Подписка на новости

Опрос

Нужно ли ввести комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

2011 №4

ГЛОНАСС/GPS/SBAS-приемник «ГеоС-3». Первое знакомство

Пушкарев Олег


В статье представлен обзор нового модуля навигационного приемника «ГеоС-3», способного определять местоположение с помощью спутниковых группировок ГЛОНАСС и GPS, а также работать с сигналами спутниковой системы дифференциальной коррекции (SBAS). Использование сигналов двух спутниковых группировок позволяет быстрее и точнее определить координаты объекта в тех местах, где это невозможно сделать при использовании только одной из систем.

Геос-3. Технические характеристики

Новый модуль «ГеоС-3» (рис. 1) является высококачественным навигационным приемником, способным определять местоположение с помощью спутниковых группировок ГЛОНАСС и GPS, а также работать с сигналами спутниковой системы дифференциальной коррекции (SBAS). Использование сигналов двух спутниковых группировок позволяет быстрее и точнее определить координаты объекта в тех местах, где это невозможно сделать при использовании только одной из систем. При желании приемник можно перевести в режим «Только ГЛОНАСС» или «Только GPS», однако практического смысла это не имеет. Для расчета координат выбираются спутники, обеспечивающие наилучше качество навигационного решения. Находясь в двухсистемном режиме (по умолчанию), «ГеоС-3» продолжит нормальную работу в случае полного пропадания сигналов от GPS-спутников. В этом случае приемник будет обрабатывать данные только от спутниковой группировки ГЛОНАСС. Большое количество каналов слежения позволяет обрабатывать все видимые спутники параллельно, поэтому каких-либо переключений между спутниковыми группировками не требуется.

Внешний вид модуля Геос-3

Рис. 1. Внешний вид модуля Геос-3

В отличие от «ГеоС-1» [1], «ГеоС-3» построен на базе чипа «система-в-корпусе», где в едином корпусе микросхемы размещены все основные составляющие приемника — радиочастотная часть и микросхема основной обработки (Baseband), включающая в себя аппаратный коррелятор и мощный процессор. Микросхема Baseband производится по технологии 0,13 мкм, что является разумным компромиссом между получаемыми параметрами по энергопотреблению и затратами на процесс разработки кристалла, которые в итоге сказываются на себестоимости изделия и, следовательно, влияют на отпускную цену. Предполагаемая цена «ГеоС-3» для конечных оптовых заказчиков ожидается в диапазоне $15–20. Это оценочная величина, а реальная цена «ГеоС-3» на момент коммерческой доступности чипа будет зависеть от разных факторов, которые невозможно учесть сегодня. Можно лишь сказать с уверенностью, то это будет очень конкурентоспособный продукт, как с коммерческой, так и с технической точки зрения.

Технические характеристики «ГеоС-3» приведены в таблице. Для удобства сравнения там же присутствуют данные по модулю «ГеоС-1» и некоторым ГЛОНАСС/GPS-продуктам других производителей. В «ГеоС-3» заметно возросла чувствительность при слежении и существенно улучшены параметры по энергопотреблению. Введен новый энергосберегающий режим (15 мВт), при котором модуль периодически выходит из режима ожидания для поддержания актуальной информации о спутниковой группировке и определения текущих координат. «ГеоС-3» выпускается в новом миниатюрном корпусе для SMD-монтажа с 38 выводами. Более чем в три раза уменьшена площадь, занимаемая модулем на печатной плате. Аппаратный встроенный 32-канальный коррелятор с машиной быстрого поиска сигналов ГЛОНАСС/GPS обеспечивает получение навигационных данных в течение 28 с при «холодном» старте, что позволяет отнести модуль к категории «лучший в своем классе».

Таблица. Технические характеристики модулей

Параметр* «ГеоС-3» «ГеоС-1М» NV08-CSM GL8088S МНП-M7 S1722G2F
Сигналы L1 ГЛОНАСС СТ, L1 GPS C/A, SBAS L1 ГЛОНАСС СТ, GPS C/A L1 ГЛОНАСС, L1 GPS, GALILEO, COMPASS, SBAS L1 ГЛОНАСС, L1 GPS, GALILEO L1 ГЛОНАСС, L1 GPS, SBAS L1 ГЛОНАСС, L1 GPS
Количество каналов 32 24 32 32 24 88
Чувствительность, дБм/Вт поиск –144 –141 –143 –145 н/д –146
слежение –161 –151 –160 –159 н/д –162
Время определения координат (TTFF; –130 дБ/мВт) холодный 28 36 30 35 35 29
теплый 25 32 30 34 30 29
горячий 2 4 3 1 2 1
Плановая точность, м 2,5 3 2,5 2 5 2,5
Потребление, мВт слежение ~80 ~350 Только GPS: ~120;
GPS/ГЛОНАСС: ~180
~115 ~400 ~200
поиск ~100     ~180 ~600 ~350
Темп выдачи выходных данных, Гц 1/2/5/10 1/5 1/2/5/10 0,1–1, 5 1–10 1
Размеры, мм 22×15,9 35×33 20×26,6 35,5×33,2 29×29 17×22,4
Интерфейсы 2×RS232 (LVTTL) 2×RS232 (LVTTL) 2×RS232E, 2×SPI, TWI (I2C) RS232, 3,3V, LVTTL 2×UART (LVTTL) 2×UART (LVTTL)
Основное питание, В 1,8±10%; 1,8 или 3,3 (вх/вых) 3,3±10% 3–5,5; 1,2 / 3–5,5 3,0–3,6 2,8–3,6 3,3±5%
Режимы энергосбережения Да Нет Да н/д Нет Нет
A-GNSS Да Нет Да Да (ST-AGPS) Нет Нет
Диф. Режим (RTCM SC104 v2.3) Да Нет Да Нет Да Нет
Примечание.*  — Данные в открытом доступе разнятся в зависимости от источника информации (характеристики на веб-сайтах производителей/техническая документация/рекламные публикации)

