0 позиций в запросе!   Отправить?

Статьи >> Подключение RF входа приемника

Достаточно часто инженер при работе с модулями ГЛОНАСС/GPS сталкивается с задачей установки пассивной антенны и подключения ее к приемнику. При этом обычно возникают как минимум два требования к конечному изделию – наименьшие габариты и технологически удобная компоновка. Очень часто результатом учета только этих двух требований становится неприемлемые технические характеристики конечного изделия. Данный материал предназначен для того, чтобы показать разработчикам, с какими проблемами они могут столкнуться при разработке изделий с пассивными антеннами.

Подключение RF входа приемника

Статьи >> ГЛОНАСС/GPS для всех: испытания на точность и доступность позиционирования однокристального приёмника в сложных условиях эксплуатации

ГЛОНАСС/GPS для всех: испытания на точность и доступность позиционирования однокристального приёмника в сложных условиях эксплуатации

Philip Mattos (Филипп Маттос)
Перевод: Андрей Русак
andrey.rusak@naviaglonass.ru
Виктория Буланова
victoriya.bulanova@euroml.ru
Однокристальный GNSS приёмник, который сейчас вышел в серийное производство, был испытан в условиях плотной городской застройки с целью демонстрации преимуществ мультисистемной (ГЛОНАСС и GPS) работы в качестве потребительского приёмника. Применение комбинированной системы ГЛОНАСС/GPS началось с нескольких десятков тысяч приёмников для геодезической съёмки, на данный момент работают миллионы таких потребительских устройств. Благодаря росту количества персональных устройств спутниковой навигации, появлению автомобильных ОЕМ-систем и мобильных телефонов удалось достичь существенных объёмов на рынке в 2011 году. Уверенность в перспективности развития рынка навигационных пользовательских устройств подталкивает производителей высокочастотных специфических компонентов, таких как антенны и ПАВ-фильтры, к увеличению объёмов производства и оптимизации стоимости товаров. Одной из первых российских компаний, которая выпустила на рынок модули, выполненные на основе приемника STM, стала НАВИА. ГЛОНАСС-модули НАВИА уже зарекомендовали себя как надёжные, удобные модули для производства готовых терминалов навигации и управления движущимися объектами. Различные тесты модулей, показали, что ML8088s и GL 8088s отвечают всем заявленным характеристикам производителя и могут успешно применяться в устройствах мониторинга.

Испытания однокристального ГЛОНАСС/GPS приёмника в Лондоне, Токио и Техасе были проведены для того, чтобы показать, что совместное использование всех видимых спутников ГЛОНАСС в купе с GPS даёт лучшую доступность позиционирования в условиях плотной городской застройки, а в случае плохой доступности позиционирования – лучшую его точность.

Очевидно, что мультисистемные приёмники очень востребованы на потребительском рынке. Они могут обеспечить работу по большему числу спутников в условиях «городских каньонов», где в зоне видимости имеется только часть небесной полусферы и требуется высокая надёжность в отсеивании лишних сигналов, когда качество полезных сигналов сильно ухудшено из-за многократных переотражений и аттеньюаций. Далее кратко описываются трудности интеграции системы ГЛОНАСС (и в дальнейшем GALILEO), на основе которой выпускаются экономичные устройства для массового потребителя. Для такого рынка, с одной стороны, стоимость стоит на первом месте, а с другой стороны, предъявляются высокие требования к производительности,  связанные с низким уровнем сигнала, ограничением в энергопотреблении, коротким временем «холодного» старта и стабильности позиционирования.

Цель состояла в том, чтобы, используя все доступные спутники, улучшить работу потребительских навигационных устройств в условиях помещений и городской застройки. 2011 год прошёл под эгидой поддержки ГЛОНАСС, развитие данной спутниковой системы опережает GALILEO примерно на три года. При проектировании приёмников, важно было преодолеть проблемы несовместимости аппаратной поддержки ГЛОНАСС и GPS. То есть частотно-модулированный сигнал ГЛОНАСС  потребовал более широкой полосы частот, чем сигналы импульсно-кодовой модуляции, используемые GPS, полосовых фильтров с разными центрами частот и разной скоростью передачи элементов сигнала. И все это – без значительного увеличения стоимости приемника.

При идеальных условиях эксплуатации, спутники из дополнительных группировок будут малоэффективны, так как доступность позиционирования[1] приближается к 100 процентам при использовании только GPS. Присутствие в ионосфере используемых для позиционирования семи, восьми или девяти спутников в режиме фиксации минимизирует суммарную ошибку и дает правильные координаты.

В экстремальных условиях эксплуатации применение только GPS позволяет определить положение, но использование при этом только трёх, четырёх, пяти спутников, сосредоточенных в узкой части небесной полусферы, приводит к плохим значениям DOP[2]. Увеличение числа спутников значительно повышает точность, вследствие чего улучшается DOP и усредняется количество многолучевых ошибок. Ограничение числа позиционируемых спутников приводит к наложению многолучевых ошибок на определение координат усиливаемых DOP. Добавление второй или третьей спутниковой группировки предполагает расширение числа видимых спутников, и таким образом, в процессе определения координат участвует большее количество спутников, что приводит к уменьшению ошибок.

Поэтому в экстремальных условиях, где использование только GPS недостаточно,  дополнительное применение спутников ГЛОНАСС (и в дальнейшем GALILEO) повышает доступность позиционирования до 100% (за исключением подземных туннелей).

Фактически, доступность – это самоулучшающаяся петля положительной обратной связи:   поскольку спутники постоянно отслеживаются, то, даже будучи отклонении их от участия в текущем решении задачи позиционирования с помощью алгоритмов RAIM[3]/fault и FDE, не требуется повторного их поиска – они уже стали доступными для применения ранее. Если процесс позиционирования не прерывается, то можно продолжать точно предсказывать фазы для спутников с закрытыми препятствиями, что позволяет осуществлять мгновенное использование их при выходе «из тени», так как при этом не требуется приём дополнительной информации для их поиска и фиксации.

Дополнительные видимые спутники очень важны для потребителя, в частности, – как пример, при «self-assistance» («самообслуживании»), когда минимальная группа представлена пятью спутниками, а не тремя-четырьмя, чтобы автономно установить, что все спутники «правильные», с использованием методов автономного контроля целостности приёмника (RAIM). «Самообслуживание» имеет ещё более значительные преимущества у ГЛОНАСС: не нужно никакой инфраструктуры типа assisted-серверов, всегда приводящих к задержке в обслуживании. Метод ГЛОНАСС передачи параметров спутниковых орбит в Кеплеровском формате также очень подходит для алгоритма «самообслуживания».

 

Значение испытаний

Предыдущие попытки охарактеризовать преимущества мультисистемных устройств в городских условиях были приостановлены в связи с необходимостью использования профессиональных приёмников, не предназначенных для таких уровней сигнала, а также пришлось бы получать отдельные результаты для каждой группы или пожертвовать одним из спутниковых измерений для измерения времени. Эти обстоятельства не позволили продолжить испытания устройств, которые  были запланированы для выхода на массовый рынок.

Выход нового мультисистемного решения имеет большое значение, так как тестируемый приёмник является по-настоящему массовым устройством, если он имеет повышенную чувствительность и полностью готовый как для измерения, так и для вычисления. Таким образом, автор этой статьи впервые сообщает абсолютно достоверные результаты испытаний.

 

Предыстория

Испытания проводились на однокристальном приёмнике GNSS Teseo-II (STA-8088). Краткая история: это продукт 2009 года выпуска, производства STM, основанный на Cartesio+ с уже включенными функциями GPS/GALILEO и процессором цифровых сигналов (DSP), он был готов для имплантирования функции ГЛОНАСС, что привело к созданию чипа Teseo-II (продукт  2010 года). Результаты испытаний с реальными спутниковыми сигналами были получены на Baseband-чипе в FPGA реализации уже в конце 2009 года, а в 2010 году – уже при использовании готового чипа.

Текущий дизайн потребовал введения дополнительных незначительных доработок схемы. Необходимые аппаратные и программные изменения DSP являлись небольшими и включены в следующее запланированное обновление схемы TeseoII. Реализация схемы RF-части потребовала гораздо большего внимания, чем двухканальная схема с каскадом промежуточной частоты (IF) и аналого-цифровой преобразователем (ADC), с дополнительным преобразованием частоты и более широкой полосы частот фильтра IF. Но, так как область кристалла с находящейся на ней RF-частью в общем объеме очень мала, то даже 30% увеличения схемы здесь незначительны для всей схемы. В соответствии с тем, что  дизайн чипа рассчитан на общую однокристальную систему (RF и BB, от антенны до позиционирования, скорости и синхронизации (PVT)), поэтому общая площадь кристалла для 65-нанометрового процесса очень мала.

С коммерческой точки зрения, включение всех трёх спутниковых групп (GPS/ГЛОНАСС и GALILEO) в одну микросхему ново для потребителя. Многие из присутствующих на российском рынке компаний остановились на двухсистемном подходе, лишь бы удовлетворить требованиям правительства РФ о необходимости работы в системе ГЛОНАСС. Они не задумывались о будущем глобально, когда в мире будет присутствовать несколько группировок позиционирования и возможно каждая из стран – участниц этого процесса будет выдвигать в дальнейшем требования к преимущественному использованию своей – родной –  системы.

В этом плане решение TeseoII является революционным, т.к. заранее подготовлено к такому сценарию и уже сейчас может принимать системы ГЛОНАСС/GPS/GALILEO/QZSS и SBAS.

  Технически, включение в группу независимых каналов приёма и обработки системы ГЛОНАСС – тоже новинка, в то время как комбинация GPS/GALILEO – уже стандартная практика. Для достижения такой гибкости также потребовались новые технические решения, учитывающие различающиеся аппаратные RF задержки, различия в скорости передачи сигналов. В дополнение к этому, существуют уже ставшие хорошо известными коррекция универсального глобального времени (UTC) и проблема коррекции геоида.

Прямой переход на одночиповое решение (RF + Baseband + CPU) встречается нечасто: это важный технологический прорыв. Доверие к этому шагу обусловлено опытом использования RF части и отработанной схемой Baseband процессора.  За основу были взяты внешний RF интерфейс STA5630 и модифицированный GPS/GALILEO DSP, которые ранее были применены в Cartesio+.

Надёжность использования STA5630/Cartesio+ была доказана при массовом производстве в виде отдельных схем еще до выхода однокристальных решений «три-в-одном».

В отличие от двухчиповых решений GPS/ГЛОНАСС модулей, присутствующих на российском рынке, одночиповое решение от STMicroelectronics (TeseoII) STA8088FG обладает гораздо большей надёжностью, помехозащищенностью, меньшим энергопотреблением и конечно, меньшими размерами (модуль ML8088s имеет размеры 13 х15 мм).

Поддержка ГЛОНАСС и GALILEO – это шаг вперед относительно предыдущего поколения аппаратной части RF. GALILEO совместим с GPS и, поэтому можно было использовать существующую схему, а ГЛОНАСС потребовал дополнительных изменений. См. рисунки 1 и 2.

Изменения RF для поддержки ГЛОНАСС

Рисунок 1. Изменения RF для поддержки ГЛОНАСС

 

 Изменения Baseband части для поддержки ГЛОНАСС

Рисунок 2. Изменения Baseband части для поддержки ГЛОНАСС

 

В RF-части, LNA, RF-усилитель и первый смеситель были объединены в один канал. Это позволило сэкономить на количестве выводов чипа и свести к минимуму энергопотребление. Более того, это позволило сохранить внешние издержки для производителей оборудования. Сигнал ГЛОНАСС, сниженный в первом смесителе до 30 МГц, поступает в канал вторичной обработки (показан коричневым цветом) и микшируясь до 8 МГц, подаётся на отдельный ADC и, далее в Baseband часть.

В Baseband части предусматривается дополнительный предварительный каскад обработки (обозначен коричневым цветом), который преобразует сигнал в 8 МГц, что необходимо для подачи в Baseband и пропускает полученный сигнал через режекторный фильтр защиты от заградительных помех, а также снижает частоту дискретизации до стандартного значения 16, пригодной для обработки в аппаратном обеспечении DSP.

Существующие устройства захвата и каналы слежения могут выбрать куда и когда принять сигналы  GPS/GALILEO или ГЛОНАСС, что делает очень гибким распределение каналов по отношению к спутниковым группировкам.

Менее заметным, но очень важным моментом по отношению к производительности системы является программное обеспечение, которое контролирует данные аппаратные ресурсы, во-первых, чтобы замкнуть петли PLL слежения и провести измерения, а во-вторых, фильтр Кальмана, который преобразует измеренное в данные PVT, необходимые пользователю.

Все это претерпело структурную модификацию, чтобы обеспечить поддержку работы со многими спутниковыми группировками, а не только с ГЛОНАСС. В этом случае расширение программного обеспечения для приёма будущих глобальных навигационных систем станет этапом эволюционного развития, и не потребует серьезных доработок самого кристалла.

Программное обеспечение работало на реальном кристалле с 2010 года, но при использовании сигналов от любого симулятора или статических установленных на крыше антенн, были доступны только GPS данные, которые были настолько хороши, что не позволяли каких-либо манёвров для исследования по улучшению системы. В начале 2011 года стали доступны предпроизводственные образцы чипов и отладочные платы с антеннами в корпусе, что сделало возможным проведение мобильных полевых испытаний во всем мире.

 

Фактические результаты

До рождения кристалла с мультисистемным приёмом, результаты уже были видимы по пред-варительным испытаниям, проведенных с использованием профессиональных приемников с раздельными измерениями GPS и ГЛОНАСС. Тем не менее, эти испытания не дали хороших данных для потребительского приемника, потому что они показали низкую чувствительность. Приемники требовали достаточно чистого сигнала для управления PLL, но это нельзя было сделать в условиях города, и что самое главное, приемники создавали два отдельных решения при наличии постоянного дополнительного спутника для решения межсистемных различий во времени. Несвязанные решения не позволяли предсказывать положение спутников одной группировки за счёт вычисления их положения, опираясь на координаты, рассчитанные с применением другой, что является одним из главных преимуществ мультисистемных приёмников GNSS.

Моделирование видимых спутников было поведено в 2010 году в условиях плотной городской застройки в Италии, центре Милана. Результаты, усредняемые  каждую минуту за полные 24 часа представлены в Таблице 1. Среднее число видимых спутников увеличивалось от 4,4 только с GPS, до 7,8 для GPS+ГЛОНАСС, с количеством точек «без фиксации позиции» (No Fix) равным нулю. Причем в режиме «только с GPS» было получено 380 ложных точек что составило около 26% общего времени приёма.

 

Группа GPS GPS + ГЛОНАСС
Видимый спутник* 4,4 7,8
Моменты времени с «No Fix» 380 минут никогда
HDOP* 5,3 2,1
Ошибка* x meter (x 0,4) метров

Таблица 1. Точность и доступность GPS и GPS+ГЛОНАСС, в среднем свыше 24 часов

 

Однако доступность спутников сама по себе не являлась самоцелью. Наличие большего количества спутников в одном и том же небольшом участке небесной полусферы над городской застройкой может быть недостаточным из-за геометрического снижения точности. Для изучения этих данных, геометрическая точность, представленная HDOP[4]. При совместном использовании ГЛОНАСС и GPS результат оказался в 2,5 раза лучше.

Предыдущие исследования показали, что в отдельных городах, где проводились испытания, были доступны от двух до трех дополнительных спутников, но один из них использовался для временного определения. При применении совмещенного на одном кристалле высокочувствительного приемника мы предполагали, что будут  задействованы от четырех или пять дополнительных спутников.

Фактические результаты намного превзошли наши ожидания. Во-первых, появились сигналы от многих других спутников, так как все предыдущие испытания и симуляции исключали отраженные сигналы. Имея дополнительные сигналы, приёмник значительно улучшил показатели DOP. Эффект влияния отражений на точность был существенно снижен, во-первых за счёт лучшей геометрии позиционирования, а во-вторых за счёт способности алгоритмов FDE/RAIM поддерживать устойчивость слежения за спутниками. К тому же уменьшилось количество ложных сигналов, способных исказить данные о координатах.

Результаты, представленные здесь, получены от полностью интегрированного высокочувствительного приемника, каким является приёмник NAVIA ML8088s, выполненного на чипе STA8088s. Он оптимизирован для обнаружения сигналов даже очень низкого уровня и получения результатов, полученных непосредственно от всех спутников, находящихся в поле зрения, вне зависимости от группировки. Это обеспечивает 100-процентную доступность спутников и намного повышает точность в сложных условиях городской застройки.

 

Доступность

Применение высокочувствительных приемников, которые не зависят от петель фазовой синхронизации (PLL), обеспечивает полную доступность в современных городах, даже при отражении от поверхности стекла в современных зданиях. Поэтому теперь уже требуются некоторые другие определения доступности, кроме как «доступны четыре спутника». Например, отслеживание спутников на заданном уровне качества сигнала, результат которого зависит от DOP. Даже DOP бывает трудно оценить, поскольку фильтр Кальмана присваивает разные веса каждому спутнику, которые не учитываются при расчете DOP. А также, помимо мгновенных измерений, данный фильтр использует историческое положение и текущую скорость, что оставляет на неизменном уровне точность позиционирования.

На рисуноке 3 показана доступность спутников в режиме слежения. Испытания проводились в финансовом районе Лондона в мае 2011 г.

 

Отслеживаемые спутники – GPS, ГЛОНАСС, GPS+ГЛОНАСС

Отслеживаемые спутники – GPS, ГЛОНАСС, GPS+ГЛОНАСС

Рисунок 3. GPS (отмечено голубым) против ГЛОНАСС (отмечено красным) и всех отслеживаемых спутников GNSS (отмечено зеленым).

Как видно на рис. 3, всего присутствует 7-8 спутников ГЛОНАСС и 8-9 спутников GPS, то есть мульти-GNSS – около 16 спутников. Был период, когда сигналы спутников не улавливались: во время прохождения туннеля Blackfriars Underpass, отметка времени примерно 156400 секунд. В других районах города, по времени примерно в 158500 и 161300 секунд, видимость снижалась до четырех спутников, но общее их число никогда не было меньше восьми. Следует обратить внимание, что тестирование проходило в старом городе, где находятся в основном каменные здания, поэтому отражающие сигналы слабее, чем от зданий из стекла и металла.

Несмотря на то, что вне туннелей доступность спутников составляет 100%, она может быть ограничена DOP или точностью позиционирования. Как видно на рисунке 4, по результатам других испытаний в Лондоне, мульти-GNSS DOP остается ниже 1, как должно быть при 10-16-ти видимых спутников, в то время как DOP только GPS часто выше  4, при этом какие-либо искажения из-за отражений и слабых сигналов значительно увеличивают DOP до 10 в пике.

 

GPS в сравнении с GNSS

GPS в сравнении с GNSS

Рисунок 4. Только GPS против совмещённых GPS/ГЛОНАСС показателей снижения точности

Так как испытания, проведенные в мае 2011 года, были достаточно несложными для создания стрессовых условий, при которых GPS нуждался бы в  поддержке мульти-GNSS, было проведено новое тестирование в августе 2011 года. Как показано на аэрофотоснимке (рис.5), испытания проводились в современной высотной части города, Canary Wharf. Кроме того, дороги в городе очень узкие, что еще больше осложнило городские испытания. Здания из стекла и металла современной части города, как правило, дают лучшее отражение, чем каменные здания, вызывая «зашкаливание» алгоритмов RAIM и FDE.

 

GPS против GNSS, Лондон, Canary Wharf

Рисунок 5. GPS против GNSS, Лондон, Canary Wharf

 

Получение результатов режима «только GPS» было затруднено (показано зеленым цветом), особенно в закрытой части станции Docklands, центральный левый, нижний путь.

 

Рисунок 6 показывает те же реальные результаты испытаний, отображенные на схематичной карте дорог.

GPS против GNSS, Лондон,  Canary Wharf, схематичная карта

Рисунок 6. GPS против GNSS, Лондон,  Canary Wharf, схематичная карта  

 

Тестирование мульти-GNSS (голубого цвета) показало очень хорошие результаты, особенно на северной (в восточном направлении) части петли (вождение в Великобритании левостороннее, таким образом, по часовой стрелке образуется односторонняя петля).

 

Рис. 7. а) Испытания в Токио: Teseo-I (GPS) против Teseo-II (GNSS); б) DOP при испытаниях в Токио

Рисунок 7.  а) Испытания в Токио: Teseo-I (GPS) против Teseo-II (GNSS); б) DOP при испытаниях в Токио

 

Дальнейшие испытания были проведены в офисах STMicroelectronics по всему миру. Рисунок 7а показывает испытания в Токио, где желтым цветом обозначено результаты тестов предыдущего поколения чипов без ГЛОНАСС, и красным – Teseo-II с GPS+ГЛОНАСС.

Рисунок 7б дает некоторое разъяснение определения точности, показывая DOP в ходе испытания. Можно увидеть, что Teseo-II DOP редко были выше 2, но показатели режим «только GPS» (Teseo-I)находились между 6 и 12 в сложной северной части, обведенной в кружок.

Повторяем, что алгоритм испытаний является несложным для GPS, но точность определения затруднена.

Дальнейшие испытания в Токио выполнены на более узких городских улицах в тех же условиях тестирования, показаны на Рисунке 9. Голубым цветом – только GPS, красным – GPS+ГЛОНАСС, наблюдается значительное улучшение результатов.

На Рисунке 9 применена та же цветовая схема для отображения результатов тестирования в Далласе, на этот раз с приемником GPS конкурента против Teseo-II с конфигурацией GPS+ГЛОНАСС, снова наблюдаем очень хорошие результаты.

 

Только GPS (голубой) против мульти-GNSS (красный), Токио.

Рисунок 8. Только GPS (голубой) против мульти-GNSS (красный), Токио.

 

 Только GPS (голубой, приемник конкурента-производителя) в сравнении с GNSS (красный), Даллас.

Рисунок 9. Только GPS (голубой, приемник конкурента-производителя) в сравнении с GNSS (красный), Даллас.

 

Другие спутниковые группировки

Хотя аппаратное обеспечение TeseoII поддерживает и GALILEO, пока нет доступных спутников GALILEO (на сентябрь 2011 г.), так что устройства на базе этого чипа, находящиеся в использовании по всему миру, до сих пор не имеют загруженного программного обеспечения для обслуживания этой спутниковой группировки. Однако если наступит время применения GALILEO, всегда есть возможность сделать обновление ПО.

Японская система QZSS имеет один доступный спутник, передающий традиционные GPS-совместимые сигналы, SBAS сигналы и L1C BOC сигналы. Teseo-II с помощью функций текущего загруженного ПО может обрабатывать первые два из них, и пока применение SBAS бесполезно в условиях городской застройки, так как отражения сигналов и помехи являются локальными и не улавливаемыми, целью системы QZSS является предоставление спутника с очень большим углом, чтобы данный спутник всегда был доступен в городской местности.

Рисунок 10 показывает испытание в Тайбэе (Тайвань) с использованием GPS (желтый цвет) в сравнении с мульти-GNSS (GPS плюс один спутник QZSS (красный цвет)), и истинные значения (лиловый цвет).

Только GPS (желтый) в сравнении с мульти-GNSS (GPS+QZSS (1 спутник, красный)), истинное значение - лиловый, Тайбэй

Рисунок 10. Только GPS (желтый) в сравнении с мульти-GNSS (GPS+QZSS (1 спутник, красный)), истинное значение – лиловый, Тайбэй
Дальнейшая работа

Испытания будут продолжены для получения более точных количественных результатов. Тестирование пройдет в Великобритании, где есть схемы дорог c векторными данными для отображения реальных направлений передвижения. Планируется модификация аппаратной части в целях поддержки системы Compass и GPS-III (L1-C), в дополнение к уже имеющемуся GALILEO. Поиск и отслеживание этих сигналов уже было продемонстрировано с использованием предварительно записанных транслируемых сэмплов сценариев на имитаторах сигналов GNSS.

В 2011 году система Compass была не доступна. В связи с чем работы над кремниевым исполнением Teseo-II были ориентированы, в основном, на максимальную гибкость в условиях различной кодовой длины, например, BOC или BPSK, что позволило, при наличии того или иного загруженного программного обеспечения для конфигурации функций аппаратного обеспечения DSP, получить возможность совместимости различных спутниковых группировок.

Результаты работ над совместимостью текущей версии мульти-GNSS ЧИПа были слабые: из-за того что центральная частота системы Compass 1561 МГц может поддерживаться только с помощью управляемого напряжением генератора и PLL, система Compass не может работать одновременно с другими спутниковыми группировками. Кроме того, скорость передачи кодов в системе Compass составляет 2 млн. бит/с, что тоже не поддерживается Teseo-II и может быть приведена к стандартной за счет использования внешних альтернативных схем, а это означает серьезные потери сигналов.

Так что работы по поддержке Compass актуальны только для исследований и разработки программного обеспечения, для односистемного решения, или с использованием отдельного RF-чипа.

Распространенный по всему миру сигнал Compass, который находится в формате сигнала GPS/GALILEO на несущей частоте и на кодовой длине и скорости, будет полностью совместим внутри одной мульти-GNSS схемы, но скорее всего не раньше 2020 года.

Испытания в городских условиях будут повторяться по мере развития группировки GALILEO. При наличии 32 каналов можно использовать деление 11/11/10 (GPS/GALILEO/ГЛОНАСС), при наличии полного состава всех трех групп, но в рамках современных требований к навигационным услугам комбинация 14/8/10 является более чем достаточной.

 

Заключение

Мультисистемный приемник может включать в себя GPS, ГЛОНАСС и GALILEO при минимально увеличенной стоимости. Имея 32 канала слежения и до 22 видимых спутников, даже в самых суровых городских условиях можно обеспечить 100% доступность и приемлемую точность позиционирования. При проведении тестирования обычно видны 10–16 спутников. Множественность измерений позволяет сделать алгоритмы RAIM и FDE гораздо более эффективными при устранении плохо отражаемых сигналов, а также сводит к минимуму геометрические эффекты оставшегося искажения сигналов.

В последнее время с развитием российской ГЛОНАСС потребности навигационного рынка в мультисистемных приемниках все только нарастают. Ряд отечественных компаний применяют однокристальные чипы STM для разработки своих ГЛОНАСС-модулей и готовых корпусных устройств. В частности, компания НАВИА в 2011 году выпустила на рынок сразу 2 совмещенных ГЛОНАСС/GPS/Galileo модуля, испытания которых показали очень хорошие результаты.


[1] Доступность мгновенная или интегральная (англ. Availability – представляет % времени в течении которого выполняется условие PDOP <=6 при углах места КА >= 5 градусов. Простой пример: в былые времена до 2010г доступность по ГЛОНАССу была в некоторых районах земного шара не выше 70-80% а сейчас везде 100%! )

[2] Снижение точности или Геометрическое снижение точности (англ. Dilution of precision, DOP, англ. Geometric Dilution of Precision, GDOP)

[3] RAIM (англ. Receiver Autonomous Integrity Monitoring – Автономный Контроль Целостности Приемника (АКЦП)), технология, разработанная для оценки и поддержания целостности системы GPS, GPS приемника. В особенности это важно в тех случаях, где корректная работа GPS систем, необходима для обеспечения надлежащего уровня безопасности, например в авиации или морской навигации.

[4] HDOP – (Horizontal Dilution of Precision) — снижение точности в горизонтальной плоскости

Статьи >> Модуль Навиа применен в глонасс-трекере ГЛОНАСС Сторож PRO

Автомобильные трекеры ГЛОНАСС Сторож PRO, созданные на основе ГЛОНАСС модуля  НАВИА GL8088 вновь будут осуществлять on-line мониторинг первого этапа Открытой внедорожной квадросерии Can-Am Trophy Russia 2012. Всем экипажам участников соревнования компания-производитель “Радиотерминал” установила ГЛОНАСС-трекеры Сторож PRO. О работе этих приборов перед стартом рассказывает руководитель клиентского отдела компании Radioterminal Леонид Прокунин.

– Какие именно приборы будут применяться в серии Can-Am Trophy Russia 2012? Какое их главное преимущество?

На первом этапе серии Can-Am Trophy Russia будут применяться бортовые блоки нашего производства «ГЛОНАСС Сторож PRO», основными преимуществами которых является надёжность и приемлемая цена. Прибор произведен на базе новейшего ГЛОНАСС модуля  НАВИА GL8088 российского производства. Приёмник имеет встроенные средства подавления помех, что позволяет ему работать в условиях сложной помеховой обстановки. Это, без сомнения, важно для работы в экстремальных условиях.

Еще одно преимущество наших приборов – это их размер. ГЛОНАСС Сторож PRO небольшого размера, что также упрощает его эксплуатацию. Кроме этого, прибор имеет встроенную антенну GSM, которая работает не хуже внешней.

– Применялись ли подобные приборы на других соревнованиях? Если да, то какие были результаты?

ГЛОНАСС Сторож PRO – прибор новый и в соревнованиях будет применяться впервые. Оргкомитет Can-Am Trophy протестировал работу приборов в экстремальных условиях, произошло это буквально месяц назад в Геленджике. Испытания показали, что приборы надёжные и работают с минимальной погрешностью в координатах, к отчету были приложены фотографии треков на карте.

– Как будут работать приборы?

Приборы будут передавать координаты со спутников ГЛОНАСС и GPS, а также информацию о состоянии транспортного средства на сервер провайдера программного обеспечения мониторинга Wialon компании Gurtam. Gurtam является мировым лидером программного обеспечения для мониторинга транспорта и мы очень рады, что организаторы соревнований выбрали такого достойного партнера для участия.

– Смогут ли они быть полезны участникам на трассе (например, как-то фиксировать вхождение участников в зону контрольной точки)? Или только отвечают за онлайн-мониторинг?

В приборе такая функция есть, но на первом этапе задействована пока не будет. На приборе установлена так называемая «Тревожная кнопка». В том случае, если участнику понадобится экстренная помощь, ему стоит лишь нажать эту кнопку, организаторы моментально получат данное сообщение и придут на помощь.

– Требуют ли они особых правил эксплуатации (специальной защиты от воды /грязи)? Дополнительного оборудования (прикуриватель или запасные батарейки)?

ГЛОНАСС Сторож PRO оборудован встроенным аккумулятором заряда, которого хватает на 4-5 часов непрерывной работы.

Читать интервью полностью.

Статьи >> НАВИА GL8088s: перспективный ГЛОНАСС-модуль для широкого применения

Устройства навигации на базе глобальных и локальных систем спутникового позиционирования с самого своего появления привлекали всеобщее внимание, однако в последние несколько лет интерес к ним стал поистине феноменальным. Объясняется это предельно просто: наряду с очевидными достоинствами систем спутниковой навигации и позиционирования, развитие потребительской микроэлектроники и снижение цен как на отдельные компоненты подобных устройств, так и на готовые устройства, сделали их доступными рядовому пользователю.

До недавнего времени единственной массовой системой спутниковой навигации и позиционирования была американская GPS Navstar (Global Positioning System). Навигационные приборы, использующие эту систему, завоевали признание во всем мире и выпускаются миллионными тиражами. Результатом такой популярности стали достаточно низкие цены как на чипы GPS-приемников, так и на приемники в сборе.

Отечественная ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система), введенная в эксплуатацию еще в Советском Союзе в начале 80-х годов, не получила такого распространения — главным образом по причине малочисленности спутниковой группировки, а также из-за низкой доступности оборудования и компонентов для создания решений на базе этой системы. Однако постановление, принятое Правительством РФ два года назад в целях обеспечения массового ее внедрения, а также принятие ГЛОНАСС как основной системы для экстренных служб сделало ее привлекательной для разработчиков устройств спутниковой навигации и позиционирования.

Еще недавно создание ГЛОНАСС-модулей для подобных устройств было прерогативой отечественных разработчиков, а масштабы производства таких модулей были невелики, результатом чего стала их высокая стоимость, в три и более раз превосходящая стоимость модулей GPS. В 2011 г. наметился перелом: сразу несколько крупных производителей кристаллов готовятся выйти на рынок с собственными чипами, что, несомненно, приведет к резкому снижению стоимости ГЛОНАСС-модулей, а также устройств на их базе.

ГЛОНАСС-модуль НАВИА GL8088s

Раньше всех на рынок одночиповых решений для GPS/ГЛОНАСС-приемников вышла фирма STMicroelectronics. Одним из первых ГЛОНАСС-модулей (возможно, что вообще первым) на базе новейшего чипа Teseo-II STA8088FG (Stand Alone, SAL) является модуль НАВИА GL8088s (рис. 1). В данной статье мы рассмотрим его подробно. Для начала кратко опишем семейство TeseoII, насчитывающее четыре чипа: STA8088EX, STA8088, STA8088F и STA8088T. Каждый из них может иметь версию с поддержкой ГЛОНАСС (STA8088EXG, STA8088G, STA8088FG и STA8088TG соответственно). Кроме того, большинство этих чипов могут быть квалифицированы для автомобильных применений, что можно понять по наличию литеры «A» в конце обозначения. Одним из наиболее интересных для пользователя будет чип STA8088FG (рис. 2), предоставляющий возможность создать GPS/Galileo/ГЛОНАСС-модуль без применения дополнительных активных компонентов. Именно на базе данного чипа и выполнен новейший модуль ГЛОНАСС/GPS-приемника НАВИА GL8088s. Конструктивно модуль выполнен в форм-факторе 33,2×35,5 мм, совместимом с рядом широко распространенных модулей (ГеоС-1М, S3335G2F и ряд других). Выбор этого  форм-фактора вызван тем, что значительное число разработок устройств, применяющих ГЛОНАСС/GPS-модули, ориентировались именно на него. Производство модуля ГЛОНАСС/GPS-приемника НАВИА GL8088s размещено на российских предприятиях, что по праву позволяет написать в документации на него «Сделано в России».

НАВИА GL8088s выполнен на одночиповом решении, что повышает надежность в целом  за счет существенного уменьшения количества точек пайки, числа компонентов и сложности схемотехники по сравнению с техническими решениями других производителей. Модуль имеет два последовательных интерфейса UART с 3,3-В CMOS-входами/выходами, через которые выводится стандартная информация в формате сообщений NMEA 0183. Имеется возможность управлять работой модуля при помощи специального набора NMEA-подобных команд. Предусмотрена возможность работы с корректирующей информацией, при этом поправки могут приниматься как со спутников SBAS (WAAS/EGNOS), так и в формате RTCM SC-104 через UART.

Модуль НАВИА GL8088s обеспечивает формирование сигнала временной привязки 1PPS. Предусмотрена возможность коррекции времени задержки выдачи сигнала для компенсации особенностей радиотракта и длины антенного кабеля конечного оборудования. Включение сигнала 1PPS и коррекция задержки производятся при помощи специальных команд. Наличие режима AGPS в двух вариантах —  с получением информации с внешних источников (серверов Predictive) через каналы связи (например GPRS) и с автономным расчетом и накоплением предсказанной спутниковой обстановки — позволяет модулю успешно конкурировать не только с существующими GPS/ГЛОНАСС-приемниками, но и с приемниками GPS, выполненными на самых новых и перспективных чипсетах. При разработке модуля НАВИА GL8088s основное внимание уделялось простоте перехода аппаратуры заказчиков на новый модуль, поэтому напряжения питания, входные и выходные сигналы модуля НАВИА GL8088s сделаны полностью совместимыми с соответствующими напряжениями и сигналами модуля «ГеоС-1М».

Также для обеспечения полной совместимости с модулями, имеющими этот же форм-фактор, в НАВИА GL8088s не используются некоторые технические возможности, которыми обладает микросхема STA8088FG. Так, например, не применяются сигналы интерфейсов USB и SPI. В интересах пользователей модуль выполнен на печатной плате толщиной 1,5 мм, что позволяет существенно снизить коробление во время технологического процесса установки модулей на конечном изделии.

Демонстрационная плата Для облегчения освоения модуля НАВИА GL8088s разработана и выпущена демонстрационная плата NAVIA GPS-GLONASS DEMOBOARD (рис. 4). Модуль впаивается на эту плату, что позволяет подключить его к персональному компьютеру при помощи интерфейса USB. Демонстрационная плата снабжена литиевой батареей для сохранения данных во встроенном ОЗУ модуля и обеспечения работы часов реального времени. Кроме того, плата снабжена выключателем питания, что позволяет пользователю проверить режимы «холодного», «теплого» и «горячего» старта, не отключая модуль от компьютера. При этом преобразователи интерфейса USB не отключаются от питания, что позволяет работать с платой в большинстве отладочных программ, отображающих информацию о спутниковых сигналах. Демонстрационная плата снабжена штыревыми контактами для прямого подключения аппаратуры потребителя к модулю, в результате чего данные могут быть получены, минуя преобразователи интерфейса. На плате расположены светодиодные индикаторы обмена информацией между НАВИА GL8088s и компьютером, индикаторы наличия питающих напряжений на модуле и на преобразователях  интерфейса соответственно. Также на NAVIA GPS-GLONASS DEMOBOARD расположен светодиодный индикатор сигнала временной привязки 1PPS и контакт для подключения аппаратуры пользователя, применяющей этот сигнал. Наличие специального переключателя «работа/программирование» позволяет при необходимости изменять встроенное программное обеспечение модуля GL8088s. Такое изменение может быть необходимо, если у пользователя имеется ПО, отличное от помещенного в модуль при поставке. Такие изменения могут быть вызваны необходимостью обновить программное обеспечение на новую либо на специально заказанную версию, имеющую функции, недоступные в стандартном варианте.  Кроме того, на специальный разъем демонстра ционной платы выведены сигналы отладочного интерфейса JTAG.

Для развития направления ГЛОНАСС/GPS-приемников создан технико-консультационный центр «ГЛОНАССНАВИ», оснащенный необходимым оборудованием. Помимо приборов общего назначения, в лаборатории имеются устройства для проверки высокочастотных цепей и симулятор сигналов спутниковых навигационных группировок. Разработчик модуля НАВИА GL8088s осуществляет полную гарантийную поддержку произведенных модулей. Высококвалифицированные специалисты центра могут разработать GPS/ГЛОНАСС-приемник на базе чипсета STA8088FG в габаритах и форм-факторе, заданных заказчиком, проанализировать техническое решение заказчика на предмет несоответствия схемотехники или разводки печатной платы тем техническим требованиям, которые предъявляются для нормальной работы приемника НАВИА GL8088s. Кроме того, в «ГЛОНАССНАВИ» может быть произведена «имплантация» схемотехнического и конструктивного решения приемника непосредственно в печатный узел заказчика.

В настоящее время в разработке находится приемник НАВИА ML8088s. По форм-фактору он аналогичен широко распространенному приемнику EB500 (габаритные размеры 13×15×3 мм) и предназначен для его замены с целью перевода изделий заказчиков на ГЛОНАСС. Таким образом, НАВИА GL8088s представляет собой новое поколение ГЛОНАСС-модулей, за разработкой которых стоит крупный мировой производитель устройств микроэлектроники. Несомненно, данный модуль открывает широкие горизонты массовому потребителю навигационных устройств на базе ГЛОНАСС в силу своей оптимальной цены и возможности заказа различных форм-факторов, в том числе совместимых. Навигационный модуль российского производства при поддержке специалистов лаборатории «ГЛОНАССНАВИ» позволит интеграторам в короткие сроки выводить на рынок ГЛОНАСС-устройства, получать оперативную техническую помощь и гарантийное обслуживание.

Алексей Осадчий, PhD
Владимир Осадчий

Беспроводные технологии, №3, 2011, скачать статью