Nauwkeurigheid van metingen het gebruik van GLONASS/GPS is afhankelijk van het ontwerp en de klasse van de ontvanger, het aantal en de locatie van satellieten (in realtime), de toestand van de ionosfeer en de atmosfeer van de aarde (zware wolken enz.), de aanwezigheid van interferentie en andere factoren .

"Huishoudelijke" GPS-apparaten, voor "civiele" gebruikers, hebben een meetfout in het bereik van ±3-5m tot ±50m en meer (gemiddeld is de werkelijke nauwkeurigheid, met minimale interferentie, bij nieuwe modellen ±5-15 meter met betrekking tot). De maximaal mogelijke nauwkeurigheid bedraagt ​​+/- 2-3 meter horizontaal. Hoogte - van ±10-50m tot ±100-150 meter. De hoogtemeter zal nauwkeuriger zijn als u de digitale barometer kalibreert op het dichtstbijzijnde punt met een bekende exacte hoogte (bijvoorbeeld uit een gewone atlas) op vlak terrein of op basis van bekende atmosferische druk (als deze niet te snel verandert als het weer veranderingen).

Zeer nauwkeurige meters van "geodetische klasse" - nauwkeuriger met twee of drie ordes van grootte (tot een centimeter, in bovenaanzicht en in hoogte). De werkelijke nauwkeurigheid van metingen wordt bepaald door verschillende factoren, bijvoorbeeld de afstand tot het dichtstbijzijnde basis(correctie)station in het systeemservicegebied, de veelheid (het aantal herhaalde metingen / accumulaties op een punt), passende kwaliteitscontrole van het werk , het opleidingsniveau en de praktijkervaring van de specialist. Dergelijke uiterst nauwkeurige apparatuur kan alleen worden gebruikt door gespecialiseerde organisaties, speciale diensten en het leger.

Om de navigatienauwkeurigheid te verbeteren Het wordt aanbevolen om een ​​Glanas / GPS-ontvanger met meerdere systemen te gebruiken - in een open ruimte (er zijn geen nabijgelegen gebouwen of overhangende bomen) met redelijk vlak terrein, en een extra externe antenne aan te sluiten. Voor marketingdoeleinden worden dergelijke apparaten gecrediteerd met “dubbele betrouwbaarheid en nauwkeurigheid” (verwijzend naar de gelijktijdig gebruikte twee satellietsystemen, Glonass en Gypies), maar de daadwerkelijke daadwerkelijke verbetering van de parameters (verhoogde nauwkeurigheid van de coördinatenbepaling) kan slechts oplopen tot enkele tientallen procenten. Alleen een merkbare verkorting van de warm-warm starttijd en meetduur is mogelijk.

De kwaliteit van GPS-metingen verslechtert als de satellieten zich in een dichte straal of op één lijn en “ver” aan de horizon aan de hemel bevinden (dit alles wordt “slechte geometrie” genoemd) en er sprake is van signaalinterferentie (hoge gebouwen blokkeren, het signaal reflecteren, bomen, steile bergen in de buurt). Aan de dagzijde van de aarde (momenteel verlicht door de zon) worden radiosignalen, nadat ze door het ionosferische plasma zijn gegaan, verzwakt en vervormd, een orde van grootte sterker dan aan de nachtzijde. Tijdens een geomagnetische storm zijn na krachtige zonnevlammen onderbrekingen en langdurige onderbrekingen in de werking van satellietnavigatieapparatuur mogelijk.

De werkelijke nauwkeurigheid van de GPS hangt af van het type GPS-ontvanger en de kenmerken van gegevensverzameling en -verwerking. Hoe meer kanalen (er moeten er minimaal 8 zijn) in de navigator, hoe nauwkeuriger en sneller de juiste parameters worden bepaald. Bij het ontvangen van “hulp-A-GPS-locatieservergegevens” via internet (via pakketgegevensoverdracht, in telefoons en smartphones), neemt de snelheid van het bepalen van coördinaten en locatie op de kaart toe.

WAAS (Wide Area Augmentation System, op het Amerikaanse continent) en EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services, in Europa) - differentiële subsystemen die uitzenden via geostationair (op hoogtes van 36.000 km op lagere breedtegraden tot 40.000 kilometer boven midden- en hoge breedtegraden) satellieten corrigeren informatie naar GPS-ontvangers (correcties worden geïntroduceerd). Ze kunnen de kwaliteit van de positionering van een rover (veld, mobiele ontvanger) verbeteren als basiscorrectiestations op de grond (stationaire referentiesignaalontvangers die al een zeer nauwkeurige coördinatenreferentie hebben) zich in de buurt bevinden en opereren. In dit geval moeten de veld- en basisontvangers tegelijkertijd de gelijknamige satellieten volgen.

Om de meetsnelheid te verhogen Het wordt aanbevolen om een ​​meerkanaals (8-kanaals of meer), multi-systeem (Glonas/Gps) ontvanger met een externe antenne te gebruiken. Er moeten minimaal drie GPS- en twee GLONASS-satellieten zichtbaar zijn. Hoe meer er zijn, hoe beter het resultaat. Goed zicht op de lucht (open horizon) is ook noodzakelijk.

Een snelle, “hete” (duurzaam in de eerste seconden) of “warme start” (een halve minuut of een minuut, in de tijd) van het ontvangende apparaat is mogelijk als deze een actuele, frisse almanak bevat. In het geval dat de navigator lange tijd niet is gebruikt, wordt de ontvanger gedwongen de volledige almanak te ontvangen en wordt, wanneer deze wordt ingeschakeld, een koude start uitgevoerd (als het apparaat AGPS ondersteunt, dan sneller - tot een paar seconden).

Om alleen horizontale coördinaten (breedtegraad/lengtegraad) te bepalen, kunnen signalen van drie satellieten voldoende zijn. Om driedimensionale (met hoogte) coördinaten te verkrijgen zijn minimaal vier coördinaten nodig.

Het GLONASS-systeem is het grootste navigatiesysteem waarmee u de locatie van verschillende objecten kunt volgen. Het project, gelanceerd in 1982, is nog steeds actief in ontwikkeling en verbetering. Bovendien wordt er gewerkt aan zowel de technische ondersteuning van GLONASS als aan de infrastructuur waardoor steeds meer mensen het systeem kunnen gebruiken. Dus als navigatie via satellieten in de eerste jaren van het bestaan ​​van het complex voornamelijk werd gebruikt bij het oplossen van militaire problemen, is GLONASS tegenwoordig een technologisch positioneringsinstrument dat verplicht is geworden in het leven van miljoenen civiele gebruikers.

Wereldwijde satellietnavigatiesystemen

Vanwege de technologische complexiteit van de mondiale satellietpositionering kunnen tegenwoordig slechts twee systemen volledig aan deze naam voldoen: GLONASS en GPS. De eerste is Russisch en de tweede is de vrucht van Amerikaanse ontwikkelaars. Vanuit technisch oogpunt is GLONASS een complex van gespecialiseerde hardware die zich zowel in een baan om de aarde als op de grond bevindt.

Om met satellieten te communiceren worden speciale sensoren en ontvangers gebruikt die de signalen lezen en op basis daarvan locatiegegevens genereren. Voor het berekenen van tijdparameters worden speciale parameters gebruikt: ze worden gebruikt om de positie van een object te bepalen, rekening houdend met de uitzending en verwerking van radiogolven. Het verminderen van fouten zorgt voor een betrouwbaardere berekening van positioneringsparameters.

Satellietnavigatiefuncties

Tot het takenpakket van mondiale satellietnavigatiesystemen behoort ook het bepalen van de exacte locatie van grondobjecten. Naast de geografische locatie kunt u met wereldwijde satellietnavigatiesystemen ook rekening houden met tijd, route, snelheid en andere parameters. Deze taken worden gerealiseerd via satellieten die zich op verschillende punten boven het aardoppervlak bevinden.

Het gebruik van mondiale navigatie is niet beperkt tot de transportsector. Satellieten helpen bij zoek- en reddingsoperaties, geodetische en bouwwerkzaamheden, en de coördinatie en het onderhoud van andere ruimtestations en voertuigen zijn ook essentieel. De militaire industrie kan ook niet zonder de steun van een systeem voor soortgelijke doeleinden, dat een veilig signaal levert dat speciaal is ontworpen voor geautoriseerde apparatuur van het Ministerie van Defensie.

GLONASS-systeem

Het systeem begon pas in 2010 volledig operationeel te worden, hoewel er sinds 1995 pogingen zijn ondernomen om het complex in gebruik te nemen. De problemen hielden grotendeels verband met de lage duurzaamheid van de gebruikte satellieten.

Op dit moment bestaat GLONASS uit 24 satellieten die op verschillende punten in een baan om de aarde opereren. Over het algemeen kan de navigatie-infrastructuur worden weergegeven door drie componenten: een controlecomplex (biedt controle over de groep in een baan om de aarde), evenals gebruikersnavigatieapparatuur.

24 satellieten, elk met hun eigen constante hoogte, zijn onderverdeeld in verschillende categorieën. Er zijn 12 satellieten voor elk halfrond. Door middel van satellietbanen wordt er een raster gevormd over het aardoppervlak, via de signalen waarvan precieze coördinaten worden bepaald. Daarnaast beschikt satelliet GLONASS ook over verschillende back-upfaciliteiten. Ze bevinden zich ook elk in hun eigen baan en zitten niet stil. Hun taken omvatten onder meer het uitbreiden van de dekking over een specifieke regio en het vervangen van falende satellieten.

GPS-systeem

De Amerikaanse tegenhanger van GLONASS is een GPS-systeem dat ook in de jaren tachtig met zijn werk begon, maar pas sinds 2000 heeft de nauwkeurigheid van het bepalen van coördinaten het mogelijk gemaakt dat het wijdverspreid onder consumenten werd. Tegenwoordig garanderen GPS-satellieten een nauwkeurigheid tot 2-3 m. De vertraging in de ontwikkeling van navigatiemogelijkheden is lange tijd te wijten aan kunstmatige positioneringsbeperkingen. Niettemin maakte hun verwijdering het mogelijk om de coördinaten met maximale nauwkeurigheid te bepalen. Zelfs bij synchronisatie met miniatuurontvangers wordt een resultaat bereikt dat overeenkomt met GLONASS.

Verschillen tussen GLONASS en GPS

Er zijn verschillende verschillen tussen navigatiesystemen. Er is met name een verschil in de aard van de opstelling en beweging van satellieten in banen. In het GLONASS-complex bewegen ze zich langs drie vlakken (elk acht satellieten) en het GPS-systeem zorgt voor werk in zes vlakken (ongeveer vier per vlak). Het Russische systeem biedt dus een bredere dekking van het grondoppervlak, wat tot uiting komt in een hogere nauwkeurigheid. In de praktijk staat de kortetermijnlevensduur van binnenlandse satellieten het echter niet toe om het volledige potentieel van het GLONASS-systeem te benutten. GPS behoudt op zijn beurt een hoge nauwkeurigheid dankzij het overtollige aantal satellieten. Niettemin introduceert het Russische complex regelmatig nieuwe satellieten, zowel voor gericht gebruik als als back-upondersteuning.

Er worden ook verschillende signaalcoderingsmethoden gebruikt: Amerikanen gebruiken CDMA-code en GLONASS gebruikt FDMA. Wanneer ontvangers positiegegevens berekenen, biedt het Russische satellietsysteem een ​​complexer model. Als gevolg hiervan vereist het gebruik van GLONASS een hoog energieverbruik, wat tot uiting komt in de afmetingen van de apparaten.

Wat maken de GLONASS-mogelijkheden mogelijk?

Een van de basistaken van het systeem is het bepalen van de coördinaten van een object dat kan communiceren met GLONASS. GPS voert in deze zin vergelijkbare taken uit. In het bijzonder worden de bewegingsparameters van grond-, zee- en luchtobjecten berekend. Binnen enkele seconden kan een voertuig uitgerust met een geschikte navigator de kenmerken van zijn eigen beweging berekenen.

Tegelijkertijd is het gebruik van mondiale navigatie al verplicht geworden voor bepaalde categorieën vervoer. Als in de jaren 2000 de verspreiding van satellietpositionering verband hield met de controle van bepaalde strategische objecten, zijn ontvangers tegenwoordig uitgerust met schepen en vliegtuigen, openbaar vervoer, enz. In de nabije toekomst is het mogelijk dat alle particuliere auto's moeten worden voorzien met GLONASS-navigators.

Welke apparaten werken met GLONASS

Het systeem is in staat om zonder uitzondering continue mondiale dienstverlening te bieden aan alle categorieën consumenten, ongeacht klimatologische, territoriale en tijdsomstandigheden. Net als GPS-systeemdiensten wordt GLONASS-navigator gratis en overal ter wereld aangeboden.

Apparaten die satellietsignalen kunnen ontvangen, zijn niet alleen navigatiehulpmiddelen aan boord en GPS-ontvangers, maar ook mobiele telefoons. Gegevens over locatie, richting en bewegingssnelheid worden via GSM-operatornetwerken naar een speciale server verzonden. Een speciaal GLONASS-programma en diverse toepassingen die kaarten verwerken, helpen bij het benutten van de mogelijkheden van satellietnavigatie.

Combi-ontvangers

De territoriale expansie van satellietnavigatie heeft geleid tot het samenvoegen van de twee systemen vanuit het standpunt van de consument. In de praktijk worden GLONASS-apparaten vaak aangevuld met GPS en omgekeerd, waardoor de nauwkeurigheid van positionerings- en timingparameters toeneemt. Technisch gezien wordt dit gerealiseerd door twee sensoren geïntegreerd in één navigator. Op basis van dit idee worden gecombineerde ontvangers geproduceerd die gelijktijdig werken met GLONASS, GPS-systemen en aanverwante apparatuur.

Naast het vergroten van de nauwkeurigheid van de bepaling, maakt een dergelijke symbiose het mogelijk om de locatie te volgen wanneer de satellieten van een van de systemen niet worden gedetecteerd. Het minimumaantal orbitale objecten waarvan de "zichtbaarheid" vereist is om de navigator te laten werken, is drie eenheden. Dus als bijvoorbeeld het GLONASS-programma niet meer beschikbaar is, komen GPS-satellieten te hulp.

Andere satellietnavigatiesystemen

De Europese Unie, evenals India en China, ontwikkelen projecten die qua omvang vergelijkbaar zijn met GLONASS en GPS. is van plan een Galileo-systeem te implementeren dat uit 30 satellieten bestaat, wat een ongeëvenaarde nauwkeurigheid zal opleveren. In India is het de bedoeling om het IRNSS-systeem te lanceren, dat via zeven satellieten werkt. Het navigatiecomplex is gericht op huishoudelijk gebruik. Het Compass-systeem van Chinese ontwikkelaars zou uit twee segmenten moeten bestaan. De eerste omvat 5 satellieten, en de tweede - 30. Dienovereenkomstig voorzien de auteurs van het project twee serviceformaten.

Veel autobezitters gebruiken navigatiesystemen in hun auto. Sommigen van hen weten echter niet van het bestaan ​​van twee verschillende satellietsystemen: de Russische GLONASS en de Amerikaanse GPS. Uit dit artikel leert u wat hun verschillen zijn en welke de voorkeur verdient.

Hoe werkt het navigatiesysteem?

Het navigatiesysteem wordt voornamelijk gebruikt om de locatie van een object (in dit geval een auto) en de snelheid ervan te bepalen. Soms is het nodig om enkele andere parameters te bepalen, bijvoorbeeld de hoogte boven zeeniveau.

Het berekent deze parameters door de afstand vast te stellen tussen de navigator zelf en elk van de verschillende satellieten die zich in een baan om de aarde bevinden. Normaal gesproken is synchronisatie met vier satellieten vereist om het systeem effectief te laten werken. Door deze afstanden te veranderen, worden de coördinaten van het object en andere bewegingskenmerken bepaald. GLONASS-satellieten zijn niet gesynchroniseerd met de rotatie van de aarde, wat hun stabiliteit gedurende een lange periode garandeert.

Video: GloNaSS versus GPS

Wat is beter GLONASS of GPS en wat is hun verschil

Navigatiesystemen waren in de eerste plaats bedoeld voor militaire doeleinden en kwamen pas daarna beschikbaar voor gewone burgers. Het is duidelijk dat het leger gebruik moet maken van de ontwikkelingen in zijn staat, omdat een buitenlands navigatiesysteem bij een conflictsituatie door de autoriteiten van dat land kan worden uitgeschakeld. Bovendien worden in Rusland militairen en ambtenaren aangemoedigd om het GLONASS-systeem in het dagelijks leven te gebruiken.

In het dagelijks leven hoeft een gewone automobilist zich helemaal geen zorgen te maken over het kiezen van een navigatiesysteem. Zowel GLONASS als bieden navigatiekwaliteit die voldoende is voor dagelijks gebruik. In de noordelijke gebieden van Rusland en andere landen op noordelijke breedtegraden werken GLONASS-satellieten efficiënter vanwege het feit dat hun reistrajecten hoger boven de aarde liggen. Dat wil zeggen, in het Noordpoolgebied, in de Scandinavische landen, is GLONASS effectiever, en de Zweden erkenden dit al in 2011. In andere regio's is GPS iets nauwkeuriger dan GLONASS bij het bepalen van de locatie. Volgens het Russische systeem van differentiële correctie en monitoring varieerden GPS-fouten van 2 tot 8 meter, GLONASS-fouten van 4 tot 8 meter. Maar om GPS de locatie te laten bepalen die je nodig hebt om 6 tot 11 satellieten te vangen, is GLONASS voldoende voor 6-7 satellieten.

Er moet ook rekening mee worden gehouden dat het GPS-systeem 8 jaar eerder verscheen en in de jaren 90 een aanzienlijke voorsprong nam. En de afgelopen tien jaar heeft GLONASS deze kloof vrijwel volledig verkleind, en tegen 2020 beloven de ontwikkelaars dat GLONASS op geen enkele manier onderdoen voor GPS.

De meeste moderne zijn uitgerust met een gecombineerd systeem dat zowel het Russische als het Amerikaanse satellietsysteem ondersteunt. Het zijn deze apparaten die het meest nauwkeurig zijn en de laagste fout vertonen bij het bepalen van de coördinaten van het voertuig. Ook neemt de stabiliteit van ontvangen signalen toe, omdat zo’n apparaat meer satellieten kan ‘zien’. Aan de andere kant zijn de prijzen voor dergelijke navigators veel hoger dan die voor hun tegenhangers met één systeem. Dit is begrijpelijk: er zijn twee chips in ingebouwd die signalen van elk type satelliet kunnen ontvangen.

Video: test van GPS en GPS+GLONASS ontvangers Redpower CarPad3

De meest nauwkeurige en betrouwbare navigators zijn dus apparaten met twee systemen. Hun voordelen gaan echter gepaard met één belangrijk nadeel: de kosten. Daarom moet u bij het kiezen nadenken: is zo'n hoge nauwkeurigheid nodig bij dagelijks gebruik? Ook is het voor een eenvoudige autoliefhebber niet erg belangrijk welk navigatiesysteem hij moet gebruiken: Russisch of Amerikaans. Noch GPS, noch GLONASS laten u verdwalen en brengen u naar de gewenste bestemming.

GPS is een satellietnavigatiesysteem dat afstand, tijd meet en locatie bepaalt. Hiermee kunt u de locatie en snelheid van objecten overal op aarde bepalen (exclusief de poolgebieden), in vrijwel alle weersomstandigheden, maar ook in de ruimte nabij de planeet. Het systeem is ontwikkeld, geïmplementeerd en beheerd door het Amerikaanse ministerie van Defensie.

Korte kenmerken van GPS

Het satellietnavigatiesysteem van het Amerikaanse ministerie van Defensie is GPS, ook wel NAVSTAR genoemd. Het systeem bestaat uit 24 navigatie kunstmatige aardse satellieten (NES), grondcommandomeetcomplex en consumentenapparatuur. Het is een mondiaal navigatiesysteem dat geschikt is voor alle weersomstandigheden en dat de coördinaten van objecten met hoge nauwkeurigheid kan bepalen in de driedimensionale ruimte nabij de aarde. GPS-satellieten worden in zes middelhoge banen (hoogte 20.183 km) geplaatst en hebben een omlooptijd van 12 uur. De baanvlakken bevinden zich op een onderlinge afstand van 60° en hellen ten opzichte van de evenaar onder een hoek van 55°. Er zijn 4 satellieten in elke baan. 18 satellieten is het minimumaantal om de zichtbaarheid van minimaal 4 satellieten op elk punt op aarde te garanderen.

Het basisprincipe van het gebruik van het systeem is het bepalen van de locatie door de afstanden tot een object te meten vanaf punten met bekende coördinaten - satellieten. De afstand wordt berekend door de vertragingstijd van de signaalvoortplanting vanaf het verzenden ervan door de satelliet tot het ontvangen ervan door de antenne van de GPS-ontvanger. Dat wil zeggen, om driedimensionale coördinaten te bepalen, moet de GPS-ontvanger de afstand tot drie satellieten en de tijd van het GPS-systeem kennen. Zo worden signalen van ten minste vier satellieten gebruikt om de coördinaten en hoogte van de ontvanger te bepalen.

Het systeem is ontworpen om navigatie van vliegtuigen en schepen mogelijk te maken en de tijd te bepalen met hoge precisie. Het kan worden gebruikt in tweedimensionale navigatiemodus - 2D-bepaling van navigatieparameters van objecten op het aardoppervlak) en in driedimensionale modus - 3D (meting van navigatieparameters van objecten boven het aardoppervlak). Om de driedimensionale positie van een object te vinden, is het noodzakelijk om de navigatieparameters van minimaal 4 NIS te meten, en voor tweedimensionale navigatie - minimaal 3 NIS. GPS gebruikt een pseudo-afstandsmetermethode om de positie te bepalen en een pseudo-radiale snelheidsmethode om de snelheid van een object te vinden.

Om de nauwkeurigheid te verbeteren de bepalingsresultaten worden afgevlakt met behulp van een Kalman-filter. GPS-satellieten zenden navigatiesignalen uit op twee frequenties: F1 = 1575,42 en F2 = 1227,60 MHz. Stralingsmodus: continu met pseudoruismodulatie. Navigatiesignalen zijn een openbare C/A-code (koers en acquisitie), alleen uitgezonden op de F1-frequentie, en een beschermde P-code (precisiecode), uitgezonden op de F1- en F2-frequenties.

Bij GPS heeft elke NIS zijn eigen unieke C/A-code en unieke P-code. Dit type satellietsignaalscheiding wordt codescheiding genoemd. Hiermee kan apparatuur aan boord herkennen tot welke satelliet een signaal behoort als ze allemaal op dezelfde frequentie uitzenden. GPS biedt twee niveaus van klantenservice: PPS Precise Positioning Service en SPS Standard Positioning Service PPS is gebaseerd op een precieze code, en SPS - publiekelijk verkrijgbaar. Het PPS-serviceniveau wordt geleverd aan het Amerikaanse leger en de federale diensten, en SPS wordt geleverd aan de grote civiele consument. Naast navigatiesignalen verzendt de satelliet regelmatig berichten die informatie bevatten over de status van de satelliet, zijn efemeriden, systeem tijd, ionosferische vertragingsvoorspelling en prestatie-indicatoren. GPS-apparatuur aan boord bestaat uit een antenne en een ontvangerindicator. De PI omvat een ontvanger, een computer, geheugeneenheden, besturings- en weergaveapparaten. De geheugenblokken slaan de nodige gegevens op, programma's voor het oplossen van problemen en het regelen van de werking van de ontvangerindicator. Afhankelijk van het doel worden twee soorten boordapparatuur gebruikt: speciaal en voor de massaconsument. Speciale apparatuur is ontworpen om de kinematische parameters van raketten, militaire vliegtuigen, schepen en speciale schepen te bepalen. Bij het vinden van objectparameters wordt gebruik gemaakt van P- en C/A-codes. Met deze apparatuur zijn vrijwel continue bepalingen mogelijk nauwkeurigheid: objectlocatie— 5+7 m, snelheid — 0,05+0,15 m/s, tijd — 5+15 ns

Belangrijkste toepassingen van GPS-navigatiesatellietsysteem:

• Geodesie: met behulp van GPS worden de exacte coördinaten van punten en grenzen van percelen bepaald
• Cartografie: GPS wordt gebruikt in civiele en militaire cartografie
• Navigatie: GPS wordt gebruikt voor zowel zee- als wegnavigatie
• Satellietmonitoring van transport: met behulp van GPS worden de positie en snelheid van voertuigen gemonitord en wordt hun beweging gecontroleerd
• Mobiel: De eerste mobiele telefoons met GPS verschenen in de jaren 90. In sommige landen, zoals de VS, wordt dit gebruikt om snel de locatie te bepalen van iemand die 911 belt.
• Tektoniek, Platentektoniek: GPS gebruiken om de bewegingen en trillingen van platen te observeren
• Actieve recreatie: er zijn verschillende spellen die gebruik maken van GPS, bijvoorbeeld Geocaching etc.
• Geotagging: informatie, zoals foto's, wordt “gekoppeld” aan coördinaten dankzij ingebouwde of externe GPS-ontvangers.

Bepaling van consumentencoördinaten

Positionering op afstand tot satellieten

De locatiecoördinaten worden berekend op basis van de gemeten afstanden tot de satellieten. Om de locatie te bepalen zijn vier metingen nodig. Drie dimensies zijn voldoende als je onwaarschijnlijke oplossingen op een andere beschikbare manier kunt elimineren. Om technische redenen is een nieuwe meting noodzakelijk.

Het meten van de afstand tot een satelliet

De afstand tot een satelliet wordt bepaald door de tijd te meten die een radiosignaal nodig heeft om van de satelliet naar ons te reizen. Zowel de satelliet als de ontvanger genereren strikt gelijktijdig dezelfde pseudo-willekeurige code op een gemeenschappelijke tijdschaal. Laten we bepalen hoe lang het duurde voordat het signaal van de satelliet ons bereikte door de vertraging van de pseudo-willekeurige code te vergelijken met die van de ontvanger.

Zorgen voor een perfecte timing

Nauwkeurige timing is de sleutel tot het meten van afstanden tot satellieten. Satellieten zijn nauwkeurig in de tijd omdat ze atoomklokken aan boord hebben. De ontvangerklok is mogelijk niet perfect, omdat de drift ervan kan worden geëlimineerd met behulp van trigonometrische berekeningen. Om deze mogelijkheid te verkrijgen, is het noodzakelijk om de afstand tot de vierde satelliet te meten. De noodzaak voor vier metingen wordt bepaald door het ontwerp van de ontvanger.

Bepalen van de positie van de satelliet in de ruimte.

Om onze coördinaten te berekenen, moeten we zowel de afstanden tot de satellieten kennen als de locatie van elke satelliet in de ruimte. GPS-satellieten reizen zo hoog dat hun banen zeer stabiel zijn en met grote nauwkeurigheid kunnen worden voorspeld. Volgstations meten voortdurend kleine veranderingen in banen, en gegevens over deze veranderingen worden door satellieten verzonden.

Ionosferische en atmosferische signaalvertragingen.

Er zijn twee methoden die kunnen worden gebruikt om de fout tot een minimum te beperken. Ten eerste kunnen we voorspellen wat de typische verandering in snelheid zou zijn op een normale dag, onder gemiddelde ionosferische omstandigheden, en vervolgens een correctie toepassen op al onze metingen. Maar helaas is niet elke dag gewoon. Een andere methode is het vergelijken van de voortplantingssnelheden van twee signalen met verschillende draaggolffrequenties. Als we de voortplantingstijd van twee componenten met verschillende frequenties van het GPS-signaal vergelijken, kunnen we erachter komen wat voor soort vertraging er heeft plaatsgevonden. Deze correctiemethode is behoorlijk complex en wordt alleen gebruikt in de meest geavanceerde, zogenaamde “dual-frequency” GPS-ontvangers.

Multipad.

Een ander type fout zijn ‘multipath’-fouten. Ze komen voor wanneer signalen die door een satelliet worden uitgezonden herhaaldelijk worden gereflecteerd door omringende objecten en oppervlakken voordat ze de ontvanger bereiken.

Geometrische factor die de nauwkeurigheid vermindert.

Goede ontvangers zijn uitgerust met computerprocedures die de relatieve posities van alle waarneembare satellieten analyseren en daaruit vier kandidaten selecteren, d.w.z. best gepositioneerde vier satellieten.

Resulterende GPS-nauwkeurigheid.

De resulterende GPS-fout wordt bepaald door de som van de fouten uit verschillende bronnen. De bijdrage van elk varieert afhankelijk van de atmosferische omstandigheden en de kwaliteit van de apparatuur. Bovendien kan de nauwkeurigheid door het Amerikaanse ministerie van Defensie opzettelijk worden verminderd als gevolg van het installeren van de zogenaamde S/A-modus (Selective Availability) op GPS-satellieten. Deze modus is ontworpen om te voorkomen dat een potentiële vijand een tactisch voordeel verkrijgt bij GPS-positionering. Wanneer en als deze modus is ingesteld, creëert dit het belangrijkste onderdeel van de totale GPS-fout.

Conclusie:

Nauwkeurigheid van metingen het gebruik van GPS is afhankelijk van het ontwerp en de klasse van de ontvanger, het aantal en de locatie van satellieten (in realtime), de toestand van de ionosfeer en de atmosfeer van de aarde (zware wolken enz.), de aanwezigheid van interferentie en andere factoren. “Huishoudelijke” GPS-apparaten, voor “civiele” gebruikers, hebben een meetfout in het bereik van ±3-5m tot ±50m en meer (gemiddeld bedraagt ​​de werkelijke nauwkeurigheid, met minimale interferentie, bij nieuwe modellen ±5-15 meter volgens planning). De maximaal mogelijke nauwkeurigheid bedraagt ​​+/- 2-3 meter horizontaal. Hoogte – van ±10-50m tot ±100-150 meter. De hoogtemeter zal nauwkeuriger zijn als u de digitale barometer kalibreert op het dichtstbijzijnde punt met een bekende exacte hoogte (bijvoorbeeld uit een gewone atlas) op vlak terrein of op basis van bekende atmosferische druk (als deze niet te snel verandert als het weer veranderingen). Zeer nauwkeurige meters van "geodetische klasse" - nauwkeuriger met twee tot drie ordes van grootte (tot een centimeter, in bovenaanzicht en in hoogte). De werkelijke nauwkeurigheid van metingen wordt bepaald door verschillende factoren, bijvoorbeeld de afstand tot het dichtstbijzijnde basisstation (correctie) in het systeemservicegebied, veelheid (aantal herhaalde metingen / accumulaties op een punt), passende kwaliteitscontrole van het werk, niveau van opleiding en praktijkervaring van de specialist. Dergelijke uiterst nauwkeurige apparatuur kan alleen worden gebruikt door gespecialiseerde organisaties, speciale diensten en het leger.

Om de navigatienauwkeurigheid te verbeteren Het wordt aanbevolen om een ​​GPS-ontvanger te gebruiken in een open ruimte (geen gebouwen of overhangende bomen in de buurt) met redelijk vlak terrein, en een extra externe antenne aan te sluiten. Voor marketingdoeleinden worden dergelijke apparaten gecrediteerd met “dubbele betrouwbaarheid en nauwkeurigheid” (verwijzend naar de gelijktijdig gebruikte twee satellietsystemen, Glonass en Gypies), maar de daadwerkelijke daadwerkelijke verbetering van de parameters (verhoogde nauwkeurigheid van het bepalen van coördinaten) kan slechts oplopen tot enkele tientallen procenten. Alleen een merkbare verkorting van de warm-warm starttijd en meetduur is mogelijk

De kwaliteit van GPS-metingen verslechtert als de satellieten zich in een dichte straal of op één lijn en “ver” aan de horizon aan de hemel bevinden (dit alles wordt “slechte geometrie” genoemd) en er sprake is van signaalinterferentie (hoge gebouwen het signaal blokkeren, bomen, steile bergen in de buurt, het signaal reflecteren). Aan de dagzijde van de aarde (momenteel verlicht door de zon) worden radiosignalen, nadat ze door het ionosferische plasma zijn gegaan, verzwakt en vervormd, een orde van grootte sterker dan aan de nachtzijde. Tijdens een geomagnetische storm zijn na krachtige zonnevlammen onderbrekingen en langdurige onderbrekingen in de werking van satellietnavigatieapparatuur mogelijk.

