyed és bárki által szabad fejleszthetőségével alakíthatóságával, képes volna felélénkíteni a terület kutatását és oktatását.

Egy ilyen mesteróra elkészítése azonban sok előzetes kutatómunkával jár. Talán az egyik legfontosabb kutatási feladat megtalálni a megfelelő GNSS vevőt, ami tulajdonképpen az eszköz lelkét adja. A GNSS vevő az, ami veszi a GNSS műholdak rádiójeleit, amiből aztán megállapítja a pontos időt. Ezt a kiszámított időt pedig közli aztán a mesterórával, ami így képes magát beszinkronizálni. Látható tehát, hogy bármilyen nemű időzítési vagy egyéb hiba / tökéletlenség a GNSS vevőben direkt és jelentős módon kihat az egész mesteróra teljesítményére. Így könnyű megérteni, hogy elengedhetetlenül szükséges a szóba jövő vevőket tesztelni a mesterórába való betervezés / beépítés előtt. Ez viszont egyedi mérőrendszert kíván egyedi szoftver és hardver elemekkel.

Előző TDK dolgozatomban taglaltam az általam a vevők vételi teljesítményének és üzembiztonságának mérésére kialakított mérőrendszert, annak egyedi szoftveres és hardveres megoldásaival. Továbbá bemutattam egy konkrét GNSS vevővel, nevezetesen a Quectel L86-os vevőjével, készült méréseket. Ezen dolgozatomban bemutatásra kerül a vevők időzítési pontosságának vizsgálatára és a környezeti változók (úgy mint vételi körülmények, napszak, hőmérséklet, stb.) erre a pontosságra gyakorolt hatásának vizsgálatára készített egyedi mérőrendszer (annak egyedi hardver és szoftver elemeivel) és az L86-os vevő (új) mérései mellett egy u-Blox NEO-M8T vevővel készült mérések és azok eredményei, tanulságai is bemutatásra kerülnek. Valamint természetesen a két vevő teljesítménybeli különbsége is értékelésre kerül.

szerző

• 
  Hollós Ádám
  Villamosmérnöki szak, mesterképzés
  mesterképzés (MA/MSc)

konzulens

• 
  Dr. Kovácsházy Tamás
  Egyetemi docens, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék