Implementacja metody SDF na platformie radia programowalnego

• Autorzy: Szczepanik Rafał , Kelner Jan M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2019.3.7

Warianty tytułu

EN

SDF method implementation on software-defined radio platform

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszym artykule przedstawiono wyniki prac związanych z implementacją metody SDF (Signal Doppler Frequency) na platformie radia programowalnego USRP B200mini firmy Ettus Research. W implementacji wykorzystano środowiska programistyczne LabVIEW oraz MATLAB. Opracowana aplikacja pracuje na zewnętrznym komputerze połączonym z odbiornikiem USRP za pomocą interfejsu USB. Interfejs ten jest użyty do sterowania USRP oraz przesyłania próbek IQ odebranego sygnału. Aplikacja została wyposażona w graficzny interfejs użytkownika, który zapewnia: sterowanie odbiornikiem USRP, wprowadzanie istotnych parametrów dla metody SDF i scenariusza badań, kontrolę procesu pomiarowego, analizą odbieranego sygnału, wyznaczaniem chwilowych wartości dopplerowskiego przesunięcia częstotliwości, estymację współrzędnych położenia lokalizowanego emitera oraz rejestrację sygnału i danych pomiarowych. W papierze przedstawiono ponadto przykładowe wyniki badań empirycznych, które posłużyły do wstępnej weryfikacji wykonanej implementacji.

EN

This paper presents the results of work related to the implementation of the Signal Doppler Frequency (SDF) method on the USRP B200mini, a software-defined radio platform from the Ettus Research company. This implementation is based on two programming environments, i.e., the LabVIEW and MATLAB. The developed application works on an external computer connected to the USRP receiver via a USB interface. This interface is used to the USRP control and sending IQ samples of the received signal. This program has been equipped with a graphical user interface that provides: the USRP receiver control, introducing important parameters for the SDF method and test scenario, control of measurement process, analysis of the received signal, determination of instantaneous Doppler frequency shifts, position estimation of a located emitter, and recording of the signal and measurement data. Additionally, the paper presents examples of empirical measurement results, that are used for initial verification of the hardware implementation.

Słowa kluczowe

PL

łączność bezprzewodowa; lokalizacja źródeł emisji radiowych; dopplerowska metoda lokalizacji; metoda SDF; efekt Dopplera; radio definiowane programowo; platforma SDR; USRP

EN

wireless communication; location of radio emission sources; signal Doppler frequency; SDF; location method; SDF method; Doppler effect; software defined radio; SDR; SDR platform; USRP

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 60, nr 3
• Strony: 28--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., il., tab., wykr.

Twórcy

autor

Szczepanik Rafał

• Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego, Wydział Elektroniki, Instytut Telekomunikacji, Warszawa

autor

Kelner Jan M.

• Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego, Wydział Elektroniki, Instytut Telekomunikacji, Warszawa

Bibliografia

• [1] Stefański Jacek. 2012. Badanie metod i projektowanie usług lokalizacyjnych w sieciach radiokomunikacyjnych, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej. Gdańsk.
• [2] Kelner Jan M. 2010. Analiza dopplerowskiej metody lokalizacji źródeł emisji fal radiowych, rozpraw doktorska, Wojskowa Akademia Techniczna. Warszawa.
• [3] Bugaj Jarosław, Marek Bugaj. 2019. “Analiza porównawcza wybranych metod lokalizacji źródeł promieniowania elektromagnetycznego". Elektronika - Konstrukcje, Technologie, Zastosowania 60(2): 52-56.
• [4] Stefański Jacek. 2006. “Metody i standardy pozycjonowania terminali w systemach komórkowych". Przegląd Telekomunikacyjny i Wiadomości Telekomunikacyjne 79(6): 180-185.
• [5] Kołakowski Jerzy, Jacek Cichocki. 2007. UMTS - System telefonii komórkowej trzeciej generacji, wyd. 2. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności. Warszawa.
• [6] Leplawy Marcin, Piotr Lipiński. 2016. "Probabilistic methods for determining position using WiFi signal". Przegląd Elektrotechniczny 92(12): 188-190.
• [7] Kosiło Tomasz, Karol Radecki. 2016. "Lokalizacja w pomieszczeniach, zastosowanie standardu Bluetooth Smart". Elektronika - Konstrukcje, Technologie, Zastosowania 57(3): 12-15.
• [8] Tuncer T. Engin, Benjamin Friedlander (ed.). 2009. Classical and modern direction-of-arrival estimation. Academic Press. Amsterdam, Holandia; Boston, MA, USA.
• [9] Lipsky Stephen E. 2004. Microwave passive direction finding. SciTech Publishing. Raleigh, NC, USA.
• [10] Otnes Robert K. 1989. “Frequency difference of arrival accuracy". IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing 37(2): 306-308.
• [11] Ziółkowski Cezary, Józef Rafa, Jan M. Kelner. 2006."Lokalizacja źródeł fal radiowych na podstawie sygnałów odbieranych przez ruchomy odbiornik pomiarowy". Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej - Nowe Technologie w Telekomunikacji 55(sp): 67-82.
• [12] Ziółkowski Cezary, Jan M. Kelner. 2018. "Efekt Dopplera w radiowej nawigacji i lokalizacji". Elektronika - Konstrukcje, Technologie, Zastosowania 59(2): 27-33.
• [13] Chestnut Paul C. 1982. “Emitter location accuracy using TDOA and differential Doppler". IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems AES-18(2): 214-218.
• [14] Adamy David L. 2001. EW 101: A first course in electronic warfare. Artech House. Boston, MA, USA.
• [15] Adamy David L. 2004. EW 102: A second course in electronic warfare. Artech House. Boston, MA, USA.
• [16] Adamy David L. 2009. EW 103: Tactical battlefield communications electronic warfare. Artech House. Boston, MA, USA.
• [17] Adamy David L. 2015. EW 104: EW against a new generation of threats. Artech House. Boston, MA, USA.
• [18] Ettus Research. “USRP B200mini series data sheet". Santa Clara, CA, USA. [Online]: https://www.ettus.com/content/files/USRP_B200mini_Data_Sheet.pdf
• [19] Ettus Research. “Ettus Research - The leader in Software Defined Radio (SDR)". [Online]: https://www.ettus.com/.
• [20] Grayver Eugene. 2012. Implementing software defined radio. Springer. New York, NY, USA.
• [21] Arslan Hüseyin. 2007. Cognitive radio, software defined radio, and adaptive wireless systems. Springer. Dordrecht, Holandia.
• [22] Szczepanik Rafał. 2019. “Implementacja metody SDF na platformie radia programowalnego", praca dyplomowa. Wojskowa Akademia Techniczna. Warszawa.
• [23] Rafa Józef, Cezary Ziółkowski. 2008. “Influence of transmitter motion on received signal parameters - Analysis of the Doppler effect". Wave Motion 45(3): 178-190.
• [24] Kelner Jan M., Cezary Ziółkowski. 2013. “System jednoczesnej lokalizacji obiektów bazujący na technologii SDF". Elektronika - Konstrukcje, Technologie, Zastosowania 54(1): 59-63.
• [25] Kelner Jan M., Cezary Ziółkowski. 2017. “SDF technology in location and navigation procedures: A survey of applications". Proceedings SPIE 10418, 2016 XI Conference on Reconnaissance and Electronic Warfare Systems (CREWS), Ołtarzew, Polska.
• [26] Setoodeh Peyman, Simon Haykin. 2017. Fundamentals of cognitive radio. Wiley. Hoboken, NJ, USA.
• [27] Szewczyk Michał. 2014. “Badanie toru radiowego RF modułu USRP", praca dyplomowa. Wojskowa Akademia Techniczna. Warszawa.
• [28] Ettus Research. “USRP Hardware Driver (UHD)". [Online]: https://www.ettus.com/sdr-software/detail/usrp-hardware-driver.
• [29] GNU Radio Foundation. “GNU Radio". [Online]: https://gnuradio.org/.
• [30] Python Software Foundation. “Welcome to Python.org". [Online]: https://www.python.org/.
• [31] National Instruments. “What is LabVIEW?". [Online]: http://www.ni.com/pl-pl/shop/labview.html.
• [32] MathWorks. “MATLAB - The Language of Technical Computing". [Online]: http://www.mathworks.com/products/matlab/.
• [33] Raspberry Pi Foundation. “Raspberry Pi — Teach, Learn, and Make with Raspberry Pi." [Online]: https://www.raspberrypi.org/.
• [34] BeagleBoard.org Foundation. “BeagleBoard.org - bone." [Online]: https://beagleboard.org/bone.
• [35] Kelner Jan M., Cezary Ziółkowski. 2015. “Zastosowanie technologii SDF do lokalizowania źródeł emisji BPSK i QPSK". Przegląd Elektrotechniczny 91(3): 61-65.
• [36] Google. “Google Earth." [Online]: http://www.google.pl/intl/pl/earth/.
• [37] Kelner Jan M., Cezary Ziółkowski, Piotr Marszałek. 2016. “Influence of the frequency stability on the emitter position in SDF method". 2016 17th International Conference on Military Communications and Information Systems (ICMCIS), Bruksela, Belgia.
• [38] Kelner Jan M., Cezary Ziółkowski, Leszek Kachel. 2008. “The empirical verification of the location method based on the doppler effect". 2008 17th International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications (MIKON), Wrocław.
• [39] Gajewski Piotr, Cezary Ziółkowski, Jan M. Kelner. 2011. “Przestrzenna dopplerowska metoda lokalizacji źródeł sygnałów radiowych". Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej 60(4): 187-200.

Uwagi

1. Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

2. Praca została opracowana w ramach Grantu Badawczego „Badania podstawowe w obszarze technologii sensorowej z wykorzystaniem innowacyjnych metod przetwarzania danych” nr GBMON/13-996/2018/WAT finansowanego przez Ministerstwo Obrony Narodowej.