De werkelijke nauwkeurigheid van de GPS hangt af van het type GPS-ontvanger en de kenmerken van gegevensverzameling en -verwerking. Hoe meer kanalen (er moeten er minimaal 8 zijn) in de navigator, hoe nauwkeuriger en sneller de juiste parameters worden bepaald. Bij het ontvangen van “hulp-A-GPS-locatieservergegevens” via internet (via pakketgegevensoverdracht, in telefoons en smartphones), neemt de snelheid van het bepalen van coördinaten en locatie op de kaart toe

WAAS (Wide Area Augmentation System, op het Amerikaanse continent) en EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services, in Europa) - differentiële subsystemen die uitzenden via geostationair (op hoogtes van 36.000 km op lagere breedtegraden tot 40.000 kilometer boven midden- en hoge breedtegraden) satellieten corrigeren informatie naar GPS-ontvangers (correcties worden geïntroduceerd). Ze kunnen de kwaliteit van de positionering van een rover (veld, mobiele ontvanger) verbeteren als basiscorrectiestations op de grond (stationaire referentiesignaalontvangers die al een zeer nauwkeurige coördinatenreferentie hebben) zich in de buurt bevinden en opereren. In dit geval moeten de veld- en basisontvangers tegelijkertijd de gelijknamige satellieten volgen.

Om de meetsnelheid te verhogen Het wordt aanbevolen om een ​​meerkanaalsontvanger (8 kanalen of meer) te gebruiken met een externe antenne. Er moeten minimaal drie GPS-satellieten zichtbaar zijn. Hoe meer er zijn, hoe beter het resultaat. Goed zicht op de lucht (open horizon) is ook noodzakelijk. Een snelle, “hete” (duurzaam in de eerste seconden) of “warme start” (een halve minuut of een minuut, in de tijd) van het ontvangende apparaat is mogelijk als deze een actuele, frisse almanak bevat. In het geval dat de navigator lange tijd niet is gebruikt, wordt de ontvanger gedwongen de volledige almanak te ontvangen en wordt, wanneer deze wordt ingeschakeld, een koude start uitgevoerd (als het apparaat AGPS ondersteunt, dan sneller - tot een paar seconden). Om alleen horizontale coördinaten (breedtegraad/lengtegraad) te bepalen, kunnen signalen van drie satellieten voldoende zijn. Om driedimensionale (met hoogte) coördinaten te verkrijgen zijn minimaal vier coördinaten nodig. De noodzaak om ons eigen binnenlandse navigatiesysteem te creëren is te wijten aan het feit dat GPS Amerikaanse, potentiële tegenstanders zijn die op elk moment, in hun militaire en geopolitieke belangen, het selectief kunnen uitschakelen, ‘jammen’, wijzigen in welke regio dan ook of de kunstmatige intelligentie kunnen vergroten. , een systematische fout in coördinaten (voor buitenlandse consumenten van deze dienst), die altijd aanwezig is in vredestijd.

GLONASS/GPS voor iedereen: tests voor nauwkeurigheid en toegankelijkheid van de positionering van een ontvanger met één chip in moeilijke bedrijfsomstandigheden

Philip Mattos (Philip Mattos)
Vertaling: Andrey Rusak
ondersteuning@site
Victoria Bulanova
[e-mailadres beveiligd]
De GNSS-ontvanger met één chip, die nu in massaproductie is gegaan, werd getest in dichtbevolkte stedelijke omgevingen om de voordelen van multi-systeemgebruik (GLONASS en GPS) als consumentenontvanger te demonstreren. Het gebruik van het gecombineerde GLONASS/GPS-systeem begon met enkele tienduizenden ontvangers voor geodetische onderzoeken; er zijn momenteel miljoenen van dergelijke consumentenapparaten in gebruik. Dankzij de groei van het aantal persoonlijke satellietnavigatieapparatuur, de opkomst van OEM-systemen voor de auto-industrie en mobiele telefoons was het mogelijk om in 2011 aanzienlijke marktvolumes te realiseren. Het vertrouwen in de vooruitzichten voor de ontwikkeling van de markt voor navigatieapparatuur dwingt fabrikanten van hoogfrequente specifieke componenten, zoals antennes en SAW-filters, om de productievolumes te vergroten en de kosten van goederen te optimaliseren. Een van de eerste Russische bedrijven die modules op de markt bracht op basis van de STM-ontvanger was NAVIA. NAVIA GLONASS-modules hebben zichzelf al bewezen als betrouwbare, handige modules voor de productie van kant-en-klare navigatieterminals en de besturing van bewegende objecten. Verschillende moduletests hebben aangetoond dat ML8088's en GL 8088's aan alle door de fabrikant aangegeven kenmerken voldoen en met succes kunnen worden gebruikt in bewakingsapparatuur.

Er zijn tests uitgevoerd met een GLONASS/GPS-ontvanger met één chip in Londen, Tokio en Texas om aan te tonen dat het gezamenlijke gebruik van alle zichtbare GLONASS-satellieten in combinatie met GPS zorgt voor een betere positioneringsbeschikbaarheid in dichtbevolkte stedelijke gebieden, en in het geval van slechte positioneringsbeschikbaarheid - betere positionering, nauwkeurigheid.

Het is duidelijk dat er veel vraag is naar multisysteemontvangers op de consumentenmarkt. Ze kunnen de werking over een groter aantal satellieten garanderen in omstandigheden van “stedelijke canyons”, waar slechts een deel van het hemelse halfrond zichtbaar is in de zichtzone en een hoge betrouwbaarheid bij het uitfilteren van onnodige signalen vereist is, wanneer de kwaliteit van bruikbare signalen enorm is. verslechterd als gevolg van meerdere reflecties en verzwakkingen. Het volgende beschrijft kort de moeilijkheden bij de integratie van het GLONASS-systeem (en vervolgens GALILEO), op basis waarvan kosteneffectieve apparaten voor de massaconsument worden geproduceerd. Voor een dergelijke markt staan ​​enerzijds de kosten voorop, en anderzijds zijn er hoge prestatie-eisen die gepaard gaan met lage signaalniveaus, een beperkt stroomverbruik, korte koude starttijden en positioneringsstabiliteit.

Het doel was om alle beschikbare satellieten te gebruiken om de prestaties van consumentennavigatieapparatuur in binnen- en stedelijke omgevingen te verbeteren. 2011 verliep onder auspiciën van GLONASS-steun; de ontwikkeling van dit satellietsysteem loopt ongeveer drie jaar voor op GALILEO. Bij het ontwerpen van ontvangers was het belangrijk om de problemen van incompatibiliteit van hardwareondersteuning voor GLONASS en GPS te overwinnen. Dat wil zeggen, het frequentiegemoduleerde GLONASS-signaal vereiste een bredere frequentieband dan de pulscodemodulatiesignalen die door GPS worden gebruikt, banddoorlaatfilters met verschillende frequentiecentra en verschillende transmissiesnelheden van signaalelementen. En dit alles zonder de kosten van de ontvanger aanzienlijk te verhogen.

Onder ideale bedrijfsomstandigheden zullen satellieten van andere constellaties ineffectief zijn beschikbaarheid van positionering Met alleen GPS bereik ik bijna 100 procent. De aanwezigheid in de ionosfeer van zeven, acht of negen satellieten die worden gebruikt voor positionering in fixatiemodus minimaliseert de totale fout en geeft correcte coördinaten.

In extreme bedrijfsomstandigheden maakt het gebruik van alleen GPS het mogelijk om de positie te bepalen, maar het gebruik van slechts drie, vier, vijf satellieten geconcentreerd in een smal deel van het hemelhalfrond leidt tot slechte DOP-waarden. Het vergroten van het aantal satellieten verbetert de nauwkeurigheid aanzienlijk, waardoor de DOP en de middeling van multipath-fouten worden verbeterd. Het beperken van het aantal gepositioneerde satellieten leidt tot het opleggen van multipadfouten bij het bepalen van de coördinaten van de versterkte DOP's. Het toevoegen van een tweede of derde satellietconstellatie impliceert een uitbreiding van het aantal zichtbare satellieten, en er zijn dus meer satellieten betrokken bij het coördinatenbepalingsproces, wat leidt tot een vermindering van het aantal fouten.

Daarom verhoogt het aanvullende gebruik van GLONASS-satellieten (en vervolgens GALILEO) in extreme omstandigheden, waar het gebruik van GPS alleen niet voldoende is, de beschikbaarheid van plaatsbepaling tot 100% (met uitzondering van ondergrondse tunnels).

In feite is de beschikbaarheid een zichzelf verbeterende positieve feedbacklus: aangezien satellieten voortdurend worden gevolgd, zelfs als ze worden uitgesloten van deelname aan de huidige oplossing voor het positioneringsprobleem met behulp van de RAIM/fout- en FDE-algoritmen, is het niet nodig om te zoeken opnieuw voor hen - ze zijn al eerder beschikbaar gekomen voor gebruik. Als het positioneringsproces niet wordt onderbroken, is het mogelijk om de fasen van satellieten met gesloten obstakels nauwkeurig te blijven voorspellen, waardoor ze direct kunnen worden gebruikt bij het verlaten van de schaduw, omdat er geen aanvullende informatie nodig is om ze te zoeken en te repareren.

Extra zichtbare satellieten zijn erg belangrijk voor de consument, vooral bijvoorbeeld bij ‘zelfhulp’ (‘selfservice’), waarbij de minimumgroep wordt vertegenwoordigd door vijf satellieten in plaats van drie of vier, om zo de autonoom vaststellen dat alle satellieten “correct” zijn, met behulp van technieken voor autonome integriteitsmonitoring (RAIM) van de ontvanger. “Selfservice” heeft voor GLONASS nog belangrijkere voordelen: er is geen infrastructuur zoals ondersteunde servers nodig, wat altijd tot vertraging van de service leidt. De GLONASS-methode voor het verzenden van satellietbaanparameters in het Kepleriaanse formaat is ook zeer geschikt voor het ‘self-service’-algoritme.

Testwaarde

Eerdere pogingen om de voordelen van apparaten met meerdere systemen in stedelijke omgevingen te karakteriseren zijn vastgelopen door de noodzaak om professionele ontvangers te gebruiken die niet zijn ontworpen voor dergelijke signaalniveaus, en zouden voor elke groep afzonderlijke resultaten moeten verkrijgen of een van de satellietmetingen moeten opofferen om te meten tijd. Deze omstandigheden lieten ons niet toe om door te gaan met het testen van de apparaten die gepland waren voor release op de massamarkt.

De release van een nieuwe multisysteemoplossing is van groot belang, omdat de geteste ontvanger een echt in massa geproduceerd apparaat is als deze een verhoogde gevoeligheid heeft en volledig klaar is voor zowel metingen als berekeningen. Zo rapporteert de auteur van dit artikel voor het eerst absoluut betrouwbare testresultaten.

Achtergrond

Er zijn tests uitgevoerd op een GNSS-ontvanger Teseo-II met één chip (STA-8088). Korte geschiedenis: Dit is een product uit 2009 vervaardigd door STM, gebaseerd op Cartesio+ met GPS/GALILEO en Digital Signal Processor (DSP) al inbegrepen, het was klaar om te worden geïmplanteerd met GLONASS-functionaliteit, wat leidde tot de creatie van de Teseo-II-chip (product uit 2010). Eind 2009 werden testresultaten met echte satellietsignalen verkregen op een Baseband-chip in FPGA-implementatie, en in 2010 met een kant-en-klare chip.

Het huidige ontwerp vereiste aanvullende kleine circuitwijzigingen. De vereiste DSP-hardware- en softwarewijzigingen waren klein en zijn opgenomen in de volgende geplande update van het TeseoII-circuit. De implementatie van het RF-deelcircuit vereiste veel meer aandacht dan het tweekanaalscircuit met een middenfrequentietrap (IF) en een analoog-digitaalomzetter (ADC), met extra frequentieconversie en een IF-filter met grotere bandbreedte. Maar aangezien het oppervlak van het kristal met het RF-gedeelte erop erg klein is in het totale volume, is zelfs een toename van het circuit met 30% onbeduidend voor het hele circuit. Gezien het feit dat het chipontwerp bedoeld is voor een gemeenschappelijk systeem met één chip (RF en BB, van antenne tot positionering, snelheid en timing (PVT)), is het totale matrijsoppervlak voor het 65 nm-proces erg klein.

Vanuit commercieel oogpunt is de opname van alle drie de satellietconstellaties (GPS/GLONASS enGALILEO) in één chip is nieuw voor de consument. Veel van de bedrijven die op de Russische markt aanwezig zijn, hebben gekozen voor een tweesystemenbenadering, alleen maar om te voldoen aan de eisen van de Russische regering over de noodzaak om in het GLONASS-systeem te werken. Ze dachten niet na over de mondiale toekomst, wanneer er verschillende positioneringsgroeperingen in de wereld zullen zijn en misschien zal elk van de landen die aan dit proces deelnemen verder eisen naar voren brengen voor het overheersende gebruik van hun eigen systeem.

In dit opzicht de oplossingTeseo— II is revolutionair omdat is van tevoren voorbereid op een dergelijk scenario en kan al GLONASS-systemen/ GPS/ GALILEO/ QZSSEnSBAS.

Technisch gezien is het opnemen van onafhankelijke kanalen voor het ontvangen en verwerken van het GLONASS-systeem in een groep ook nieuw, terwijl de combinatie GPS/GALILEO al standaard is. Het bereiken van een dergelijke flexibiliteit vereiste ook nieuwe technische oplossingen die rekening houden met verschillende RF-hardwarevertragingen en verschillen in signaaloverdrachtsnelheden. Daarnaast zijn er de inmiddels bekende Coördineerde Universele Tijd (UTC)-correctie en het geoïdecorrectieprobleem.

Een directe transitie naar een single-chip oplossing (RF + Baseband + CPU) komt zelden voor: dit is een belangrijke technologische doorbraak. Het vertrouwen in deze stap is te danken aan de ervaring met het gebruik van het RF-gedeelte en het beproefde basisbandcircuit van de processor. De externe RF-interface STA5630 en een aangepaste GPS/GALILEO DSP, die eerder in Cartesio+ werden gebruikt, werden als basis genomen.

De betrouwbaarheid van de STA5630/Cartesio+ werd al vóór de introductie van 3-in-1 SoC-oplossingen bewezen in massaproductie in de vorm van afzonderlijke circuits.

In tegenstelling tot dual-chip-oplossingenGPS/GLONASS-modules aanwezig op de Russische markt, oplossing met één chip vanSTMicro-elektronica (Teseo— II) S.T.A.8088 FG heeft een veel grotere betrouwbaarheid, ruisimmuniteit, een lager stroomverbruik en uiteraard kleinere afmetingen (module M.L.8088 Sheeft afmetingen 13 x 15 mm).

Ondersteuning voor GLONASS en GALILEO is een stap voorwaarts vergeleken met de vorige generatie RF-hardware. GALILEO is compatibel met GPS en daarom kon het bestaande schema worden gebruikt, maar GLONASS vereiste aanvullende wijzigingen. Zie figuren 1 en 2.

Foto 1.

Figuur 2.VeranderingenBasisband onderdelen ter ondersteuning van GLONASS

In het RF-gedeelte werden de LNA, RF-versterker en eerste mixer gecombineerd tot één kanaal. Hierdoor konden we besparen op het aantal chippins en het stroomverbruik minimaliseren. Bovendien maakte dit het mogelijk de externe kosten voor fabrikanten van apparatuur op peil te houden. Het GLONASS-signaal, in de eerste mixer teruggebracht tot 30 MHz, komt het secundaire verwerkingskanaal binnen (bruin weergegeven) en wordt, gemengd tot 8 MHz, naar een afzonderlijke ADC gevoerd en vervolgens naar het basisbandgedeelte.

Het Baseband-gedeelte biedt een extra voorbereidende verwerkingsfase (aangegeven in bruin), die het signaal omzet naar 8 MHz, wat nodig is voor invoer in de Baseband en het resulterende signaal door een anti-interferentiefilter stuurt, en ook de bemonsteringsfrequentie verlaagt tot de standaardwaarde van 16, geschikt voor verwerking in DSP-hardware.

Bestaande acquisitieapparatuur en volgkanalen kunnen kiezen waar en wanneer ze GPS/GALILEO- of GLONASS-signalen ontvangen, wat de distributie van kanalen met betrekking tot satellietconstellaties zeer flexibel maakt.

Minder zichtbaar, maar erg belangrijk voor de systeemprestaties, is de software die deze hardwarebronnen bestuurt, ten eerste om de PLL-trackinglussen te sluiten en metingen uit te voeren, en ten tweede het Kalman-filter, dat wat wordt gemeten omzet in PVT-gegevens die nodig zijn voor de gebruiker. .

Dit alles heeft een structurele wijziging ondergaan om ondersteuning te bieden voor het werken met veel satellietconstellaties, en niet alleen met GLONASS. In dit geval zal het uitbreiden van de software om toekomstige mondiale navigatiesystemen te ontvangen een stadium van evolutionaire ontwikkeling worden en geen grote aanpassingen aan het kristal zelf vereisen.

De software draaide al sinds 2010 op een echte chip, maar door gebruik te maken van signalen van welke simulator of statische dakantenne dan ook waren er alleen GPS-gegevens beschikbaar, die zo goed waren dat er geen manoeuvres meer mogelijk waren voor onderzoek om het systeem te verbeteren. Begin 2011 kwamen preproductiechipsamples en ontwikkelingsborden met antennes in het pakket beschikbaar, waardoor mobiel veldtesten wereldwijd mogelijk werden.

Daadwerkelijke resultaten

Vóór de geboorte van het kristal met multisysteemontvangst waren de resultaten al zichtbaar uit voorbereidende tests die werden uitgevoerd met professionele ontvangers met afzonderlijke GPS- en GLONASS-metingen. Deze tests leverden echter geen goede gegevens op voor een consumentenontvanger omdat ze een lage gevoeligheid vertoonden. De ontvangers hadden een voldoende schoon signaal nodig om de PLL aan te sturen, maar dit was niet mogelijk in een stedelijke omgeving, en het allerbelangrijkste: de ontvangers creëerden twee afzonderlijke oplossingen met een constante extra satelliet om timingverschillen tussen systemen op te vangen. Ongekoppelde oplossingen maakten het niet mogelijk om de positie van satellieten van één constellatie te voorspellen door hun positie te berekenen op basis van coördinaten die met een andere constellatie waren berekend, wat een van de belangrijkste voordelen is van GNSS-ontvangers met meerdere systemen.

De simulatie van zichtbare satellieten werd in 2010 uitgevoerd in dichtbevolkte stedelijke omstandigheden in Italië, het centrum van Milaan. De resultaten, gemiddeld elke minuut gedurende een volledige 24 uur, worden weergegeven in Tabel 1. Het gemiddelde aantal zichtbare satellieten steeg van 4,4 met alleen GPS naar 7,8 voor GPS+GLONASS, waarbij het aantal No Fix-punten gelijk was aan nul. Bovendien werden in de modus “Alleen GPS” 380 valse punten ontvangen, wat neerkwam op ongeveer 26% van de totale ontvangsttijd.

Tafel 1.Nauwkeurigheid en beschikbaarheidGPSEnGPS+GLONASS, gemiddeld over 24 uur

De beschikbaarheid van satellieten was echter geen doel op zich. Het hebben van meer satellieten in hetzelfde kleine gebied van het hemelhalfrond boven stedelijke gebieden is mogelijk niet voldoende vanwege de geometrische vermindering van de nauwkeurigheid. Om deze gegevens te onderzoeken, wordt de geometrische precisie weergegeven door HDOP. Bij gebruik van GLONASS en GPS samen was het resultaat 2,5 keer beter.

Eerdere studies hebben aangetoond dat er in individuele teststeden twee tot drie extra satellieten beschikbaar waren, maar één ervan werd gebruikt voor timing. Bij gebruik van een zeer gevoelige ontvanger gecombineerd op één chip gingen we ervan uit dat er vier of vijf extra satellieten bij betrokken zouden zijn.

De daadwerkelijke resultaten overtroffen onze verwachtingen ruimschoots. Ten eerste verschenen er signalen van veel andere satellieten, omdat alle eerdere tests en simulaties gereflecteerde signalen uitsloten. Met extra signalen verbeterde de ontvanger de DOP-prestaties aanzienlijk. Het effect van reflecties op de nauwkeurigheid werd aanzienlijk verminderd, ten eerste vanwege een betere positioneringsgeometrie, en ten tweede vanwege het vermogen van de FDE/RAIM-algoritmen om de stabiliteit van het volgen van satellieten te behouden. Bovendien is het aantal valse signalen dat coördinaatgegevens kan vervormen afgenomen.

De hier gepresenteerde resultaten zijn verkregen van een volledig geïntegreerde hooggevoelige ontvanger zoals de NAVIA ML8088s-ontvanger, gebaseerd op de STA8088s-chip. Het is geoptimaliseerd om zelfs zeer lage signalen te detecteren en rechtstreeks resultaten te verkrijgen van alle satellieten in beeld, ongeacht de constellatie. Dit garandeert 100% satellietbeschikbaarheid en verbetert de nauwkeurigheid in moeilijke stedelijke omgevingen aanzienlijk.

Beschikbaarheid

Het gebruik van zeer gevoelige ontvangers die onafhankelijk zijn van fasevergrendelende lussen (PLL's) zorgt voor volledige toegankelijkheid in moderne steden, zelfs wanneer deze worden gereflecteerd door glazen oppervlakken in moderne gebouwen. Daarom zijn er nu andere definities van beschikbaarheid nodig dan ‘er zijn vier satellieten beschikbaar’. Bijvoorbeeld het volgen van satellieten op een bepaald niveau van signaalkwaliteit, waarvan het resultaat afhangt van DOP. Zelfs de DOP kan moeilijk in te schatten zijn, omdat het Kalman-filter aan elke satelliet verschillende gewichten toekent, waarmee bij de berekening van de DOP geen rekening wordt gehouden. En naast directe metingen maakt dit filter ook gebruik van de historische positie en huidige snelheid, waardoor de positioneringsnauwkeurigheid ongewijzigd blijft.

Figuur 3 toont de beschikbaarheid van satellieten in volgmodus. De tests vonden in mei 2011 plaats in het financiële district van Londen.

Gevolgde satellieten –GPS, GLONASS,GPS+GLONASS

Figuur 3.GPS(blauw gemarkeerd) tegen GLONASS (rood gemarkeerd) en alle gevolgde satellietenGNSS(groen gemarkeerd).

Zoals te zien is in afb. 3, in totaal zijn er 7-8 GLONASS-satellieten en 8-9 GPS-satellieten, dat wil zeggen multi-GNSS - ongeveer 16 satellieten. Er was een periode waarin satellietsignalen niet werden opgepikt: tijdens het passeren van de Blackfriars-onderdoorgang, tijdstempel ongeveer 156.400 seconden. In andere delen van de stad daalde de zichtbaarheid na ongeveer 158.500 en 161.300 seconden tot vier satellieten, maar hun totale aantal was nooit minder dan acht. Opgemerkt moet worden dat de tests plaatsvonden in de oude stad, waar voornamelijk stenen gebouwen staan, waardoor de reflecterende signalen zwakker zijn dan die van glazen en metalen gebouwen.

Hoewel de beschikbaarheid van satellieten buiten tunnels 100% is, kan deze worden beperkt door DOP of positioneringsnauwkeurigheid. Zoals uit figuur 4 blijkt, blijft de multi-GNSS DOP onder de 1, zoals het zou moeten zijn met 10-16 zichtbare satellieten, terwijl de DOP met alleen GPS vaak boven de 4 ligt, zonder vervorming. Als gevolg van reflecties en Bij zwakke signalen wordt de DOP aanzienlijk verhoogd tot 10 op de piek.

GPSin vergelijking totGNSS

Figuur 4.AlleenGPStegen gecombineerdGPS/GLONASS-indicatoren voor nauwkeurigheidsreductie

Omdat de in mei 2011 uitgevoerde tests licht genoeg waren om stressvolle omstandigheden te creëren waarin GPS multi-GNSS-ondersteuning nodig zou hebben, werden in augustus 2011 nieuwe tests uitgevoerd. Zoals te zien is op de luchtfoto (Fig. 5), werden de tests uitgevoerd in het moderne hoogbouwgedeelte van de stad, Canary Wharf. Bovendien zijn de wegen in de stad erg smal, wat de uitdagingen van de stad nog moeilijker maakte. Glazen en metalen gebouwen in het moderne deel van de stad geven doorgaans een betere reflectie dan stenen gebouwen, waardoor de RAIM- en FDE-algoritmen uit de hitlijsten verdwijnen.

Figuur 5. GPS versus GNSS, Londen, Canary Wharf

Het verkrijgen van alleen GPS-resultaten was moeilijk (groen weergegeven), vooral in het gesloten deel van Docklands station, midden links, onderste spoor.

Figuur 6 toont dezelfde echte testresultaten weergegeven op een schematische wegenkaart.

Figuur 6. GPS versus GNSS, Londen, Canary Wharf, schetskaart

Multi-GNSS-tests (blauw) lieten zeer goede resultaten zien, vooral op het noordelijke (oostwaartse) deel van de lus (in Groot-Brittannië rijdt u links, dus met de klok mee ontstaat er een eenrichtingslus).

Figuur 7. a) Tests in Tokio: Teseo-I (GPS) versus Teseo-II (GNSS); b) DOP bij testen in Tokio

Verdere tests werden uitgevoerd bij STMicroelectronics-kantoren over de hele wereld. Figuur 7a toont tests in Tokio, waarbij geel de testresultaten aangeeft van de vorige generatie chips zonder GLONASS, en rood Teseo-II met GPS+GLONASS.

Figuur 7b geeft enige verduidelijking van de nauwkeurigheidsdefinitie door de DOP tijdens de test te tonen. Het is duidelijk dat de Teseo-II DOP's zelden hoger waren dan 2, maar dat de DOP's voor alleen GPS (Teseo-I) tussen 6 en 12 lagen in de omcirkelde noordelijke compound.

We herhalen dat het testalgoritme eenvoudig is voor GPS, maar dat de nauwkeurigheid van de bepaling moeilijk is.

Verdere tests in Tokio werden uitgevoerd in smallere stadsstraten onder dezelfde testomstandigheden, weergegeven in figuur 9. Blauw - alleen GPS, rood - GPS+GLONASS, er wordt een aanzienlijke verbetering van de resultaten waargenomen.

Figuur 9 gebruikt hetzelfde kleurenschema om de testresultaten in Dallas weer te geven, dit keer met de GPS-ontvanger van een concurrent versus Teseo-II in een GPS+GLONASS-configuratie, waarbij opnieuw zeer goede resultaten worden gezien.

Figuur 8. AlleenGPS(blauw) versus multi-GNSS(rood), Tokio.

Figuur 9. AlleenGPS(blauw, ontvanger van de fabrikant van de concurrent) vergeleken metGNSS(rood), Dallas.

Andere satellietconstellaties

Hoewel de hardwareTeseo— IIondersteunt enGALILEO, nog geen satellieten beschikbaarGALILEO(vanaf september 2011), dus op apparaten gebaseerd op deze chip die over de hele wereld worden gebruikt, is de software nog steeds niet geladen om deze satellietconstellatie te bedienen. Echter, als de tijd komt om te gebruiken GALILEO, is er altijd de mogelijkheid om de software te updaten.

Het Japanse QZSS-systeem beschikt over één satelliet die traditionele GPS-compatibele signalen, SBAS-signalen en L1C BOC-signalen uitzendt. Teseo-II kan, met behulp van de functies van de momenteel geladen software, de eerste twee ervan aan, en hoewel het gebruik van SBAS nutteloos is in stedelijke omgevingen, aangezien signaalreflecties en interferentie lokaal en niet-detecteerbaar zijn, is het doel van de Het QZSS-systeem moet zorgen voor een satelliet met een zeer groothoek zodat deze satelliet altijd beschikbaar was in stedelijke gebieden.

Figuur 10 toont de test in Taipei (Taiwan) met behulp van GPS (geel) versus multi-GNSS (GPS plus één QZSS-satelliet (rood)) en ground Truth (paars).

Figuur 10. AlleenGPS(geel) versus multi-GNSS (GPS+ QZSS (1 satelliet, rood)), werkelijke waarde -lila, Taipei
Verdere werkzaamheden

Testen zal steeds nauwkeurigere kwantitatieve resultaten opleveren. De tests zullen plaatsvinden in Groot-Brittannië, waar wegenkaarten met vectorgegevens beschikbaar zijn om echte reisrichtingen weer te geven. Het is de bedoeling om de hardware aan te passen om het Compass-systeem en GPS-III (L1-C) te ondersteunen, naast de bestaande GALILEO. Het vinden en volgen van deze signalen is al gedemonstreerd met behulp van vooraf opgenomen uitzendscriptvoorbeelden op GNSS-signaalsimulators.

Kompas was niet beschikbaar in 2011. In dit opzicht was het werk aan de siliciumimplementatie van Teseo-II vooral gericht op maximale flexibiliteit in de omstandigheden van verschillende codelengtes, bijvoorbeeld BOC of BPSK, wat het mogelijk maakte, met een of andere geladen software voor het configureren van de DSP-hardware functies, verkrijg compatibiliteit tussen verschillende satellietconstellaties.

Het compatibiliteitswerk aan de huidige versie van de multi-GNSS CHIP was zwak: omdat de middenfrequentie van 1561 MHz van het Compass-systeem alleen kan worden gehandhaafd met behulp van een spanningsgestuurde oscillator en PLL, kan het Compass-systeem niet gelijktijdig met andere satellietconstellaties werken. Bovendien bedraagt ​​de codetransmissiesnelheid in het Compass-systeem 2 miljoen bps, wat ook niet door Teseo-II wordt ondersteund en door het gebruik van externe alternatieve circuits op standaard kan worden gebracht, wat ernstige signaalverliezen met zich meebrengt.

Het ondersteuningswerk van Compass is dus alleen relevant voor onderzoek en softwareontwikkeling, voor een enkele systeemoplossing of voor het gebruik van een afzonderlijke RF-chip.

Het wereldwijde Compass-signaal, dat in GPS/GALILEO-signaalformaat is met draaggolffrequentie en met codelengte en -snelheid, zal volledig compatibel zijn binnen een enkel multi-GNSS-circuit, maar hoogstwaarschijnlijk niet vóór 2020.

Tests in stedelijke omstandigheden zullen worden herhaald naarmate de groep zich ontwikkeltGALILEO. Als er 32 kanalen zijn, kunt u de verdeling 11/11/10 gebruiken (GPS/ GALILEO/GLONASS), in aanwezigheid van een volledige aanvulling van alle drie de groepen, maar binnen het kader van de moderne eisen voor navigatiediensten is de combinatie 14/8/10 ruim voldoende.

Conclusie

Een multisysteemontvanger kan GPS, GLONASS en GALILEO bevatten tegen minimaal hogere kosten. Met 32 ​​trackingkanalen en maximaal 22 zichtbare satellieten kan zelfs in de zwaarste stedelijke omgevingen 100% beschikbaarheid en acceptabele positioneringsnauwkeurigheid worden gegarandeerd. Tijdens het testen zijn doorgaans 10 tot 16 satellieten zichtbaar. Meerdere metingen maken RAIM- en FDE-algoritmen veel effectiever in het elimineren van slecht gereflecteerde signalen, terwijl ook de geometrische effecten van resterende signaalvervorming worden geminimaliseerd.

Onlangs, met de ontwikkeling van het Russische GLONASS, zijn de behoeften van de navigatiemarkt voor ontvangers met meerdere systemen alleen maar groter geworden. Een aantal binnenlandse bedrijven gebruiken chips met één chip STM om uw eigen GLONASS-modules en kant-en-klare verpakte apparaten te ontwikkelen. In het bijzonder bracht het bedrijf NAVIA in 2011 twee gecombineerde GLONASS/ GPS/ Galileomodules, waarvan de tests zeer goede resultaten lieten zien.

Directe of integrale beschikbaarheid(Engels) Beschikbaarheid – vertegenwoordigt het percentage van de tijd waarin aan de PDOP-voorwaarde is voldaan<=6 при углах места КА >= 5 graden. Een eenvoudig voorbeeld: vroeger, vóór 2010, was de beschikbaarheid van GLONASS in sommige delen van de wereld niet hoger dan 70-80%, maar nu is het overal 100%!)

Verminderde nauwkeurigheid of Geometrische nauwkeurigheidsreductie(Engels) Verdunning van precisie, DOP, Engels Geometrische verdunning van precisie (GDOP)

RAIM(Engels) Ontvanger autonome integriteitsbewaking Autonomous Receiver Integrity Monitoring (ARIC), een technologie die is ontworpen om de integriteit van het GPS-systeem en de GPS-ontvanger te evalueren en te behouden. Dit is vooral belangrijk in gevallen waarin de juiste werking van GPS-systemen noodzakelijk is om een ​​adequaat veiligheidsniveau te garanderen, bijvoorbeeld in de lucht- of zeevaart.