GPS модули компании µ-blox

№ 1’2005
PDF версия
Уже более 350 млн. человек во всем мире пользуются системой GPS, позволяющей мореплавателям находить путь в океане, летчикам осуществлять посадку в условиях нулевой видимости, а путешественникам ориентироваться на незнакомой местности. Благодаря непрерывному совершенствованию глобальной системы позиционирования и применению новых технологий происходит расширение сфер применения систем спутниковой навигации. В статье представлен краткий обзор последних разработок фирмы u-blox AG, GPS модули, реализующих новейшие достижения в области приема и обработки GPS-сигналов.

О компании µ-blox

Международная компания µblox AG, имеющая штаб-квартиру в Швейцарии и отделения в США, Германии, Великобритании и Гонконге, с момента своего основания в 1997 году специализируется на разработке и изготовлении блоков и модулей GPS для производителей конечной продукции. Создание самого маленького GPS-приемника, первого GPS-модуля, предназначенного для поверхностного монтажа, самого чувствительного приемника — только некоторые этапы на пути, который вывел u-blox AG на лидирующие позиции на рынке продуктов GPS. В числе партнеров компании — крупнейшие производители чипсетов для GPS–решений Atmel и SiRF Technology Inc.

 

Базовая архитектура GPS-приемников

Базовой технологией обработки навигационных сигналов со спутников, используемой в современных моделях выпускаемых компанией приемников, является технология ANTARIS GPS. Она была разработана в сотрудничестве u-blox AG и Atmel® и обеспечивает прекрасные навигационные характеристики в различной обстановке, в том числе в зонах с ограниченной видимостью небесной сферы и в зонах со слабым сигналом, без снижения точности определения. Набор микросхем, реализующих эту технологию, позволяет построить законченный GPS-приемник от антенного входа до выходного порта для выдачи навигационных данных. Архитектура такого GPS-модуля представлена на рис. 1.

Архитектура GPS-приемника, построенного на базе технологии ANTARIS® GPS

Рис. 1. Архитектура GPS-приемника, построенного на базе технологии ANTARIS GPS

Наличие в составе модуля малошумящего усилителя позволяет использовать его как с активными, так и с пассивными антеннами. GPS-модули со встроенной Flash-памятью позволяют сохранять данные и конфигурацию приемника при выключенном питании, производить обновление внутреннего программного обеспечения, загружать собственный операционный код и использовать свободные ресурсы внутреннего контроллера для своего приложения. Для реализации последней возможности необходим отладочный программно-аппаратный набор ANTARIS SCKit. С помощью этого же набора можно сконфигурировать ряд линий внешнего интерфейса модуля, таких как линии GPIO, SPI-интерфейс или синхронный/асинхронный последовательный интерфейс USART. Одна из линий GPIO по умолчанию используется для вывода сигнала временной синхронизации (1 pps). Полярность, периодичность и длительность импульсов временной синхронизации может задаваться программно.

 

Основные характеристики GPS модулей компании u-blox

Семейство модулей, построенных на основе технологии ANTARIS GPS, включает в себя около десяти различных моделей, которые отличаются типом корпуса (TIM-xx или LEA-xx), а также наличием внутреннего малошумящего усилителя (TIM-LA, TIM-LL, TIM-LH, TIMLR, LEA-LA) или его отсутствием (TIMLC, TIM-LF). Модули имеют следующие функциональные особенности: возможность программирования (TIM-LL, TIMLF), высокую чувствительноcть (TIM-LH), встроенную функцию навигационного счисления Dead Reckoning (TIM-LR), компактный размер и пониженное энергопотребление (LEA-LA). Внешний вид модулей представлен на рис. 2.