«ГеоС-3» поддерживает работу в дифференциальном режиме (RTCM SC104 v2.3), что позволяет скомпенсировать ошибки распространения радиосигналов в атмосфере и повысить точность определения до 1–1,5 м. Однако следует помнить, что для этого требуется наличие стационарной станции (не далее 100–150 км от точки измерения), которая, собственно, и должна формировать дифференциальные поправки и какой-либо канал доставки этой информации до модуля.

Еще одна особенность модуля — поддержка технологии Assisted GNSS, которая заключается в передаче (загрузке) в приемник вспомогательной информации, позволяющей ему быстрее стартовать в условиях плохого приема, даже если уровень сигнала ниже, чем чувствительность в режиме поиска. Состав загружаемых в приемник данных включает в себя точное время, опорные координаты пользователя, альманахи, списки видимых спутников и др. Режим Assisted GNSS легко реализовать в автомобильных навигационных устройствах, где в качестве канала доступа к данным будет выступать GSM-сеть.

Особенности интеграции

«ГеоС-3» поддерживает два напряжения питания — 1,8 или 3,3 В для портов ввода/вывода и 1,8 В для ядра. Это позволяет достичь минимального уровня потребления и в то же время стыковать модуль с любым хост-процессором. Например, при построении навигационного ГЛОНАСС/GPS-устройства на базе GSM-модуля SL6087 (Sierra Wireless [2]) подключение «ГеоС-3» обеспечивается отдельным UART2 SL6087, который работает с уровнями 1,8 В (рис. 2). При подключении к микроконтроллеру с питанием 3,3 В ядро и порты необходимо запитать разным напряжением (рис. 3).

Подключение «ГеоС-3» к SL6087

Рис. 2. Подключение «ГеоС-3» к SL6087


Подключение «ГеоС-3» к микроконтроллеру

Рис. 3. Подключение «ГеоС-3» к микроконтроллеру

Модуль может работать как с пассивными, так и с активными антеннами. В последнем случае напряжение питания антенны формируется внутри «ГеоС-3», причем для этого используется напряжение 1,8–3,6 В, подаваемое на вывод V_ANT. Вывод ON/OFF не только отключает модуль, но и прекращает подачу напряжения на активную антенну, что вполне разумно с точки зрения снижения общего энергопотребления системы. Если сигнал ON/OFF не используется, этот вывод может быть оставлен неподключенным или соединен с питанием (портов).

Подключение резервной батареи позволяет сохранять в модуле данные, необходимые для быстрого старта при пропадании основного питания. Можно не использовать внешнюю батарею, тогда при каждом включении приемник просто будет делать «холодный» старт.

«ГеоС-3» формирует выходную секундную метку времени — сигнал 1PPS c программируемыми параметрами: вкл/выкл, длительность, полярность, сдвиг. Навигационные данные выдаются в виде стандартных NMEA-строк, которые можно получать по любому из двух имеющихся UART. По умолчанию NMEA-данные идут по линиям TX1/RX1, но последовательные порты могут быть сконфигурированы для работы с любыми типами данных.

Управлять режимами энергосбережения модуля можно как с помощью вывода PD, так и через один из последовательных портов. Активным является положительный фронт сигнала PD (переход из низкого уровня в высокий). Выходной индикатор PD_ACK показывает состояние модуля «активен»/«сон». Высокий уровень соответствует состоянию «активен», низкий — состоянию «сон».

К выводу STATUS можно подключить светодиод, который будет отображать текущее состояние модуля: поиск, решение навигационной задачи, ошибки в функционировании.

Разводка печатной платы

«ГеоС-3» не предъявляет повышенных требований к разводке печатной платы, однако при трассировке внешних цепей модуля на печатной плате необходимо учитывать следующее:

  • Посадочное место включает 38 контактных площадок, распределенных по трем сторонам. Торцевые контакты (16–23) не используются при штатной эксплуатации модуля (JTAG для встроенного процессора). Их можно не разводить на печатной плате.
  • Сигнал от антенны необходимо подводить к контакту 36 (ANT) модуля с помощью согласованной линии с волновым сопротивлением, максимально приближенным к 50 Ом. Желательно делать эту линию максимально короткой и избегать ее резких изломов.
  • Земляные контактные площадки вокруг антенного входа 34, 35, 37 и 38 должны быть соединены с цепью «земля» печатной платы линиями минимальной длины. Если в районе этих выводов «земляной» слой находится на обеих сторонах, необходимо расположить переходные соединительные отверстия максимально часто.
  • Любые сигнальные «шумящие» линии должны быть отодвинуты от антенного входа (контакт 36) как можно дальше.
  • Под платой модуля нельзя вести какие-либо сигналы, особенно высокочастотные и тактовые.

Литература

  1. Пушкарев О. И. Контрольный ГЛОНАСС-приемник на базе навигационного модуля «ГеоС-1М» // Беспроводные технологии. 2011. № 3.
  2. Копылов А. В. Новинка от Sierra Wireles. GSM-модуль SL6087 // Электронные компоненты. 2010. № 9.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Беспроводные технологии PDF


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке