Платформа GNSS отключает электроэнергию, время до первого исправления

Компания U-blox представила M10, свою новейшую платформу GNSS (Глобальная навигационная спутниковая система) для приложений позиционирования с низким энергопотреблением. U-blox M10, полностью разработанный собственными силами, подходит для широкого круга приложений, таких как спортивные часы, трекеры для товаров и бирки для скота, все в небольшом форм-факторе и с очень длительным временем автономной работы.

M10 оснащен фирменной технологией Super-S, которая помогает фильтровать шум и различать сигналы позиционирования. Устройство может одновременно получать данные от четырех созвездий GNSS даже в суровых условиях, например, в городских каньонах. Небоскребы блокируют прямую видимость между спутниками и приемниками, из-за чего приемникам GNSS чрезвычайно трудно захватить сигналы, излучаемые спутниками на орбите в течение достаточно длительного времени, чтобы постоянно определять свое местонахождение. Увеличение количества спутников может иметь большое значение.

В EE Times В интервью Бернд Хайдтманн, менеджер по позиционированию компании U-blox AG, рассказал, как M10 рассчитан на потребление 12 мВт в режиме непрерывного отслеживания, что примерно в 5 раз меньше, чем у предыдущей технологии материнской компании (M8).

«Технология Super-S оптимизирует энергопотребление и точность при слабых сигналах или небольших антеннах. Короткое время до первого исправления (TTFF) обеспечивает низкое энергопотребление, а функция компенсации слабого сигнала повышает точность определения местоположения », - сказал Хайдтманн.

Рис. 1. u-blox M10 и u-blox M8 (Источник:u-blox)

Платформа GNSS

Поскольку мы все больше полагаемся на спутниковое позиционирование, мы продолжаем ожидать большей точности позиционирования. Благодаря сокращению затрат на аппаратное и программное обеспечение, электронику значительно расширилось количество приложений и сценариев использования.

Глобальная навигационная спутниковая система ЕС Galileo позволяет приемникам GNSS гарантировать, что спутниковые сигналы действительно поступают со спутников Galileo и не были изменены. Такой подход затрудняет выполнение хакерами своей «работы». Европейская группировка GNSS будет первой, которая предложит гражданским пользователям бесплатные навигационные сообщения с аутентификацией.

Galileo - это европейская глобальная навигационная спутниковая система (GNSS), разработанная для предоставления пользователям во всем мире информации о местоположении, навигации и погоде. В отличие от других систем GNSS, Galileo управляется гражданским органом, Европейским космическим агентством (ESA), и была разработана с учетом потребностей различных сообществ пользователей.

Спутниковый сегмент Galileo предполагает использование 30 спутников (24 рабочих и 6 запасных), находящихся на орбите на высоте более 23 000 километров. Спутники будут равномерно распределены по трем орбитальным плоскостям, и для каждой из них потребуется около 14 часов на орбиту вокруг Земли.

Используемый подход к обеспечению безопасности заключается в добавлении зашифрованной аутентификационной подписи к навигационным сообщениям GNSS, которые можно использовать для проверки сообщений на основе гибридного подхода с симметричным / асимметричным ключом. Аутентификация данных GNSS будет играть важную роль в продвинутых системах помощи водителю, в автономном вождении или в любых других рискованных бизнес-операциях.

Оборудование U-blox

U-blox M10 рассчитан на потребление 12 мВт в режиме непрерывного отслеживания, сохраняя низкую потребляемую мощность для приложений с батарейным питанием. Повышенная радиочувствительность M10 также сокращает время, необходимое платформе для достижения первого фиксированного положения при инициализации, хорошо работает даже с небольшими антеннами.

«Размер микросхемы U-blox M10 составляет 4 × 4 мм в корпусе QFN. Модуль «MAX» допускает интеграцию без необходимости использования внешних компонентов. Форм-фактор «ZOE» имеет те же функциональные возможности, что и модули MAX и NEO. А это так называемая система в упаковке. Он имеет те же функции, что и модуль max, но занимает площадь всего 20 квадратных миллиметров », - сказал Хайдтманн.

Рисунок 2:три модуля, слева:пакет QFN, модуль MAX и форм-фактор ZOE (Источник:u-blox)

Два теста, проведенные в Австралии и Германии, показали, что даже в суровых условиях, когда большие здания могут скрывать сигнал, Super-S и улучшенный режим «Super-E» позволяют еще больше снизить энергопотребление с более низкой частотой обновления, оптимизируя измерения там, где сигнал очень низкий (рисунок 3).

Технология Super-S решает две общие проблемы, возникающие при промышленном слежении и использовании носимых устройств:слабые сигналы GNSS и неправильное позиционирование антенны, но также такие факторы, как плохая погода, затрудненный обзор неба и городские каньоны, отрицательно влияют на качество сигналов GNSS, достигающих местоположения. приемник, что снижает производительность позиционирования. Технология u-blox Super-S сочетает в себе 2 разных размера, чтобы справиться с этими ситуациями.

Приемники GNSS могут находиться в двух рабочих фазах:фазе захвата и фазе слежения. На первом этапе повышается чувствительность, а время захвата сокращается за счет получения позиции с более высокой вероятностью и меньшего потребления энергии. На следующем этапе цель - сохранить позицию.

Рис. 3. Максимальное доступное местоположение при одновременном приеме 4 сигналов GNSS в Австралии (Источник:u-blox)

Рис. 4. Компенсация слабого сигнала в Германии (Источник:u-blox)

«Если вы посмотрите на картинку слева от рисунка 3, вы увидите один и два. Под номером один вы видите, что здания не такие высокие, как под номером два. И если вы посмотрите вправо, вы увидите все эти цветные линии в виде стержня, а зеленый - это истинный путь, действительно истинное положение. Затем идут желтые M8 и синие M10. А для номера один, как видите, разницы почти нет. Они сообщают в основном истинную ситуацию. Но если вы посмотрите на номер два, вы увидите разницу. Желтая линия находится примерно в 20 метрах от зеленой. А синяя линия примерно в 10 метрах от зеленой. И здесь мы видим такой сценарий, когда у вас действительно высокие здания в глубоких городских районах, там имеет значение наличие 4 GNSS », - сказал Хайдтманн.

Он добавил:«Если вы находитесь в этой области, вы не можете видеть все спутники, потому что здания будут давать вам тень. А если вы сможете слушать все четыре созвездия, вы поймаете больше спутников. И тогда, конечно, это дает вам преимущество, потому что всегда есть выбор. Таким образом, приемник просмотрит все доступные спутники, а затем выберет максимум 30 сигналов для отслеживания. Но, конечно, в этой ситуации у вас нет 30, вам повезет, если у вас есть восемь или девять », - сказал Хайдтманн.

Маленькие антенны или неправильное расположение антенн приводят к снижению мощности радиосигнала. Компенсация слабого сигнала изменяет поведение приемника, чтобы приспособиться к этой ситуации. «Приводные испытания показали улучшение точности положения и скорости более чем на 25%», - сказал Хайдтманн.

Рисунок 5:блок-схема M10 (Источник:u-blox)

Рис. 6. Сравнение u-blox M10 и M8 (Источник:u-blox)

u-blox M10 имеет расширенное обнаружение спуфинга и помех. «Атаки спуфинга и глушения обнаруживаются и сообщаются хосту. Обнаружение спуфинга на основе анализа необработанных данных GNSS и предотвращение атак спуфинга с использованием аутентифицированного сигнала (Galileo OS-NMA) », - сказал Хайдтманн.

Критически важные приложения должны знать, насколько они могут доверять своим данным, полученным получателями. Уровень защиты описывает максимальную ошибку положения и количественно определяет надежность системы. На этот уровень влияют все источники ошибок, которые обычно влияют на решения GNSS.

«Если, например, приемник GNSS определяет свое местоположение с уровнем защиты 95%, равным одному метру, существует только 5% вероятность того, что сообщаемое местоположение находится на расстоянии более одного метра от его фактического местоположения», - сказал Хайдтманн.>

Инновации в системах и технологиях, связанных с сектором GNSS (Глобальная навигационная спутниковая система), - это процесс, который постоянно и быстро развивается. Мгновенная точность GPS на этих уровнях была зарезервирована для обороны США, но это вызвало гонку за создание более надежных альтернативных систем, которые привели к GNSS (глобальные навигационные спутниковые системы) с участием нескольких стран по всему миру, таких как российская ГЛОНАСС. , китайский Бэйдоу и европейский Галилео. Данные Galileo помогают находить радиомаяки и спасать людей, терпящих бедствие, в любых средах.

>> Эта статья изначально была опубликована на нашем дочернем сайте EE Times.

---

Связанное содержание:

• Устранение угроз для GNSS
• Спутниковая навигация и радио с программным управлением.
• Платформа GNSS повышает точность ADAS
• Служба коррекции GNSS повышает точность определения местоположения.
• Соответствие технологий определения местоположения в реальном времени растущим потребностям отслеживания
• Как повысить производительность беспроводной связи для мобильных устройств с небольшими печатными платами
• Интеграция чип-антенн в печатную плату:понимание согласования антенн
• Как добавление антенны меняет процесс проектирования
• подписаться на еженедельную рассылку Embedded по электронной почте.

Чтобы получить больше информации о Embedded, подпишитесь на еженедельную рассылку Embedded по электронной почте.