Полевые испытания миниатюрного навигационного модуля FireFly X1

Сегодня на рынке представлено множество навигационных модулей. В таблице для примера приведены краткие характеристики лишь некоторых из них.

Рассмотрим более подробно миниатюрный ГЛОНАСС/GPS-модуль FireFly X1 от компании GlobalTop.

Характеристики FireFly X1

FireFly X1 интересен тем, что является одним из самых компактных навигационных приемников, построенных на базе популярного чипсета МТ3333 компании Mediatek (рис. 1). При этом внутри него умещаются все необходимые компоненты: встроенный малошумящий усилитель (LNA), SAW-фильтр, TCXO, RTC кварц, микросхема питания.

Рис. 1. Блок-схема модуля FireFly X1

Благодаря LNA пассивную керамическую антенну можно подключать напрямую ко входу RF_IN без дополнительного согласования. Это упрощает схему устройства и позволяет экономить место на плате.

Небольшие габариты (рис. 2) приемника позволяют сэкономить внутреннее пространство корпуса устройства, благодаря чему можно поставить аккумулятор большего размера и емкости, что актуально для систем с автономным питанием. А при использовании режима AlwaysLocate и GLP от MediaTek можно существенно уменьшить энергопотребление и, тем самым, увеличить время работы от батареи.

Рис. 2. Расположение выводов и габаритные размеры модуля FireFly X1

Основные технические характеристики FireFly X1:

• поддержка GPS/Glonass/Galileo/Beidou/QZSS;
• точность позиционирования <3 м (typ.), <2,5 м (SBAS), <1 м (RTCM);
• энергопотребление ~18–24 мА (режим слежения), ~20–25 мА (режим поиска);
• встроенные LNA и SAW-фильтр;
• частота обновления данных до 10 Гц;
• встроенные интерфейсы I²C, SPI, UART;
• дополнительные функции — A-GPS, SBAS, EASY, AlwaysLocate, LOCUS;
• корпус QFN-20 9×9,5×2,1 мм.

Видно, что FireFly X1 выделяется небольшими размерами корпуса и меньшим энергопотреблением по сравнению с аналогичными приемниками. Посмотрим, как он будет вести себя в реальных условиях.

Тестирование FireFly X1

Полевые испытания FireFly X1 производились с помощью отладочного комплекта, внешний вид которого показан на рис. 3. Чаще всего для автомобильных трекеров используется внешняя активная антенна, которая устанавливается под «торпеду» или в другое радиопрозрачное место для наилучшего приема сигналов со спутников.

Рис. 3. Внешний вид отладочного комплекта FireFly X1

Для удобства отладочный комплект с активной антенной был расположен на приборной панели со стороны пассажирского места. Здесь же, на пассажирском сиденье, находился ноутбук, к которому подключен FireFly X1.

Движение по заданному маршруту

Для навигационных модулей есть несколько критических моментов. Во-первых, это «холодный» старт, т. е. время, за которое приемник определит корректное местоположение с момента включения. Однако надо отметить, что это время сильно зависит от условий приема (в условиях плотной городской застройки или на крытых парковках время определения координат существенно возрастает). Во-вторых, движение в тоннеле (потеря связи со спутниками и ее восстановление). В данном случае мы тестируем навигационный приемник без инерциальных датчиков (гироскоп, акселерометр), поэтому чем быстрее модуль вернет трек на дорогу, тем лучше для работы устройства в целом. В-третьих, работа с переотраженными сигналами (движение в условиях плотной высотной городской застройки). На рис. 4 показан маршрут испытаний модуля FireFly X1.

Рис. 4. Маршрут полевых испытаний FireFly X1

На выбранном маршруте старт производился с парковки из «кармана» на Краснопутиловской улице (С.-Петербург) в условиях невысокой городской застройки. Далее автомобиль заехал в тоннель под площадью Победы. Еще в одной контрольной точке — во дворе высотного жилого комплекса «Доминанта» на пр. Космонавтов — проверялась работа с переотраженными сигналами.

Итак, первый старт модуля «из коробки». Время до первого определения местоположения (TTFF, Time-To-First-Fix) составило ~10 с. Пока ничего удивительного: условия приема сигналов со спутников достаточно хорошие (рис. 5).

Рис. 5. Точка старта и финиша на маршруте

Посмотрим, как повел себя навигационный модуль в одном из критичных мест для таких приборов — в тоннеле (потеря и восстановление связи со спутниками). Здесь FireFly Х1 продолжил строить треки так, как будто бы двигался прямо, но при выезде из тоннеля быстро восстановил связь со спутниками и вернул трек на корректную траекторию движения (рис. 6).

Рис. 6. Движение в тоннеле

И, наконец, проверим поведение прибора во дворе 26-этажного здания в жилом комплексе «Доминанта». Во дворе высотного здания модуль FireFly X1 отклонился от истинной траектории, но, тем не менее, трек построил, не запутав его. Отклонения от истинной траектории движения не превышают 10 м, что говорит об оптимальном математическом аппарате и хорошей работе с переотраженными сигналами (рис. 7).

Рис 7. Движение во дворе высотного здания

Тесты с использованием дифференциальных поправок

В динамическом тесте модуль FireFly X1 показал хорошие результаты работы, но точность определения местоположения можно улучшить, используя системы дифференциальных поправок DGPS. Модуль FireFly X1 поддерживает работу с RTCM-сообщениями, что позволяет существенно увеличить точность позиционирования. Проверим, как повлияют эти поправки на точность в статических тестах.

Сначала необходимо настроить DPORT для работы с RTCM-сообщениями. Для этого необходимо подать команды PMTK250 для настройки порта и PMTK301 для перевода в режим работы с дифференциальными поправками.

Рис. 8. Результаты статических тестов:
слева — без использования поправок;
справа — с применением RTCM

Нами было проведено два сравнительных теста — с использованием дифференциальных поправок и без них. На рис. 8 показаны результаты сравнения.

Без использования поправок отклонение составляет ~7,6 м. При использовании дифференциальных поправок точность улучшилась на порядок: максимальное отклонение в режиме DGPS составляет ~0,7 м.

Заключение

По результатам полевых испытаний можно сказать, что приемник FireFly X1 способен обеспечить надежную работу со спутниковыми сигналами и точно определять местоположение. Высотная городская застройка, тоннели и крытые парковки не будут являться серьезным препятствием для определения координат. А при использовании дифференциальных поправок можно существенно увеличить точность определения местоположения.

FireFly X1 сочетает в себе минимальные габариты и широкие функциональные возможности, что делает его привлекательным решением среди множества навигационных модулей. Благодаря низкому энергопотреблению и встроенному малошумящему усилителю он может быть полезен в таких сферах, как:

• носимая электроника;
• персональные трекеры;
• автономные охранно-поисковые устройства;
• автомобильное навигационное оборудование.