Pozycjonowanie GNSS centymetrowej precyzji, dostępne również do standardowych zastosowań

Pozycjonowanie GNSS centymetrowej precyzji, dostępne również do standardowych zastosowań

Zapotrzebowanie na systemy lokalizacji o wysokiej precyzji – HPG (High Precision GNSS) – występuje od dawna. Wysoka cena, zużycie energii i duże wymiary odbiorników oraz złożoność implementacji ograniczały stosowanie HPG do aplikacji niszowych.

Nawigacja precyzyjna to złożony system, co do tej pory generowało wysokie koszty implementacji w urządzeniu końcowym. Jednak w ostatnim czasie pojawiły się rozwiązania spełniające wysokie wymagania dostępne dla tak popularnych aplikacji jak np.:

  • pojazdy autonomiczne, np. kosiarki operujące na precyzyjnie wyznaczonym terenie, trafiające do stacji bazowej,
  • roboty autonomiczne,
  • pojazdy rolnicze wymagające precyzji np. nawożenia czy siewu,
  • samochody, ciężarówki, minibusy, w tym autonomiczne,
  • maszyny budowlane,
  • drony.

SPG vs. HPG

Nawigacja standardowej precyzji – SPG, oznacza dokładność rzędu 1,0...2,5 m CEP, przy sygnałach dobrej jakości i markowych odbiornikach. Słabe sygnały z satelitów (100 tysięcy razy słabsze od sygnału GSM) przebywają dystans tysięcy kilometrów i są zniekształcane przez zmienne, niemożliwe do przewidzenia czynniki (np. wilgotność i ciśnienie w troposferze, wyładowania w jonosferze, odbicia itp.).

Nawigacja wysokiej precyzji – HPG, czyli precyzji centymetrowej, wymaga systemu korygującego, eliminującego wpływ opisanych czynników. Stacja referencyjna o znanych współrzędnych na bieżąco porównuje pozycję GNSS z rzeczywistą i przesyła korekty do odbiorników. W ten sposób eliminuje się błędy wynikające z przebiegu sygnału i uzyskuje dokładność centymetrową. Dane korygujące muszą być dostarczane w czasie rzeczywistym, mogą być generowane na kilka sposobów:

  • Własna stacja referencyjna, przekazująca poprawki RTK do odbiornika w pobliżu (odległość <30 km);
  • Regionalna sieć stacji referencyjnych, oferujących dane RTK najczęściej odpłatnie. Stacja powinna znajdować się blisko odbiornika, pracuje w standardzie OSR i wymaga komunikacji dwukierunkowej – odbiornik informuje o położeniu, żeby uzyskać korekty od najbliższej stacji, korekty są pomocne tylko lokalnie, w jej pobliżu;
  • Stacja referencyjna PPP-RTK, o pokryciu kontynentalnym lub globalnym, komunikacja jest jednokierunkowa od stacji do odbiornika np. w formacie SPARTN, csRR. Pracuje w najnowszym standardzie SSR, dane są ważne na kontynencie, odbiornik nie musi znajdować się w pobliżu stacji.

Prosty w implementacji system HPG

Niedawno przystępny cenowo i prosty w implementacji system HPG stał się wreszcie dostępny, jego składniki można opisać, posługując się produktami pioniera technologii HPG – szwajcarskiej firmy u-blox. Są to:

  1. Sygnały z kilku konstelacji GNSS: GPS, Galileo, Glonass, BeiDou, QZSS;
  2. Odbiornik HPG gwarantujący albo zapewniający najwyższej jakości parametry, ale także dopracowywane przez wiele generacji i sprawdzone algorytmy. Moduły NEO-F9P oraz ZED-F9P firmy u-blox obsługują równolegle cztery konstelacje GNSS oraz dwa pasma: L1/L2 lub L1/L5. Stosując technologię opartą ma doświadczeniu firmy u-blox dostarczają informację o położeniu wysokiej precyzji. Zoptymalizowana cena, wymiary 12×16 mm i niski pobór energii umożliwiają zastosowanie tych odbiorników w aplikacjach dotychczas niedostępnych. Moduły wspierają wszystkie wymienione rodzaje korekt.
  3. Poprawki ze stacji referencyjnych. PointPerfect to wygodny system niedawno wprowadzony przez u-blox. Pracuje w standardzie SSR, z formatem danych SPARTN. Ta nowoczesna implementacja pracuje z jednostronną komunikacją do odbiornika. PointPerfect jest natywnie wspierany przez moduły NEO-F9P oraz ZED-F9P. Poprawki mogą być pobierane z serwera poprzez dostęp IP i z satelitów przez dostęp L-Band (np. przy braku dostępu do internetu i sieci komórkowej). 40 godzin miesięcznie danych IP jest darmowe, a stawka 3,90 USD przy 60 godzinach czy np. 6,80 USD przy 120 godzinach to bardzo przystępne ceny, dane są ważne na całym kontynencie.
  4. Wysokiej jakości dwupasmowa antena HPG, na przykład ANN-MB u-blox, dopełnia całości.

Ważnym parametrem HPG jest czas dostrajania się odbiornika do korekt (np. po zaniku sygnału). W przypadku połączenia modułów firmy u-blox oraz PointPerfect są to zaledwie sekundy.

Dostępna jest także funkcja tzw. lokalnej bazy, która otwiera ciekawe możliwości, np.:

  • określanie precyzyjnego (0,4 stopnia) kierunku ruchu pojazdu,
  • moving base – precyzyjne określenie wektora pomiędzy odbiornikiem a ruchomą stacją, przydatne np. przy śledzeniu pojazdu przez drona (follow me) albo lądowaniu na poruszającej się platformie.

Co ciekawe, dostępne są pinowo zgodne moduły ZED-F9R, integrujące HPG z IMU (żyroskop, akcelerometr), określające pozycję nawet bez widoczności satelitów.

Podsumowanie

Określanie położenia z centymetrową dokładnością stało się przystępne. Pomimo skomplikowanej technologii implementacja jest prosta, jednak wybór optymalnej architektury oraz funkcjonalności wymaga doświadczenia. Sugerujemy kontakt z zespołem wyszkolonych przez producenta specjalistów, używając adresu ubloxFAE@microdis.net.

Robert Panufnik
Microdis Electronics
ubloxFAE@microdis.net

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
wrzesień 2023

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik maj 2024

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio maj - czerwiec 2024

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje maj 2024

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna maj 2024

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2024

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów