Historie firmy u-blox¡ř_GPS.pdfVlastnosti přijímače u-blox 6 50 kanálový přijímač Vyhledávací přijímač Sledovací přijímač 32 kanálů, > 2x106 korelátorů 18 kanálů

Seminář locate, navigate, accelerateTrenčín, 6. října 2010

Snímek 1

1997 Založena firma u-blox AG1998 První modul GPS na světě pro plošnou montáž2001 Populární 1“ formát TIM 2002 Čipová sada Antaris ve spolupráci s firmou Atmel2003 Moduly TIM-LX s čipovou sadou Antaris2004 Navigace s vysokou citlivostí SuperSense2005 Moduly GPS SuperSense

Nový formát LEA s rozměry 22x17mm2006 Představen systém A-GPS on-line

Nový formát NEO s rozměry 12,2x16mm2007 50kanálová čipová sada u-blox5 s citlivostí -160dBm a spotřebou 50mW

Představen systém A-GPS off-line2008 Nejmenší modul na světě AMY s rozměry 6,5x8x1,2mm

Uvedeny na trh moduly LEA a NEO s čipovou sadou u-blox 52009 Nová čipová sada u-blox 6 zlepšuje start a snižuje spotřebu

Převzetí firmy Neonseven umožňuje vstup na trh GSMPředstaven a uveden na trh modul GSM LEON

2010 Uvedeny na trh moduly s čipovou sadou u-blox 6Představen a uveden na trh modul 3G LUCYPředstaven modul GSM s podporou in-band (eCall)U-blox získává patent na úspornou real-time GPS

Historie firmy u-bloxHistorie firmy u-blox

Přehled modulů GPS – doporučené typyPřehled modulů GPS – doporučené typy

Všechny moduly● Citlivost -160dBm● Integrovaný LNA pro pasivní anténu● A-GPS on-line a off-line● SBAS (EGNOS, WAAS...)● UART, DDC (I2C), USB

NEO● Kompaktní modul 12,2×16×2,4mm● ROM; konfigurace v BBR (RAM)

nebo v externí FLASH● KickStart (rychlý start)

• NEO-6Q 2,7 – 3,6V• NEO-6G 1,75 – 2,0V

● Standardní start• NEO-6M 2,7 – 3,6V

LEA● Univerzální modul 17×22×2,4mm● Napájení 2,7 až 3,6V● Podpora aktivní antény

• Ochrana proti zkratu• Indikace odpojení (externě)• Power management

● KickStart• LEA-6S (ROM, konfigurace v BBR)• LEA-6H (FLASH)

• Paměť pro A-GPS off-line (a konfiguraci)• Aktualizace FW → Galileo

● Standardní start• LEA-6A (ROM, konfigurace v BBR)

● Speciální aplikace• LEA-6T

• Timing• Data RAW

• LEA-6R• Inerciální navigace

NEO-6x LEA-6x


Snímek 2


Snímek 3

Přehled modulů GPS – další typyPřehled modulů GPS – další typy

Všechny moduly● Citlivost -160dBm● Integrovaný LNA pro pasivní anténu● A-GPS on-line a off-line● SBAS (EGNOS, WAAS...)● u-blox 5

AMY- 6M● Miniaturní modul 6,5×8×1,2mm LGA50● 1,75 až 2,0V & 2,7 až 3,6V● ROM; konfigurace v BBR (RAM)

nebo v externí FLASH● UART, DDC (I2C), USB● Vyšší náročnost integrace● Mobilní aplikace ve velkých sériích

TIM- 5H● Zpětná kompatibilita s 1“ moduly● Napájení 2,7 až 3,6V● 2x UART● Podpora aktivní antény

