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Experimentalsysteme

Galileo-Demonstrator

Die Entwicklung fortschrittlicher Empfängertechnologien macht es notwendig, diese auch praktisch zu testen und zu demonstrieren. Zu diesem Zweck baut die Abteilung gruppenübergreifend einen Galileo-Demonstrator auf, der im Wesentlichen aus folgenden Komponenten besteht:

• Antennen Frontend: Die eigentliche Antenne besteht aus 4x4 Antennenelementen und ermöglicht so eine Bestimmung der Signal-Einfallsrichtung und darüber hinaus eine aktive Antennenstrahlformung. Das Frontend ist so ausgelegt, dass der Empfang aller GPS- (L1, L2, L5) und Galileo-Frequenzen (E1, E5, E6) möglich ist, d.h. es wird eine Bandbreite von etwa 400 MHz abgedeckt. Bevor eine digitale Signalverarbeitung erfolgen kann, muss das Signal zunächst auf eine Zwischenfrequenz gemischt werden und anschließend eine A/D-Wandlung erfolgen.
• Die digitalen Daten durchlaufen nun mehrere rechenintensive Schritte. Der erste besteht darin, das Signal durch Korrelation mit einer Referenz aus dem Rauschen zu heben. Diese Korrelation und weitere Prozessierungsschritte werden um insbesondere bei Mehrantennenempfang eine Echtzeitverarbeitung zu ermöglichen, in einem FPGA per VHDL-Programmierung implementiert. Weitere Teile der Prozessierung, die weniger zeitkritisch sind, können in einem Softcore-Prozessor ebenfalls im FPGA verarbeitet werden. Auf diese Weise kann man Teile des Empfängers in C programmieren, ohne sich gleichzeitig die Probleme einer zeitkritischen Schnittstelle mit dem PC einzuhandeln.
• Der letzte Teil besteht aus der nicht zeitkritischen Prozessierung der Daten. Diese erfolg auf einem PC und ermöglicht so, MATLAB und C-Programme zu verwenden.

Die Vorteile einer solchen Herangehensweise liegen auf der Hand: Neben der Beherrschung der kompletten Verarbeitungskette ist besonders herausragend die enorme Flexibilität des Demonstrators. So kann an jeder Stelle nach der A/D-Wandlung der Empfänger relativ leicht durch Anpassung der Soft- oder Firmware den jeweiligen Bedürfnissen angepasst werden und erlaubt so die praktische Implementierung viele neuer Algorithmen und Techniken, ohne dass neue Hardware-Entwicklung notwendig wäre.

MATRIX

Neben dem Aufbau des Mehrantennenempfängers ist für dessen Prüfung wichtig, eine kontrollierbare und reproduzierbare Testumgebung zu haben. Eine solche Testumgebung ist mit MASTER gegeben. Bestandteil von MASTER ist die MATRIX, eine programmierbare Erweiterung, die es ermöglicht, das Satellitensignal jedes einzelnen Satelliten gezielt in Amplitude und Phase zu verändern. Des Weiteren ist es möglich, beliebige der Satellitensignale zu überlagern und auf einem der individuellen Ausgänge von MASTER zur Verfügung zu stellen.
So ist es möglich, die Empfangsbedingungen für eine Mehr-Elemente-Antenne nachzubilden (Wellenfront), in dem die Phasenverschiebung des Signals zwischen den einzelnen Elementen, die aufgrund der räumlichen Verteilung entsteht, nachgebildet werden kann. In diesem Fall würde auf jedem der verwendeten Ausgänge alle Satellitensignale (aber in der Phase gegeneinander verschoben) sichtbar sein.