RoyalTek | REB-4315 | Pobierz PDF - Elektronika Praktyczna

O D B I O R N I K I G P S T E M AT N U M E R U
WYBÓR KONSTRUKTORA
Daj się znaleźć
Przegląd odbiorników nawigacji satelitarnej
Technologie związane z nawigacją satelitarną niewątpliwie już
można określić mianem dojrzałych. Dzięki postępowi technicznemu
masowej produkcji urządzeń przeznaczonych do nawigacji, ceny
odbiorników sygnałów satelitarnych znacznie zmalały, a to
przełożyło się na jeszcze większe zainteresowanie tą technologią.
Duże zapotrzebowanie na moduły do nawigacji zachęciło wiele firm
do zainwestowania w rozwój własnych produktów tego typu. Stąd,
na rynku znaleźć można mnóstwo modułów GPS wytwarzanych
przez różnorodnych producentów. W niniejszym artykule staramy się
pokazać najciekawsze z nich.
O ile system GPS wciąż cieszy się największą popularnością, coraz więcej modułów obsługuje także konstelacje konkurencyjne: GLONASS, Galileo i Compass.
Przeglądając rynek nie dotarliśmy jeszcze
do produktów, które nie wspierałyby GPS-a.
Dosyć często można za to spotkać rozwiązania integrujące obsługę GPS+GLONASS, GPS+GLONASS+Galileo, a czasem
GPS+Galileo i GPS+Compass.
Różne firmy, podobne moduły
Wśród nowoczesnych modułów do nawigacji satelitarnej wyróżnić można kilka typów
produktów. W rzeczywistości bowiem okazuje się, że większość z nich jest do siebie bardzo podobna i różnią się jedynie szczegółami,
które wcale nie przekładają się na istotne różnice użytkowe. Urządzenia te budowane są
w oparciu o tylko kilka chipsetów – odbiorników, które mają kluczowe znaczenie dla
większości parametrów modułu. Tymczasem
firm produkujących moduły jest bardzo wiele,
z czego duża część dostępna jest na polskim
rynku. Największe różnice pomiędzy modułami dotyczą obsługi wspomnianych wcześniej alternatywnych dla GPS-a systemów
nawigacji. Poszczególni producenci lubią też
pochwalić się dużą liczbą obsługiwanych
kanałów GPS, która nierzadko znacznie przekracza próg, po którym użyteczność dodatkowych kanałów znacznie spada.
Wymienione cechy są jednak jednoznacznie powiązane z zaimplementowanym
w module odbiornikiem. Tymczasem moduły
z identycznymi chipsetami różnią się między
sobą czułością, wymiarami, poborem mocy,
wyjściami i np. wbudowaną anteną. Różnice
dostrzeżemy także w dodatkowych funkcjach
oraz w firmware, choć tu będą one dotyczyć
głównie stabilności i niezawodności, które
trudno opisać bazując na kartach katalogowych. Dopiero praktyka inżynierska pokazu-
64
je, które z firm dołożyły odpowiednich starań
tworząc własne oprogramowanie wbudowane, a te, którym się to nie udało, są skutecznie,
aczkolwiek stopniowo wypierane z rynku.
Objawia się to najczęściej brakiem nowości
produktowych opartych o chipsety kolejnych
generacji i wycofywaniem się dystrybutorów
z oferowania ich produktów.
Wśród cech wspólnych należy wymienić
zakres temperatur pracy, który prawie w każdym przypadku wynosi od -40°C do +80°C.
Praktycznie wszystkie z modułów obsługują
ten sam podstawowy tekstowy format danych:
NMEA, ale niekiedy różnią się jego wersją,
z którą są zgodne. Niektóre z produktów obsługują też własne formaty, najczęściej binarne.
Chipsety
Podstawowym elementem każdego modułu GNSS jest odbiornik, określany też
mianem chipsetu. Na rynku dominuje kilku
producentów: CSR (dawniej SiRF), u-blox,
MediaTek, Trimble i STMicroelectronics.
Chipsety zaliczane są do różnych generacji,
których numeracja zgadza się z numeracją
odbiorników firmy CSR. Najnowsze układy
tej firmy, SiRFStar V należą do piątej generacji, ale nie udało nam się jeszcze znaleźć
modułów, które je zawierają. Standardem
są natomiast produkty z układem SiRFStar
IV i konkurencyjnym chipsetem MediaTek-a. Z punktu widzenia gotowych modułów, pewnego rodzaju standard, z którymi
poszczególni producenci nierzadko starają
się zachować zgodność wyprowadzeń stanowią produkty firmy u-blox. Produkuje ona
bowiem nie tylko chipsety, ale i całe moduły
w nie wyposażone. Najnowszymi chipsetami
tej firmy są układy serii u-blox 6.
Na tym tle istotnie wyróżnia się firma
Trimble, która w produkowanych przez
siebie modułach przeznaczonych do zastosowań konsumenckich często używa od-
Dodatkowe informacje:
Ze względu na dużą objętość tabel
z wykazami odbiorników do nawigacji
satelitarnej, pełny tekst artykułu jest dostępny
na płycie CD i serwerze FTP
biorników z rodziny SiRFStar. W jej ofercie
znajdują się jednak także moduły oparte
o wprowadzony w 2009 roku układ Trimble Maxwell 6, który w przeciwieństwie do
produktów konkurencyjnych, obsługuje więcej niż jedną częstotliwość transmisji satelitarnej. W efekcie moduły oparte o chipset
Maxwell 6 cechują się centymetrową precyzją pozycjonowania i ceną tak dużą, że ich
użycie uzasadnione jest tylko w przypadku
profesjonalnego sprzętu, np. geodezyjnego.
Funkcje i parametry
Popularne moduły do nawigacji satelitarnej, aby mogły być oferowane w odpowiednio
niskiej cenie, obsługują tylko podstawowe
częstotliwości nadawania poszczególnych
systemów GNSS – określane w przypadku systemu GPS i GLONASS mianem „L1”.
Ogranicza to ich maksymalną precyzję wyznaczania pozycji do kilku metrów, w sytuacji gdy sygnały z satelitów docierają do odbiornika bez problemów. Dlatego producenci
modułów konkurują między sobą starając się
przede wszystkim poprawić takie parametry,
jak: czas ustalania pozycji i pobierana moc.
Wprowadzają też mechanizmy umożliwiające dosyć dokładne lokalizowanie w sytuacji,
gdy dostęp do sygnału GPS został chwilowo
całkowicie utracony (np. za pomocą funkcji
Dead Reckoning).
Skrócenie czasu obliczania pozycji (TTFF
- Time To First Fix) jest szczególnie istotne
w przypadku, gdy urządzenie było wyłączone przez dłuższy czas i zapisane w nim informacje o pozycjach satelitów się zdezaktualizowały. Ponieważ niejednokrotnie moduły
do nawigacji są instalowane w urządzeniach
podłączonych do sieci komórkowej lub Internetu, zdecydowana większość z nich obsługuje funkcję A-GPS (Assisted GPS), która
pozwala znacznie szybciej pobrać, np. przez
Internet, aktualne informacje o położeniu satelitów (Almanachy). Dzięki temu urządzenie
nie musi czekać aż otrzyma wszystkie te dane
z satelitów, których przepustowość transmisji
wynosi 50 bitów na sekundę.
W przypadku wielu modułów zaimplementowano dodatkowe funkcje polegające
na przewidywaniu efemeryd na kilka dni
do przodu. Mogą one być obliczane bezpoELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2012
Przegląd odbiorników nawigacji satelitarnej
średnio w odbiorniku albo pobierane z Internetu. Po ich zapisaniu w pamięci, moduł
rozpoczyna wyznaczanie pozycji zakładając,
że ma efemerydy, o ile ich termin ważności
nie wygasł. Termin ważności zwykłych efemeryd pobieranych z Satelitów wynosi tylko
kilka godzin. Warto wspomnieć, że niektórzy
producenci umożliwiają zgrubne wyznaczenie pozycji nawet bez efemeryd, tj. korzystając tylko z almanachów.
Na skrócenie czasu wyznaczania lokalizacji wpływa również liczba kanałów obsługiwanych przez dany odbiornik. O ile
w przypadku śledzenia, liczba używanych
w tym celu kanałów nie przekroczy liczby obserwowanych na niebie satelitów, to przy wyszukiwaniu sygnału satelitarnego dodatkowe
kanały mogą być przydatne. Dlatego, pomimo
że do wyznaczenia pozycji i czasu wystarczą
4 kanały obsługujące 4 satelitów, a ponadto
praktycznie nie ma szans by liczba „obserwowanych” satelitów tego systemu w danym
momencie przekroczyła 12-16, to producenci
i tak tworzą odbiorniki z nawet kilkudziesięcioma kanałami. Wynika to z kilku powodów:
• po pierwsze, każdy dodatkowy kanał na
którym odbierany jest sygnał z dodatkowego satelity pozwala zwiększyć precyzję wyznaczenia pozycji;
• po drugie, każdy dodatkowy wolny kanał, w trakcie gdy moduł jest w trybie
śledzenia, może służyć do wyszukiwania nowych satelitów, które dopiero
wchodzą w zasięg odbiornika. Dzieje się
to równocześnie, gdy na pozostałych kanałach odbierane są sygnały z aktualnie
używanych satelitów;
• po trzecie, wykrycie satelity polega na
dopasowywaniu kolejnych kodów do
odebranego sygnału; Używanych kodów
(C/A) jest 32 i każdy ma 1023 bity długości, a ponadto, ze względu na efekt Dopplera, sygnał może docierać do odbiornika na nieco innej częstotliwości niż
podstawowa. Oznacza to, że aby wykryć
i zidentyfikować satelitę, w najgorszym
przypadku konieczne jest sprawdzenie
wszystkich kodów, na wielu częstotliwościach, różniących się nieco od częstotliwości podstawowej. Wbudowanie w odbiornik dodatkowych kanałów pozwala
prowadzić tę analizę rozpatrując wiele
przypadków jednocześnie, co znacznie skraca czas wyszukiwania satelitów
w najgorszych warunkach.
Kolejną funkcją spotykaną w zdecydowanej większości nowoczesnych modułów
jest pozycjonowanie różnicowe DGPS realizowane z użyciem satelitów (SBAS). W zależności od rynku, na który kierowany jest
moduł, obsługuje systemy: EGNOS, WAAS,
GAGAN, MSAS lub QZSS. Jednak ze względu na dosyć uniwersalne zastosowanie modułów, wiele z nich wspiera wszystkie wymienione systemy SBAS.
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2012
Ponieważ moduły nawigacji satelitarnej
bardzo często montowane są w urządzeniach
przenośnych, producenci coraz częściej implementują w nich zaawansowane algorytmy
oszczędzania energii. Moduły budowane są
tak, by obsługiwały kilka trybów uśpienia,
a najbardziej zaawansowane z nich mają
funkcje inteligentnego obniżania poboru prądu poprzez zmniejszanie częstości aktualizacji pozycji. Jest ona tym rzadziej liczona, im
mniejsza jest prędkość z jaką porusza się urządzenie. Na pobór energii ma też wpływ liczba
kanałów odbiornika – im jest ona większa,
tym więcej kombinacji kodów C/A może być
sprawdzonych w tym samym czasie, a więc
układ może szybciej przejść w czas uśpienia. W praktyce pobór mocy jest największy
w momencie pierwszego ustalania pozycji i spada nieco, gdy moduł przechodzi do trybu
śledzenia. Oczywiście, zwiększenie częstości
aktualizacji pozycji, powyżej standardowego
1 Hz podnosi zużycie mocy.
Coraz ważniejsze stają się także systemy
nawigacji po utracie sygnału z satelity. Są
one przydatne np. w momencie wjechania
samochodem do tunelu. Urządzenia mogą
wtedy oszacować aktualną pozycję, nie tylko
na podstawie poprzednio ustalonej pozycji,
prędkości i kierunku poruszania się, ale też
z użyciem dodatkowych informacji pochodzących np. z dodatkowego żyroskopu lub
akcelerometru. Nawigacja inercyjna jest jednak wciąż mało dokładna, szczególnie gdy
musi być prowadzona przez dłuższy czas.
Dlatego niektórzy producenci implementują funkcję Dead Reckoning opartą o odczyty
z tachometru pojazdu, w którym zainstalowany jest moduł GPS. Służy temu specjalne
wejście sygnału, na podstawie którego da się
dosyć dokładnie określić odległość przebytą
po utracie kontaktu z satelitami.
Do zastosowań w motoryzacji oraz do
monitorowania położenia cennych zasobów
zaleca się stosowanie odbiorników wyposażonych w mechanizmy ochrony przed sygnałami zakłócającymi. W zależności od stopnia
zaawansowania, potrafią one wybrać jedno
lub nawet kilka pasm częstotliwości, które
automatycznie odfiltrowują po wykryciu sygnału zakłócającego. Podstawowe algorytmy
„anti jamming” implementowane są jednak
w praktycznie wszystkich nowych modułach.
Porównując moduły GNSS warto też
wiedzieć, że dokładność pozycjonowania
podawana przez zdecydowaną większość
producentów obliczana jest zgodnie z metoda CEP50 (Circular Error Probable). Wartość
ta wyrażana jest w metrach i odpowiada długości promienia koła, którego środek znajduje się we właściwej pozycji i na którego
powierzchni znajduje się 50% wyznaczonych pozycji. Oznacza to, że jeśli precyzja
pomiaru w poziomie wynosi 3 m (CEP50), to
w przypadku połowy prób wyznaczenia pozycji, uchyb pomiaru nie będzie większy niż
3 m. Wartość ta jednak nie mówi nic na temat
wskazań znacznie bardziej odległych od prawidłowego, dlatego część producentów podaje dodatkowo wartości CEP90, które obejmują 90% sytuacji. Czasami błąd mierzony
jest metodą 2DRMS (2-dimensjonal Distance
Root Mean Square) i reprezentuje on wartość
średnią kwadratową błędu wyznaczenia pozycji obliczoną na podstawie grupy próbek.
Szansa, że pozycja zostanie obliczona z błędem nie większym niż podany za pomocą
2DRMS wynosi od 95,4% do 98,2%. W dobrych modułach, jeśli niepewność pomiaru
wynosi 2,5 m (CEP50), to dla metody CEP90
nie powinna przekraczać 5 m.
Producenci i produkty
W dalszej części artykułu prezentujemy wybrane przez nas moduły do nawigacji satelitarnej. Dobraliśmy do zestawienia
przede wszystkim nowe produkty, ale także
staraliśmy się pokazać te bardziej popularne
lub wyróżniające się jakimiś szczególnymi
cechami.
Telit
Jednym z najbardziej popularnych producentów modułów GNSS w Polsce jest Telit.
Moduły tej firmy cechują się dobrymi parametrami i są oparte o nowoczesne chipsety.
Telit Jupiter JF2
To najmniejszy moduł z portofolio Telitu. Zawiera 48-kanałowy odbiornik SiRFStar IV i cechuje się bardzo niskim zużyciem mocy. Układ może współpracować
z modułem GMS/GPRS i pozwala na bardzo
szybkie stworzenie niewielkiego systemu
GSM+GPS. Jupiter JF2 zawiera interfejsy
takie jak: UART, I2C i SPI. Pozwala też wykrywać sygnały zakłócające i odfiltrowywać
je. Wbudowana logika pozwala przewidywać
efemerydy na trzy dni do przodu. Zastosowanie A-GPS i funkcji ładowania efemeryd
w czasie rzeczywistym pomaga skrócić czas
wyznaczania pozycji do 2 sekund.
Telit Jupiter SL869
To również nieduży, ale bardziej zaawansowany moduł. Zawiera 32-kanałowy odbiornik, który obsługuje zarówno sygnały GPS,
GLONASS, GALILEO, jak i QZSS. Wymiarami jest zgodny z rodziną JN3, dzięki czemu
65
O D B I O R N I K I G P S T E M AT N U M E R U
WYBÓR KONSTRUKTORA
Trimble BD910
nadaje się do instalacji w małych urządzeniach przenośnych. Obsługuje wspomagane
pozycjonowanie, zarówno dla systemu GPS,
jak i GLONASS. Warto dodać, ze moduł zawiera rdzeń mikrokontrolera ARM9.
Omawiany moduł przeznaczony jest do
zastosowań profesjonalnych. Wbudowany
odbiornik Maxwell 6 pozwala na odbiór sygnału GPS, GLONASS, GALILEO, a nawet
COMPASS, korzystając łącznie z 220 kanałów. Przeznaczony jest do stosowania ze
wspomaganiem SBAS. Wtedy jego dokładność wyznaczania pozycji w poziomie wynosi 0,5 m. Moduł ten pobiera jednak znacznie
więcej mocy niż mniej dokładne produkty,
a ponadto jest od nich nieco większy. Ciekawą funkcją jest możliwość odblokowania
firmware za pomocą haseł. BD910 wspiera
obsługę sieci Ethernet oraz zawiera wyprowadzenia interfejsów USB i RS-232.
Trimble
Firma ta produkuje moduły i chipsety
„z górnej półki”. Są one projektowane z powszechnie uznanymi standardami i zawierają różne zaawansowane funkcje.
Trimble Buffalo B1919
Moduł ten należy do najnowszej generacji produktów marki Trimble. Obsługuje
system GPS, GLONASS, a po aktualizacji
Firmware będzie mógł współpracować także
z Galileo. Ma dwa wyjścia szeregowe i wyjście czasu PPS (Pulse Per Second).
Trimble Aardvark DR+GPS
Drugim z najnowszych modułów Trimble jest Aardvark. Ma on te same wymiary,
co Buffalo, ale nieco inne parametry. Obsługuje jedynie GPS, ale dodatkowo został
wyposażony w funkcję Dead Reckoning,
korzystającą z tachometru pojazdu w którym jest zastosowany. Ponadto moduł ciągle
rekalibruje wbudowany żyroskop i prędkościomierz bazując na sygnale GPS, dzięki
czemu uzyskuje się bardzo dużą precyzję
oszacowania pozycji również po utracie
kontaktu z satelitami.
Trimble BD982
Jest to najbardziej zaawansowany odbiornik w zestawieniu. Został zbudowany
w oparciu o 220-kanałowy układ Maxwell 6.
Obsługuje system GPS i GLONASS, a po aktualizacji firmware, także GALILEO. Należy
przy tym zaznaczyć, że pozwala na odbieranie częstotliwości L1, L2 i L5 (w przypadku
GPS), co pozwala mu uzyskać milimetrową
precyzję pozycjonowania. Wspiera też mechanizm RTK (Real Time Kinematic). Układ
jest przeznaczony do zaawansowanych
urządzeń geodezyjnych, które nie poruszają się w trakcie pomiarów. Jego dokładność
jest również ściśle zależna od zastosowanych anten. Jako jedyny z zestawienia ma
niższą maksymalną temperaturę pracy, tj.
+75°C. Pobiera też najwięcej mocy – w trybie
GPS+GLONASS jest to 2,3 W.
u-blox NEO-6V i NEO-6P
Są to miniaturowe, 50-kanałowe moduły z odbiornikiem
systemu GPS. Ich
wymiary to jedynie
16×12,2×2,4 mm.
Cechują się dosyć dobrą czułością i bardzo
krótkim czasem wyznaczania pierwszej
pozycji. Oprócz standardowego pozycjonowania wspomaganego (AGPS) mają również zaimplementowaną funkcję AssistNow
Autonomous, która działa w sytuacji, gdy
połączenie z serwerami AGPS nie jest możliwe. Bazując na poprzednich efemerydach
zapisanych w pamięci odbiornika, funkcja ta
automatycznie szacuje nowe efemerydy, nawet na trzy dni do przodu, z których następnie korzysta odbiornik by szybciej dokonać
lokalizacji. Obliczenia te wykonywane są
w tle i nie powodują spowolnienia działania
układu. Moduł NEO-6V obsługuje ponadto
funkcję Automotive Dead Reckoning, która
może korzystać z informacji z różnych rodzajów czujników, takich jak np.: żyroskop
i tachometr. Mogą to być te same czujniki,
które i tak są zamontowane w pojeździe, co
pozwala zminimalizować koszty instalacji.
Kalibracja ADR wykonuje się automatycznie.
u-blox LEA-6S, LEA-6N i LEA-6R
u-blox
Firm ta oferuje moduły zbudowane
w oparciu o odbiorniki własnej produkcji
66
– obecnie u-blox 6. Występują one w kilku
odmianach, ale producent nie podaje, która
z nich została zastosowana w którym modelu. W zależności od wersji obsługują różne
systemy nawigacji i mają inne funkcje dodatkowe. Moduły tej firmy cieszą się dosyć dużą
popularnością i dobrą renomą.
Rodzina
modułów u-blox LEA
cechuje się nieco
większymi
wymiarami niż NEO, ale
zastosowano w niej
ten sam 50-kanałowy
chipset.
Obsługuje
zaawansowane
zarządzanie zużyciem
energii (za wyjątkiem LEA-6R) i wiele interfejsów komunikacyjnych. Po ustaleniu pozycji, moduły albo kontynuują poszukiwanie
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2012
Przegląd odbiorników nawigacji satelitarnej
kolejnych satelitów,
albo ograniczają się
do funkcji śledzenia
obecnych. Mogą też
przejść w tryb uśpienia wyłączając swoje
poszczególne
podzespoły.
Wspierają
AGPS, a w tym także funkcję AssistNow Autonomous. Wersja LEA-6R obsługuje ponadto Automotive Dead Reckoning. Najbardziej
uniwersalny jest natomiast LEA-6N, który
korzysta z satelitów GPS, GLONASS, a po
aktualizacji firmware także GALILEO. Dokładność pozycjonowania w poziomie z użyciem rosyjskiego systemu wynosi wtedy 4 m,
a z użyciem amerykańskiego 2,5 m. Możliwa
jest też praca w trybie łączonym, tj. wtedy
do wyznaczenia pozycji odbiornik korzysta
z satelitów różnych systemów jednocześnie.
Global Top
Firma ta produkuje wiele miniaturowych
i bardzo nowoczesnych modułów. Koncentruje się raczej na obsłudze systemu GPS, ale
ich produkty mają wiele zaawansowanych
funkcji i istotnie różnią się między sobą parametrami.
GPS-PA6B/FGPMMOPA6B
Moduł ten jest markowany nie tylko logiem Global Top, ale ostatnio pojawił się
także na rynku z nazwą 4D Systems, która
kojarzy się przede wszystkim z wyświetlaczami i ich sterownikami. Jego 66-kanałowy
odbiornik MediaTek MT3329 cechuje się
bardzo dobrą czułością i pozwala na aktualizację pozycji nawet 10 razy na sekundę.
Może być zasilany pojedynczym napięciem
z zakresu 3,3–5 V i w trakcie śledzenia pobiera 37 mA prądu. Standardowa precyzja wyznaczania pozycji w poziomie wynosi 3 m,
ale moduł wspiera wiele systemów SBAS:
WAAS, EGNOS, MSAS i GAGAN, które pozwalają ograniczyć niepewność pomiaru pozycji do 2,5 m oraz o połowę zwiększyć precyzję wyznaczania prędkości i przyspieszenia. Moduł ma niedużą, 10-pinową obudowę
o wymiarach 16×16 mm i grubości 6 mm. Ta
ostatnia wartość wynika z faktu, że w module zintegrowano antenę.
cje co dwa moduły opisane wcześniej i cechuje się ekstremalnie niskim poborem mocy
(63 mW w trakcie akwizycji i 49 mW w trybie śledzenia). Nie zawiera zintegrowanej anteny, a jego obudowa o 18 wyprowadzeniach
ma wymiary jedynie 9×12,7×2,1 mm. Masa
Gmm-u2p to tylko 1 gram.
FGMMOSL3C i FGPMMOPA6H
Fastrax
Moduły te zawierają najnowszy chipset
firmy MediaTek: MT3339, dzięki czemu cechują się bardzo dużą czułością i niewielkim
poborem prądu. Mają 66 kanałów użytecznych do wyszukiwania satelitów, a 22 mogą
posłużyć do śledzenia. Oprócz systemów
SBAS wspieranych przez moduł FGPMMOPA6B, omawiane produkty obsługują
także japoński QZSS. Mogą pracować w trybie AGPS, a dodatkowo mają funkcję EPO
(Extended Prediction Orbit), dzięki której są
w stanie pobrać z Internetu przewidywane
na przyszłość dokładne pozycje satelitów
oraz funkcję EASY, której działanie jest bardzo zbliżone do opisanej wcześniej AssistNow Autonomous firmy u-blox. W urządzeniach przenośnych przydatna może okazać
się też funkcja AlwaysLocate, która ogranicza zużycie mocy w sytuacji, gdy prędkość
poruszania się modułu jest nieduża. Dzięki
niej urządzenie rzadziej oblicza pozycje,
zakładając że nie zmieni się ona znacząco.
Spada również precyzja pozycjonowania, ale
czas pracy urządzenia na zasilaniu bateryjnym znacznie rośnie, co widać szczególnie
wtedy gdy użytkownik nie wyłączy odbiornika gdy nie jest on mu potrzebny, np. gdy jest
w domu lub w biurze. Po włączeniu AlwaysLocate moduły pozwalają rejestrować swoją
pozycję w wewnętrznej pamięci (bez użycia
dodatkowych podzespołów) nawet przez
całe dwa dni. Czas ten istotnie się skraca,
gdy AlwaysLocate jest wyłączona. Ponadto
producent twierdzi, że czas wyznaczania
pozycji przy zimnym starcie nie przekroczy
60 s.
Wersja FGMMOPA6H ma większe rozmiary, co wynika z faktu, że zwiera wbudowaną antenę. Pobiera też nieco więcej prądu.
Nowoczesnymi modułami może pochwalić się również firma Fastrax. Co ciekawe, w przeciwieństwie do większości konkurencyjnych producentów, nie koncentruje się
ona na wykorzystaniu jednej rodziny chipsetów, ale stosuje różne odbiorniki w różnych
produktach.
Gmm-u2p
Model ten również należy do układów
czwartej generacji i zawiera chipset MT3339
z 66 kanałami. Ma praktycznie te same funkELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2012
IT530
Najnowszym produktem Fastraxa jest
IT530, który zarazem łatwo porównać do
omawianych wcześniej modułów firmy Global Top. Obsługuje te same funkcje, takie jak
EASY, EPO i AlwaysLocate oraz pozwala na
rejestrowanie pozycji bez potrzeby stosowania dodatkowych komponentów. Pobiera jedynie 35 mW mocy w standardowym trybie
śledzenia (aktualizacja pozycji co 1 s), ale po
włączeniu oszczędzania energii AlwaysLocate średni pobór spada podobno do 3 mW.
Maksymalna częstotliwość aktualizacji pozycji wynosi 10 Hz, a błąd nie przekracza
3 m w poziomie i 5 m w pionie w 67% przypadków. Warto też wspomnieć o niezwykle
małych gabarytach. Wymiary IT530 wynoszą
9,6×9,6×1,85 mm, a jego masa to jedynie
0,4 grama.
IT430
To nieco starszy, ale wciąż nowoczesny
moduł. Użyto w nim chipsetu SiRFStar IV,
dzięki czemu dokładność pozycjonowania
jest nieco lepsza niż w przypadku IT530.
Moduł ma 48 kanałów i wspiera jedynie
amerykański system SBAS – WAAS. Ma jednak tak samo imponująco małe wymiary, tj.
9,6×9,6×1,85 mmm, a ponadto należy go
zasilać napięciem 1,8 V. Jego pobór mocy
to 56 mW w trybie śledzenia. Obsługa ze-
67
O D B I O R N I K I G P S T E M AT N U M E R U
WYBÓR KONSTRUKTORA
wnętrznego akcelerometru i trójwymiarowego kompasu pozwala zwiększyć precyzję
pozycjonowania w budynkach.
IT600
Moduły te zostały wykonane w oparciu
o układ STMicroelectronics STA8088EX.
Obsługują 32 kanały, które mogą posłużyć do pozycjonowania w systemach GPS,
GLONASS, GALILEO, a nawet COMPASS,
z czego dwa ostatnie wymagają aktualizacji firmware. Funkcja Dead Reckoning jest
obsługiwana po zastosowaniu dodatkowego 1-osiowego żyroskopu analogowego lub
3-osiowego cyfrowego wraz z samochodowym sygnałem z tachometru. Liczne interfejsy (2 UART dla NMEA i RTCM104; 1 UART/
USB, I2C, CAN) oraz wiele obsługiwanych
systemów nawigacji sprawia, że jest to bardzo uniwersalny moduł. IT600 wspiera też
ST-AGPS (Self Trained AGPS), który pozwala
korzystać z przewidywać efemeryd obliczonych wewnątrz układu na 5 dni do przodu
lub pobieranych z serwerów Rx Networks,
a wyznaczonych nawet na 7 dni do przodu.
Wbudowany interfejs JTAG pozwala implementować własny firmware i debugować
go. Moduł pobiera 235 mW mocy w trybie
GPS+GLONASS i wymaga podwójnego zasilania: 1,8 V dla logiki i 3,3 V dla wejść/wyjść.
Skytraq
Warto wspomnieć także o firmie Skytraq,
która oferuje dosyć różnorodne moduły GPS
i GPS+GLONASS. Wymieniamy trzy z nich.
GG12A
Dosyć ciekawym produktem jest GG12A.
Obsługuje on jedynie 12 kanałów śledzących, a mimo to wg zapewnień producenta,
czas wyznaczania pierwszej pozycji przy
zimnym starcie wynosi typowo 29 s. Moduł
ten może pracować w trybie GPS, GLONASS
lub GPS+GLONASS. Aktualizuje pozycje
co 1 s, zachowując dokładność na poziomie
2,5 m.
68
S4554GNS-LP
Drugim modułem wspierającym systemy GLONAS i GPS jest S4554GNS-LP, który
cechuje się znacznie większymi wymiarami
niż GG12A. Dostarczany jest w postaci ekranowanej płytki PCB o wymiarach 54×45 mm
i masie 16 g. Pobiera 250 mW mocy w trybie
śledzenia i 400 mW w trybie wyszukiwania
satelitów. Obsługuje 66 kanałów do wyszukiwania i 22 do śledzenia ale producent nie
wspomina nic o wsparciu SBAS.
Venus638FLPx
Interesujący jest moduł Venus638FLPx,
który obsługuje 65 kanałów systemu GPS
oraz wspiera SBAS (WAAS i EGNOS). O ile
standardowa częstość wyznaczania pozycji wynosi 1 Hz, to urządzenie jest w stanie
aktualizować ją nawet 20 razy na sekundę.
Bardzo szybki jest także zimny start: 29 s
bez wspomagania i 3,5 s z AGPS. Moduł jest
w stanie korzystać z efemeryd obliczonych
na 7 dni do przodu. Bardzo szybkie wyszukiwanie satelitów zwiększa jednak zapotrzebowanie na zużycie energii. O ile w standardowym trybie wynosi ono 92 mW, to w trybie
„Max Performance” wzrasta do 114 mW. Pobór mocy w trakcie śledzenia nie przekracza
67 mW. Warto przy tym zaznaczyć, ze moduł
dostępny jest w dwóch wersjach: Venus638FLPx-D wymaga podwójnego zasilania
napięciami: 1,2 V oraz 3,3 V, a Venus638FLPx-L, tylko 3,3 V.
Origin GPS
obsługuje pozycjonowanie w oparciu jedynie o almanachy. Wspiera zaawansowane zarządzanie energią (Adaptive Trickle Power –
ATP i Advanced Power Management – APM
oraz SiRFAware Micro Power Mode - MPM)
i wyznaczanie pozycji na żądanie (Push-ToFix). Za przewidywanie efemeryd na 3 dni
do przodu odpowiada wbudowany algorytm Client Generated Extended Ephemeris
(CGEE).
ORG1410
W oparciu o ten sam chipset wykonano
moduł ORG1410, który cechuje się małymi wymiarami (10×10 mm) i również ma
wbudowaną antenę. Producent twierdzi, że
moduł ten pobiera mniej niż 15 mW mocy,
ale prawdopodobnie jest to wartość w trybie
oszczędzania energii, a nie w trakcie normalnej pracy (brak szczegółowych informacji na
ten temat). Pod względem funkcji moduł jest
zbliżony do ORG1418.
ORG447X
Jest to miniaturowy moduł oparty
o chipset SiRFStar IV. Ma wymiary 7×7 mm,
a jego wysokość zależna jest od wariantu
i wynosi 1,4 mm dla ORG4472 oraz 1,2 mm
dla ORG4471. Pobiera nie więcej niż 67 mW
mocy w trybie śledzenia. Pod względem
dodatkowych funkcji jest zbliżony do
ORG1418.
Quectel L10
Dobrą czułością wyróżnia się moduł
Quectel L10. Zawiera on układ MediaTek
MT3329, a jego pobór prądu nie przekracza
38 mA w trybie śledzenia. L10 obsługuje tylko GPS, ale wspiera systemy SBAS: WAAS,
EGNOS, MSAS i QZSS. Jest dosyć duży,
w porównaniu do produktów konkurencyjnych. Jego wymiary to 22,4×17×3 mm.
Spośród pozostałych modułów GPS dostępnych w Polsce warto zwrócić uwagę na
produkty firmy Origin GPS oparte o układ
SiRFStar IV.
ORG1418
Największym z nich jest ORG1418. Ma
wbudowaną antenę i wymiary 17×17 mm.
Cechuje się szerokim zakresem napięć
wejściowych (1,8–5 V), a jego pobór mocy
w trakcie śledzenia nie przekracza 75 mW.
Oprócz klasycznego wyznaczania pozycji
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2012
Przegląd odbiorników nawigacji satelitarnej
Antenova Radionova M10382
Moduł ten został wykonany w oparciu
o nowoczesny chipset u-blox 6 UBX-G6010ST. Dzięki temu obsługuje 50 kanałów
i wspiera takie funkcje jak AssistNow Autonomous. Obsługuje wiele systemów SBAS.
Cechuje się niskim napięciem zasilania: jedynie 1,8 V, a pobierany prąd nie przekracza
45 mA w trybie śledzenia. Obudowa modułu
ma wymiary 24,2×9,9×3,8 mm i zawiera
wbudowaną antenę.
ziomie wynosi 5 m, a szybkości 0,1 m/s.
GPS04 nie jest mały – jego wymiary to:
25,4×25,4×3,2 mm, mimo że nie zawiera on
wbudowanej anteny.
SBAS (WAAS, EGNOS i MSAS). Przyjrzenie
się jego parametrom pozwala zobaczyć, jak
zmieniały się cechy modułów do nawigacji
w ostatnich latach.
SkyLab SKG25B
Cinterion PHS8
Jeszcze niedawno na polskim rynku popularnością cieszyły się moduły firmy SkyLab. Producent ten jednak nie nadążał za
postępem i jego pozycja znacznie osłabła.
Jeden z najnowszych modułów tej firmy,
SKG25B jest również jednym z najstarszych
w zestawieniu. Został zbudowany w oparciu
o 32-kanałowy układ MediaTek MT3318. Pobiera 45 mA prądu w trybie śledzenia, a jego
czułość nie przekracza 159 dBm. Obsługuje
jedynie system GPS, bez AGPS, ale wspiera
Dobrą pozycję w Polsce ma firma Cinterion, ale specjalizuje się ona w modułach
GSM/3G. Niektóre z nich zawierają jednak
wbudowane bloki do nawigacji satelitarnej,
czego przykładem jest PHS8. Wspiera on system GPS, ale po aktualizacji firmware będzie
mógł także obsługiwać GLONASS. Czułość
tego modułu nie jest duża, w przeciwieństwie do wymiarów, ale wynika to z faktu, że
pozwala on również na komunikację zgodnie ze standardami: UMTS/HSPA+ i GSM/
GPRS/EDGE.
Hope Microelectronics GPS04
Moduł ten obsługuje 65 kanałów, ale nie
pozwala na częstszą aktualizację położenia
niż raz na sekundę. Producent deklaruje,
że dokładność wyznaczania pozycji w poREKLAMA
Urz¹dzenia pomiarowe
wilgotnoϾ, temperatura
ciœnienie, przep³yw
Elementy wykonawcze
si³owniki elektryczne
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2012
69
O D B I O R N I K I G P S T E M AT N U M E R U
WYBÓR KONSTRUKTORA
SimCom SIM908
Podobnie jak Cinterion, SimCom także
specjalizuje się w modułach GSM. Jednakże od pewnego czasu mają w swojej ofercie
również samodzielne moduły GPS oraz moduły łączone GPS+GSM. Przykładem tego
drugiego rozwiązania jest SIM908. Obsługuje 4 pasma GSM i standard GPRS. Odbiornik
GPS ma 42 kanały i czułość dochodzącą do
-160 dBm. Pobór prądu w trakcie śledzenia,
gdy blok GSM nie jest obciążony wynosi
76 mA. Moduł jest oferowany w obudowie
SMT z 80-wyprowadzeniami, a jego niewątpliwą zaletą jest niska cena.
Navis Navior SN-4706
Moduły GPS
produkowane
są
nie tylko na zachodzie, w Chinach
i w Japonii, ale
również niedaleko
naszej wschodniej
granicy, czego dowodzi przykład firmy Navis. Wytwarza ona
kilka modułów do nawigacji oraz różnorodne urządzenia diagnostyczne. Produktem
porównywalnym do pozostałych opisanych
modułów jest Navior SN-4706 (pisany też
niekiedy jako CH-4706), który obsługuje
sygnał GPS i GLONASS. Ma 24 kanały ale
nie wspiera wspomaganego wyznaczania
pozycji, a jedynie SBAS. Niestety da się zauważyć, że pod względem pobieranej mocy
i wymiarów odbiega nieco od konkurencyjnych produktów. Jego obudowa ma wymiary 35×35×7 mm, a pobierana moc w trybie
śledzenia dochodzi do 650 mW. Mimo to,
układ nie oferuje nadzwyczaj dobrej precyzji. Wynosi ona 3 m w poziomie i 5 m w pionie, oczywiście zgodnie z metodą obliczania
CEP50.
trybutor firmy I-Lotus zapewniał nas, że
faktycznie sprzedaje te produkty do Polski.
Moduł RX Oncore został oparty o chipset
STM STA8058 i zawiera mikrokontroler
ARM7TDMI. Obsługuje 16 kanałów GPS
i wpiera AGPS oraz SBAS. Może być zasilany napięciem 3,0-3,6 V, a pobór prądu nie
powinien przekraczać 75 mA w trakcie śledzenia. Cechuje się dobrą precyzją: 2,5 m
w poziomie, ale jego wymiary nie są małe
i wynoszą: 17×22,4×3 mm.
z chipsetu SiRFStar IV. Warto zaznaczyć, że
do jego zasilania wystarczy napięcie 1,8 V.
OlinkStar CC100-BG
Na koniec prezentujemy prawdziwego
giganta. Moduł Vector H320 ma wymiary
152×71×16 mm i przeznaczony jest do zastosowań profesjonalnych. Obsługuje częstotliwości L1 i L2 systemów GPS i GLONASS,
a po aktualizacji firmware ma też obsługiwać
GALILEO. Pobiera do 3,9 W mocy w trybie
śledzenia ale umożliwia aktualizację pozycji
nawet 20 razy na sekundę. Z założenia ma
wspierać DGPS i tylko tak być używanym.
Błąd wyznaczania pozycji w poziomie z użyciem SBAS (WAAS) wynosi 0,25 m, ale jeśli
skorzysta się z usług satelitów firmy OmniSTAR, niepewność pomiarowa spada do
0,08 m. Układ ma ponadto najdłuższy hot
start z zestawienia. Wynosi on aż 5 sekund.
Ciekawym, bo zawierającym nietypowy chipset jest chiński moduł OlinkStar
CC100-BG. Zbudowano w oparciu o układ
Otrack-32 tej samej firmy. Omawiana wersja
obsługuje system GPS i Compass, choć dostępna jest także odmiana wspierająca GPS
i GLONASS, ale bez Compassa. Producent
twierdzi, że moduł obsługuje 32 podwójne kanały, co prawdopodobnie oznacza, że
ma po 32 kanały na system nawigacji. Nie
wspiera SBAS ani AGPS i nie może aktualizować częstotliwości częściej niż raz na
sekundę. Jego pobór mocy nie został podany, ale musi być zasilany napięciem 5 V.
Wymiary modułu to aż 43×47 mm. Mimo
to, niedokładność pozycjonowania wynosi
aż 5 m w poziomie i 10 m w pionie. Niemniej jest to ciekawy przykład produktu,
który przygotowany został raczej z myślą
o alternatywnych niż GPS systemach pozycjonowania.
I-Lotus RX Oncore
Choć nie udało nam się znaleźć polskojęzycznego dostawcy, zagraniczny dys-
Bardzo podobnym do RoyalTek REB4315 jest AGP3363 firmy AMOD. Zbudowano go w oparciu o ten sam chipset i z takim
samym układem wyprowadzeń. Pobiera nieco mniej prądu, bo 38 mA, ale wymaga zasilania napięciem 3,3 V.
Hemisphere GPS Vector H320
Podsumowanie
Smart Design Corp. S4F1912
Firma Smart Design Corp. produkuje moduły znane również pod marką Modulestek.
S4F1912 jest jednym z jej najnowszych produktów. Oferowany jest w postaci płytki PCB
o jedynie 8 wyprowadzeniach. Jest oparty
o chipset SiRFStar IV i obsługuje częstotliwość L1 sygnału GPS.
AMOD AGP3363
RoyalTek REB-4315
Kilka ciekawych modułów można znaleźć w ofercie RoyalTeka. Przykładem jest
REB-4315, który został wykonany w popularnej obudowie 13×15 mm, zgodnej pod
względem wyprowadzeń (22 pady) z wieloma innymi produktami dostępnymi na rynku. REB-4315 obsługuje GPS L1 korzystając
Nowoczesne moduły do pozycjonowania różnią się pod względem zaawansowanych funkcji i obsługiwanych systemów
satelitarnych od tych, które oferowano
jeszcze kilka lat temu. Producenci, którzy
nie nadążają za zmianami znikają z rynku.
Oprócz opisanych wytwórców, w Polsce
dostępne są obecnie moduły kilku innych
firm, ale nie zostały one wybrane do niniejszego zestawienia ze względu na mniejszą
popularność lub brak nietypowych produktów, które mogłyby pokazać trendy na rynku
modułów GNSS.
Marcin Karbowniczek, EP
REKLAMA
70
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2012
Download PDF