Внешний вид GPS–модулей TIM-xx и LEA-xx

Рис. 2. Внешний вид GPS–модулей TIM-xx и LEA-xx

Все GPS-приемники семейства ANTARIS GPS не требуют дополнительной инициализации и начинают передачу навигационных данных сразу после подачи питания. Для реализации дополнительных возможностей, в частности, включения режима энергосбережения FixNOW, необходимо осуществить программное конфигурирование. В этом режиме приемник автоматически отключается при пропадании сигналов со спутников и включается через задаваемые интервалы времени для попытки нового «захвата». Если не требуется частого определения позиции, то с целью снижения общего энергопотребления при помощи режима FixNOW можно принудительно переводить модуль в «спящий» режим и при наличии сигналов со спутников. Данные о позиции при этом могут быть получены либо по запросу через механизм внешнего прерывания, либо через заданные интервалы времени по сигналам от внутренних часов реального времени.

Интересной особенностью GPS-модулей u-blox является поддержка не только DGPS (дифференциального режима, существенно улучшающего точность определения), но и SBAS — спутниковых подсистем дифференциального сервиса. Эти подсистемы предназначены для передачи дифференциальных поправок не через сеть наземных ретрансляторов, а со спутников, находящихся на геостационарных орбитах. Эти спутники ведут передачу на той же частоте, что и спутники основного созвездия GPS. Благодаря увеличенному до 16-ти числу каналов приема модули u-blox получают эту информацию параллельно с информацией от основных спутников и осуществляют более точное вычисление координат с уче том дифференциальной поправки. Все GPS-приемники имеют защитный экран и потому обладают высокой устойчивостью к воздействию внешних электромагнитных помех. Это делает возможной их интеграцию с устройствами беспроводной связи, такими как GSM/GPRS модемы. Специальный алгоритм обработки исклю чает из вычислений переотраженные сигналы, что позволяет надежно определять позицию даже в условиях плотной городской застройки.

Несомненным достоинством модулей, построенных на основе технологии ANTARIS GPS, является то, что они не требуют дополнительных внешних элементов — стабилизаторов напряжения для антенного усилителя и радиоприемного блока, усилителей, микросхем памяти. Пример включения модуля в минимальной конфигурации с пассивной антенной представлен на рис. 3.

Пример включения GPS модуля в минимальной конфигурации

Рис. 3. Пример включения GPS модуля в минимальной конфигурации.

Прим. Установка резистора требуется только в случае использования режима энергосбережения FixNOW и выключения управляющего микроконтроллера.

Рассмотрим подробнее наиболее интересные особенности некоторых модулей.

Сверхчувствительный GPS-модуль TIMLH — одна из последних разработок, сделанных на базе технологии ANTARIS®GPS, которая может служить предметом особой гордости компании. Известно, что чувствительность GPS–приемников определяется не только характеристиками аппаратной части (антенны, входного малошумящего усилителя и радиоприемного блока), но и особенностями обработки и анализа группового сигнала спутников. Основным навигационным параметром является дальномерная задержка сигнала, определение которой осуществляется с помощью коррелятора (устройства, вычисляющего коэффициент корреляции между принимаемым и опорным сигналами). В условиях хорошего приема сигнал на выходе коррелятора имеет ярко выраженный пик, и значит, нахождение значения дальномерной задержки может быть осуществлено быстро. При слабом сигнале требуется многократное измерение и интегрирование полученных результатов, что приводит к недопустимому увеличению времени определения. Чтобы произвести полную свертку в реальном времени (с учетом всех возможных задержек коррелятора), надо отказаться от использования последовательного поиск а, а использовать для каждого спутника большое количество корреляторов, работающих параллельно. В GPS модулях u-blox их общее число доведено до 8192. Это приводит к значительному повышению производительности приемников и, как следствие, увеличивает чувствительность и уменьшает TTFF (время до первого определения) в сравнении с обычными приемниками. Улучшенный алгоритм интегрирования позволяет модулю TIM-LH осуществлять обработку входных сигналов, приближающихся к уровню –160 дБм. Однако следует иметь в виду, что в это м случае значение TTFF несколько увеличивается.

Возможности модуля TIM-LH таковы, что позволяют после «захвата» сигналов спутников осу ществлять слежение в коротких тоннелях и помещениях с легкими перекрытиями типа моллов и пассажей. В автомобильных приложениях непрерывность слежения может быть достигнута даже при расположении антенны под сиденьем водителя. Это дает возможность осуществить скрытое размещение устройства, и, таким образом, позволяет повысить вероятность обнаружения угнанного автомобиля в случае оборудования его охранной системой в комплексе с GPS-приемником.

Но каким бы сверхчувствительным не был GPS-приемник, для его работы все же необходимо наличие сигналов со спутников. В реальной жизни автомобиль нередко попадает в ситуации, когда сигнал полностью отсутствует (например, в тоннелях). В этом случае непрерывность определения позиции может быть достигнута с использованием другого модуля — TIM-LR. С давних пор моряки в промежутках между получением точных координат с помощью астрономических измерений определяли свое местоположение, используя счисление, основанное на знании скорости и направления движения судна. Такое же навигационное счисление (Dead Reckoning) может осуществлять и модуль TIM-LR. Данные о параметрах движения (скорости и относительном направлении) должны подаваться от внешних источников — автомобильного одометра и гироскопического датчика. При этом сохраняется непрерывность слежения за траекторией движения с сохранением достаточно высокой точности позиционирования при длительном пропадании сигнала (<5% от пройденного расстояния). Калибровка системы осуществляется автоматически в периоды уверенного приема GPS-сигналов путем сравнения счисляемых координат с точными данными, полученными на основе сигналов со спутников. Поскольку вычисление позиции на основе информации от датчиков движения — процесс непрерывный, то режим пониженного энергопотребления FixNOW, основанный на периодическом переходе устройства в спящий режим, в модуле TIM-LR не используется.

Модуль LEA-LA — самый маленький представитель семейства GPS приемников фирмы u-blox. Появление этого модуля, сделанного в новом конструктивном исполнении, фактически означает установление нового индустриального стандарта. LEA-LA ориентирован на применение прежде всего в переносных автономных приложениях, и потому имеет наименьшее энергопотребление. При использовании режима FixNOW потребляемая мощность может быть снижена до уровня 60 мВт. Конфигурация портов ввода/вывода модуля LEA-LA и выбор режима работы с нормальной или высокой чувствительностью могут осуществляться аппаратно с помощью сигналов на управляющих входах.

Основные параметры описанных модулей представлены в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры GPS модулей u-blox.
Основные параметры GPS модулей u-blox.

 

Средства отладки

Для того, чтобы разработчик мог ознакомиться с характеристиками GPS модулей и протестировать их, компания u-blox выпускает наборы Antaris Eval Kit. Эти наборы позволяют как в полевых, так и в лабораторных условиях, быстро оценить возможности выпускаемых компанией GPS-приемников и сконфигурировать их для приложений пользователя. Набор Antaris EvalKit предназначен для ознакомления с модулями LEA-LA, TIM-LA, TIM-LC, TIM-LL, TIM-LF, набор ANTARIS SuperSense EvalKit–модулем TIM-LH и набор ANTARIS SBEKit–модулем TIM-LR. Каждый комплект включает в себя отладочную плату с соответствующим GPS-приемником, двунаправленными драйверами RS-232 для связи с компьютером, встроенной резервной батареей питания, а также сетевой и автомобильный (12 В) адаптеры для питания приемника, активную GPS–антенну, кабель RS-232, и программу u-Center, которая позволяет использовать персональный компьютер в качестве хост-процессора. Интерфейс программной оболочки u-Center представлен на рис. 4.

Интерфейс программной оболочки u-Center

Рис. 4. Интерфейс программной оболочки u-Center

Отображение информации от GPS-приемника осуществляется в графическом виде в режиме реального времени с возможностью масштабирования и панорамирования, имеется возможность осуществлять запись и воспроизведение полученных данных. Поддерживаются протоколы NMEA и собственный бинарный протокол UBX. Программа работает в среде Windows 2000/XP.

 

Дальнейшее развитие технологии

Подтверждая статус мирового лидера в области проектирования и производства GPS-продуктов, в сентябре текущего года компания u-blox объявила о разработке GPS-модулей следующего поколения, базирующихся на новой технологии Antaris® 4, созданной в сотрудничестве с компанией Atmel®. Применение в GPS-приемниках нового набора микросхем позволяет на 40% сократить энергопотребление и на 40% уменьшить габариты модулей, что делает их незаменимыми в переносных устройствах с автономным питанием, таких, как мобильные телефоны и КПК. В дополнение к существующим последовательным портам добавлен порт USB, что значительно упрощает использование новых модулей совместно с современными компьютерами. Сохранение и улучшение достигнутых предыдущей технологией ANTARIS®GPS навигационных характеристик, а также выпуск модулей как в малогабаритном исполнении типа LEA (модули LEA-4A, LEA-4H, LEA-4P), так и в стандартном типа TIM (TIM-4A, TIM-4H, TIM-4P) с полной повыводной совместимостью, позволит производителям конечной продукции осуществить легкий переход к использованию GPS-модулей нового поколения без перестройки существующего технологического процесса. Серийный выпуск этих приемников планируется начать в декабре текущего года.

 

Заключение

Опыт, накопленный в сотрудничестве с ведущими производителями микросхем для GPS-приемников — компаниями Atmel и SiRF Technology Inc., позволил u-blox AG занять лидирующие позиции в области разработки и производства GPS-приемников. По базовым характеристикам, таким как чувствительность, время определения первой позиции, точность определения, продукция u-blo x опережает продукцию большинства конкурентов. Выбранный компанией для своих GPS модулей форм-фактор стал де-факто индустриальным стандартом и принят рядом других производителей для своих изделий. Модули такой конструкции пригодны как для автоматической, так и для ручной пайки, что дает возможность использовать их и в мелкосерийном производстве. Посто янный мониторинг технологического процесса на всех стадиях, от этапа разработки до упаковки готового изделия, а также 100% выходной контроль качества гарантируют высокую надежность продукции u-blox. Простота включения модулей позволяет существенно снизить стоимость и уменьшить время, требующееся для разработки конечного приложения. Все это делает GPS–приемники u-blox привлекательными как для крупных производителей, так и для небольших фирм, стремящихся использовать самые современные GPS-технологии в своих продуктах.

Литература
  1. Вадим Алексеев, Андрей Лексин Навигация без границ //Connect!. 2005, №2. http://www.connect.ru/article.asp?id=5426 /ссылка утрачена/
  2. Яценков В. С. Основы спутниковой навигации. М: Горячая линия – Телеком, 2005.
  3. ANTARIS4_Design_AppNote (GPS.G4-CS-05003).pdf
  4. TIM-Lx_Sys_Int_Manual (GPS.G3-MS3-01001).pdf
  5. LEA-LA_Sys_Int_Manual (GPS.G3-MS3-05019).pdf

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

سكس عربي مصري مجاني sexauskunft.net سكسحر unblurred hentai nicehentai.com omega hentai chinki sex renklipornoo.net village naked dance hot x porn video hindipornsite.com heather jayne nude huge dick comics streamhentai.net hentai msngs
قصص وصور سكس wiwiuku.com مشاهدة أفلام سكس ラブホテル完全盗撮 浮気ドキュメント 禁断の関係 javshare.info とらぶるだいありー brawling go 132 hentaika.org all the way through futa www.indiansexmms pornhindivideo.com ftv hot live 福岡 風俗 図鑑 javwhores.mobi 日本で一番黒いgカップグラドルの絶倫性欲でハメ撮りsexしまくった日常を記録
x videos american fucktube24.com sex odia video 完全拘束イラマチオ 3 あべみかこ javpussy.net 300maan-316 xnxx miya khalifa indianpornsearch.com www.tamil sex videos どエロイ女のムチムチ肉感!ふにゃふにゃ星人 羽生ありさ freejavstreaming.net 生意気j○妹プリ尻挑発 telugu outdoor sex hindipornmovies.org mehreen kaur pirzada