• Ochrana proti zkratu• Indikace odpojení (externě)• Power management

● KickStart● Nevhodný pro nové aplikace → LEA-6H

AMY

TIM


Snímek 4

Přehled modulů GPSPřehled modulů GPS

KickStart Standard Timing Inerciální navigace

Miniaturní6,5x8mm

1,75 – 2,00V2,7 – 3,6VPasivní anténaROM

AMY-6M

Kompaktní12,2x16mmPasivní anténaROM

1,75V - 2,00V NEO-6G

2,7 - 3,6V NEO-6Q NEO-6M

Univerzální17x22mmAktivní i pasivní anténa2,7 - 3,6V

FLASHUpgrade FWKonfigurace

LEA-6H LEA-6T LEA-6R

ROM LEA-6S LEA-6A


Snímek 4

Vlastnosti přijímače u-blox 6Vlastnosti přijímače u-blox 6

50 kanálový přijímač

Vyhledávací přijímač Sledovací přijímač32 kanálů, > 2x106 korelátorů 18 kanálů

Velmi rychlý start Navigace, nízká spotřeba GPS GPS EGNOS, WAAS, MSAS, GAGAN EGNOS, WAAS, MSAS, GAGAN

Galileo

Rychlý start Galileo

Velmi rychlý asistovaný start Rychlý asistovaný start GPS: <1s Galileo: <10s


Snímek 5

u-blox 6 - vlastnostiu-blox 6 - vlastnostiPřesnost

● Pozice• <2,5m CEP• <2,0m CEP, SBAS

24 hod., statická poloha, -130dBm● Čas

• RMS 30ns (LEA-6T 15ns)• 99% <60ns

Citlivost● Navigace -160dBm● Studený start KickStart -147dBm

Standard -146dBm

TTFF KickStart Standard● Studený start 28s 32s● Teplý start 28s 32s● Hot start 1s 1s● A-GPS 1s <3sent (PM)

-130dBm, neomezený režim

S – J Z – V Vert.

Výskyt [%]

Vzdálenost od skutečné pozice [m]


Snímek 6

Přesnost a spolehlivost navigacePřesnost a spolehlivost navigace

Vlivy● Stav družic

• NMEA: GBS, GRS• UBX-NAV-SVINFO

● Konstalace viditelných družic• DOP (Dilution of position)

• NMEA: GSA• UBX-NAV-DOP

● Atmosférické vlivy• SBAS (EGNOS, WAAS...)

● Lokální vlivy• Odrazy

• Multipath• Umístění antény


Snímek 7

Stín

Odraz(Multipath)

DOPDOP


Snímek 8

PDOP 1,4 PDOP 4,3 PDOP 12,6Výborné rozložení satelitů

Stále použitelné rozložení satelitů

Satelity jsou skoro v přímce. Typické pro oblasti s vysokou zástavbou

Hodnoty PDOP● 1 Optimální rozložení● 8 Hranice použitelnosti● 30 Může způsobit chybu přes 150m

Typy DOP● PDOP● VDOP, HDOP● TDOP

SBASSBAS


Snímek 9

IonosféraRozdílnézpožděnísignálu

RIMSRIMSRIMSŘídící centrum

a vysílače

Zpoždění signáluOdchylky orbituChyba hodin SVIonosférické podm.Integrita systému

SatelityGPS

SatelitySBAS

Sluneční aktivita

Evropa: EgnosAmerika: WAASJaponsko: MSASIndie: GAGAN

SBAS lze použít jen pro specifikovanou oblast

TTFF u-blox 6 vs. u-blox 5TTFF u-blox 6 vs. u-blox 5

u-blox 5

u-box 5 KickStart

u-blox 6

u-blox 6 KickStart

Signál [dBm]

Typ. Čas [s]


Snímek 10

Provozní režimy a spotřebaProvozní režimy a spotřeba

Nastavení zprávou UBX-RXM● Neomezený režim

• Vyhledávací přijímač je stále v provozu• Data ke všem družicím dostupným dle seznamu

● Režim Eco• Optimalizovaný režim vyhledávacího přijímače• Vyhledávací přijímač je zastaven při první platné pozici

a dostatečném počtu satelitů nebo do 3 min.• Další družice případně vyhledává navigační přijímač

● Úsporný režim (PM)• Aktivní režim řízení spánku• Pozice od 1Hz• Konfigurace zprávou UBX-CFG-PM

Režim PoziceProud [mA] Příkon při navigaci [mW]

Vyhledávání Navigace @ 1,8V @ 3V

Neomezený1Hz

49 42 76 126Eco 48 38 68 114Úsporný (PM) 16 29 48


Snímek 11

Závislost spotřeby na časeZávislost spotřeby na čase

Čas [s]

Proud


Snímek 12

Úsporný režim PMÚsporný režim PM

Redukce průměrné spotřeby během navigace● Periodické vypínání částí nebo celého přijímače

• Doba navigace• Doba vyhledávání satelitů

● Periodické probouzení• Konfigurovatelné od 1s do 12 dnů• Přerušení (EXT_INT0, 1)• UART (UBX-RXM-POSREQ)

● Automatická aktualizace času a navigačních dat

Omezení proudových špiček při vyhledávání satelitů● Nezávisle na nastavení ostatních parametrů● Vhodné pro bateriový provoz● Delší TTFF


Snímek 13

Konfigurace UBX-CFG-PMKonfigurace UBX-CFG-PM

Update Period● Interval aktualizace pozice

Search Period● Interval získání pozice

Gird Period Offset● Posun pro absolutní určení startu● Vztaženo k začátku týdne času GPS (TOW)

On Time● Délka provozu od první pozice

Acq. Timeout● Max. doba pokusu o nalezení satelitů

Aktuální navigační data● Update RTC● Update EPH

Nastavení probouzení pinem EXTINT● EXTINT Selection, EXTINT Forces ON/OFF

Redukce proudových špiček


Snímek 14

Nastavení časů PMNastavení časů PM

AcuisitionTimeout

Platnápozice Time On

Search Period

Update Period– –

–

+

+

+

Vyhledávání satelitů Navigace Spánek


Snímek 15

Spotřeba v režimu PMSpotřeba v režimu PM


Snímek 16

10

1

0,1

[mA]

1s 1min. 1hod. 1denIntervalaktualizace

Požadavek na rychlý start přidá cca 1mA k dlouhodobé spotřeběProud při spánku je 50uAZávislost průměrné spotřeby na intervalu aktualizace pozice

• Nespojitý průběh je způsoben rozdílnou konfigurací vypínání• Průměrnou spotřebu lze ovlivnit nastavením některých hodnot PM

• on-Time, minAcqTime, updateRTC, updateEph atd.

Navigační dataNavigační data

Ephemeris● Pouze vlastní data● Platnost až 4 hodiny● Interval zveřejnění nových dat 1/hod.● Přesnost polohy satelitu cca 2m● Doba získání 18s

Almanac● Data pro všechny družice● Platnost několik týdnů● Interval zveřejnění nových dat 1/den● Přesnost polohy satelitu cca 3km● Dobá získání 6s / 750s

Požadavky na signál● Vyhledání družic a získání dat >30dBhz● Sledování družic (navigace) od 12dBHz

Čas Eph Eph Stat Alm

18s30s


Snímek 17

Reset● Cold

• Smazány Eph, Alm, čas

● Warm• Smazán Eph• Zůstává Alm, čas

● Hot• Zůstává Eph, Alm, čas

A-GPSA-GPS

Zrychlení startu navigace dodáním navigačních datStudený start

● Ideální signál• Získány navigační data

● Nedostatečný signál• Navigační data nelze

získat nebo zdržují start

● Nedostatečný signál A-GPS• Navigační data dodána

službou A-GPS

Nalezensignál

ZískányEphemeridy

Vyhl

edáv

ání

Vyhl

edáv

ání

Vyhl

edáv

ání

Načítání Eph

Načítání Eph

Navigace

Navigace


Snímek 18

Přenos dat A-GPSPřenos dat A-GPS

Globálníreferenční

síť

Serverováinfrastruktura

EphAlmStavČas

Internet

A-GPS

Mobilní síť(GPRS)


Snímek 19

2 řešení A-GPS2 řešení A-GPS

AssistNOW Online AssitNOW Offline

Interval dodání dat při studeném startu dle platnosti dat

Dostupnost dat při startu ze serveru z lokální paměti

Platnost 2 – 4 hod. 1, 3, 5, 7, 10 a 14 dnů

Velikost stažených dat 1 – 3 kB 10kB @ 1den90kB @ 14 dnů

Typ dat Eph, čas, stav, Alm predikovaná data ALPčas z vlastního zdroje

TTFF 1s 5s

Přesnost 2,5m 10 – 50m


Snímek 20

Dostupnost A-GPSDostupnost A-GPS

Free Service● Služba poskytována zdarma● Možná pomalejší odezva nebo

přerušení dostupnosti serveruPremium service

● Zpoplatněný přístup● Dostupnost dle smlouvy o

provozuschopnosti a dostupnosti

Jednoduchá implementaces moduly GSM LEON a 3G LISA

Referenční síť

AssistNOW online (free service)● Po registraci na adrese

[email protected]● Protokol TCP/IP

AssitNOW offline (free service)● Na adrese http://apl.u-blox.com

nebo http://apl.u-blox.com/current_[n]d.alp● Protokol HTTP/1.1● Aktualizace >3/den

Hlavní server

Zrcadlo nebo proxy

Server zákazníka

Přijímač

Přijímač


Snímek 21

mailto:[email protected]

http://apl.u-blox.com/

http://apl.u-blox.com/

Inerciální navigaceInerciální navigace

Modul LEA-6RNavigace v místech bez signálu GPS

● Gyroskopický senzor • Epson XV-8000• ADC Linear Technology LTC1860• Rozhraní SPI

● Rychloměr• I/O pin nebo UART / DDC• Vymezuje využitelnost na automotive

● Teplotní kompenzace• National Semiconductor LM70

● Přesnost• Vzdálenost: 5%• Úhel: 3°/min.

Bez GPS Nedostatečný signál Kvalitní signál

GPS Senzory GPS Senzory GPS Senzory

u-blox SFDR u-blox SFDR u-blox SFDRPozice, rychlost,

Čas z RTCKonstantní výška

Pozice (3D)Rychlost

Čas

Pozice (3D)Rychlost

Čas

Kal

ibra

ce


Snímek 22

Skutečná pozicePozice GPSInerciální navigaceÚhel dopočítaný gyro senzorem

Vzdálenost určená z rychloměru

LEA-6TLEA-6T

Přesný čas● RMS 30ns● 99% <60ns● Kompenzovaný 15ns

• Informaci o chybě lze použít ke kompenzaci chyby vztažené k rozlišení

● Rozlišení 21ns

2 pulzní výstupy● Konfigurovatelné do 10MHz

Čas již s jedním satelitem5 pozic/sData RAW

● Výrobně nastavený dynamický model: Stationary• Max. rychlost 10m/s


Snímek 23

Signál GPSSignál GPS

Úroveň signálu GPS je pod úrovní tepelného šumu● Žádný prostor pro ztráty vlivem nevhodného návrhu

Informace z co nejvíce satelitů● Vhodné umístění antény

Vysoká citlivost na rušení● Ochrana antény a VF obvodu před rušením


Snímek 24

Typy antén – pasivní antényTypy antén – pasivní antény

Keramický patch● Velká směrovost

• Velký zisk• Velké potlačení odražených signálů

Helix● „Všesměrová“

• Vhodné pro osobní přístrojeVícevrstvé keramické antény

● Pro GPS nevhodné

Vyšší náročnost na integraci● Impedanční přizpůsobení● Frekvenční přizpůsobení

• Ladící sady● Potlačení rušení (SAW)● Ochrana před statickou elektřinou

Krátké vzdálenosti (mm)● Mobilní a osobní přijímače

1575MHz

Posun vlivemkrytu

PatchKrytPermitivita ε

r >2

SílaTvarVzdálenost od antény

Uzemění


Snímek 25

Ladící sada 1575 - 1595MHz

Typy antén – aktivní antényTypy antén – aktivní antény

Jednoduchá integraceZpravidla patchIntegrovaný LNA 15 až 25dB

● Vyšší pozornost při výběru antényPřenos signálu na delší vzdálenost (m)Napájení 2,7 až 6V, 5 až 20mAVelká variabilita

● Montáž• Magnetická• Samolepící• Pevná šroubem

● Konektoru• SMA, SMB, MCX...

● Kabel• Délka a typ

Antenna

Low NoiseAmplifier

(LNA)

Coaxial Antenna Cable

Antenna Supply Voltage

GPS Receiver(incomplete)

Active Antenna


Snímek 26

Minimalizace nepříznivých vlivůMinimalizace nepříznivých vlivů

Napájecí napětí● Krátké a dostatečně dimenzované vedení● Dostatečné blokování, eliminace parazitní indukčnosti● Max. zvlnění 50mV

šš

Umístění● Izolace a odstínění VF části od digitální● Žádné datové vedení pod modulem

Uzemění● Robustní s dostatečnou hustotou průchodek

Návrh antény● Impedanční přizpůsobení (program AppCAD)● Dostatečná „protiváha“

Umístění antény● Co nejdále od rušivých zdrojů

• Řídící jednotky• VF komunikace – GSM, UMTS, TETRA... 40 50 60 70 80 90 100 200

4

3

2

1

0

Plocha uzemění [□mm]

Zisk [dBi]

//

Závislost zisku na ploše uzeměnípatch □25mm


Snímek 27

Podpora vývojePodpora vývoje Podrobná technická dokumentace● Katalogové listy● Hardware Integration Manual● Receiver Description and Protocol Specification● Aplikační poznámky● Demo Design

Software● u-center

• Seznámení s moduly u-blox• Analýza modulů• Statistické zpracování dat• Servisní SW• Volně ke stažení na www.u-blox.com

Vývojové sady● EVK-6

• Samostatný GPS● EVK-xx6x

• GPS + GSMTechnické dotazy

● [email protected]


Snímek 28

Výhled - FW7.00Výhled - FW7.00Zlepšená citlivost navigace do -162dBmSnížená spotřeba a zlepšená efektivita PMAssitNOW Autonomus

● Žádné stahování dat z internetu● Predikce Eph na 3 dny (= platnost dat)● Start od 12s● Přesnost od 10m

Map Matching Input● Zlepšení navigace na základě zpětné vazby s mapovým podkladem

RTCM (DGPS)● Konečně!● V 2.3● Data typ 1, 2, 3 a 9

Detekce rušení● 4 úrovně varování

Uvolnění● FW (FLASH): December 2010● Moduly ROM: Jún 2011


Snímek 29

Výhled - ModulyVýhled - Moduly


Snímek 30

PříslušenstvíPříslušenství

Antény● Pasivní patche

• 10x10 až 25x25mm• 1575 až 1595MHz

● Aktivní antény• u-blox ANN-MS

• 2,7 – 6V; 8,5mA typ.• 4 dBic (70x70mm uzemění)• LNA 27dB• Šum 1,8dB typ.• VSWR max. 2,0:1• 48x40x13mm, kabel 5m• SMA, SMB, MCX, FAKRA

• Mexxx• Magnetické, samolepící, pevné• Délka kabelu 3m, 5m, dle požadavku• Konektor SMA, SMB, MCX, dle požadavku


Snímek 31

Konektory● Hranová montáž● SMD● Klasická● SMA, SMB, MCX, dle požadavku

SMA-EM

Přijímač Falcom FSA03Přijímač Falcom FSA03

u-blox UBX-G501050kanálový přijímač-160dBm / -144dBm3,3V; 40mAAnténa Helix Sarantel

● Zisk -3,5dBic● Efektivita

• 360° 23% • 180° 45%

● Úhel 120°● VSWR <2,0:1

51 x 15 x 13,2mm● SMD

-40 .. +85°C


Snímek 32

Documents

Historie firmy u-blox¡ř_GPS.pdfVlastnosti přijímače u-blox 6 50 kanálový přijímač Vyhledávací přijímač Sledovací přijímač 32 kanálů, > 2x106 korelátorů 18 kanálů