Jak pokonać ograniczenia GNSS?
Obecnie na rynku coraz więcej urządzeń korzysta z precyzyjnego pozycjonowania, takich jak współdzielone skutery czy zrobotyzowane kosiarki. Te rozwiązania stają się coraz popularniejsze, zarówno wśród użytkowników prywatnych, jak i na rynkach przemysłowych. Według prognoz firmy badawczej IoT Analytics, liczba połączonych urządzeń będzie dynamicznie rosnąć, osiągając 27 miliardów do 2025 roku. Rozwiązania oparte na precyzyjnym pozycjonowaniu stają się coraz bardziej powszechne i znaczące dla różnych sektorów gospodarki.
Gdzie dokładnie widzimy GNSS na rynku IoT? Często nie zdajemy sobie sprawy, dla ilu obszarów jest to podstawowy element działania. Wykorzystanie precyzyjnego pozycjonowania może obejmować na przykład monitorowanie zwierząt, samochodów, rowerów oraz biegaczy podczas dłuższych wydarzeń na większych obszarach. Zebrane w ten sposób dane mogą zapewnić zarówno trenerom jak i widzom dokładne informacje na żywo, min. w celu zwiększenia wydajności, poprawy metod treningowych czy atrakcyjności widowiska . Drony konsumenckie i prosumenckie polegają na dokładnej lokalizacji w celu umożliwienia złożonych działań, takich jak tworzenie dronowych pokazów świetlnych.
Dlaczego sam GNSS nie wystarczy
Chociaż GNSS okazał się cenną technologią pozycjonowania, ma on pewne cechy, które ograniczają jego skuteczność w niektórych scenariuszach. Zasadniczo GNSS musi być w stanie "widzieć" niebo, aby móc odbierać bezpośredni sygnał z satelitów. W rzeczywistości dostęp do bezpośredniego sygnału nie zawsze jest możliwy i nie można polegać na nim jako jedynym rozwiązaniu zapewniającym urządzeniu dokładną lokalizację przez cały czas. Głównymi wyzwaniami utrudniającymi uzyskanie wysokiej dokładności i niezawodnego pozycjonowania przy użyciu GNSS są błąd sygnału, odbicia sygnału i blokada sygnału.
Błąd sygnału. Ze względu na charakter GNSS, bezpośrednie sygnały z satelitów będą obarczone błędami wynikającymi ze sprzętu satelitarnego, atmosfery i urządzenia użytkownika. Na otwartej przestrzeni błędy te będą prowadzić do kilku metrów błędu pozycjonowania.
Odbicia sygnału. W środowiskach miejskich często występują odbicia sygnału ze względu na obecność struktur, takich jak budynki i ściany. Odbicia te stwarzają wyzwania, takie jak powstawanie wielu ścieżek i problemy związane z brakiem widoczności (NLOS). Problemy wielościeżkowe pojawiają się, gdy do odbiornika dociera zarówno sygnał bezpośredni, jak i odbity, podczas gdy problemy NLOS występują, gdy rejestrowany jest tylko sygnał odbity. Problemy te znacznie pogarszają dokładność systemów pozycjonowania, powodując potencjalne błędy, które mogą przekraczać 50 metrów w trudnych warunkach.
Blokada sygnału. Moc sygnału z satelity jest tak słaba, jak żarówka widziana z kosmosu. Przeszkody, takie jak betonowe ściany i metal, mogą łatwo osłabić sygnał przed dalszą transmisją. Użytkownik doświadczy "braku pozycji", gdy większość sygnałów zostanie zablokowana.
Pokonywanie ograniczeń GNSS
Istnieją trzy skuteczne metody radzenia sobie z tymi wyzwaniami: wielozakresowy GNSS, pozycjonowanie RTK i Dead Reckoning (DR).
Wielopasmowy GNSS: aby złagodzić szkodliwe skutki wielu ścieżek, wielopasmowy GNSS wykorzystuje wiele pasm częstotliwości, zazwyczaj łącząc ogólne sygnały L1 (GPS L1, Galileo E1, GLONASS G1 i BDS B1) i zmodernizowane sygnały L5 (GPS L5, Galileo E5a i BDS B2a). Uzasadnieniem tego podejścia jest odmienna charakterystyka różnych pasm częstotliwości. Chociaż niniejszy artykuł koncentruje się na pasmach L1 i L5, istnieją inne pasma, takie jak L2. Pasmo L1 jest podatne na zakłócenia wielościeżkowe, podczas gdy pasmo L5 wykazuje lepsze możliwości łagodzenia zakłóceń wielościeżkowych. Integrując oba sygnały, wielopasmowy system GNSS może skutecznie rozróżniać sygnały bezpośrednie i odbite, zwiększając dokładność wyników pozycjonowania. Oprócz zalet wynikających z charakterystyki sygnału L5, wdrożenie sygnałów wielopasmowych może również pomóc złagodzić niekorzystny wpływ zakłóceń jonosferycznych na dokładność pozycjonowania.
RTK to technika zaprojektowana w celu przeciwdziałania błędom sygnału w pozycjonowaniu GNSS. Wykorzystuje ona pobliską stację referencyjną o znanych współrzędnych lub sieć stacji referencyjnych (znaną również jako Network RTK) do dostarczania danych korekcyjnych w czasie rzeczywistym za pośrednictwem nośnika (komórkowego, radiowego lub satelitarnego). Podstawową zasadą RTK jest wykorzystanie techniki różnicowej fazy nośnej do kompensacji typowych błędów satelitów i atmosfery przy użyciu danych korekcyjnych. Takie podejście znacznie poprawia dokładność GNSS do poziomu centymetra lub decymetra w otwartych lub półotwartych środowiskach.
Dead Reckoning (Śledzenie na ślepo) to technika, która zapewnia ciągłe pozycjonowanie nawet przy braku sygnałów GNSS. Opiera się ona na czujnikach wewnętrznych (takich jak akcelerometry i żyroskopy) oraz czujnikach zewnętrznych (takich jak odometry lub impulsy prędkości), aby oszacować ruch pojazdu na podstawie jego pozycji początkowej i późniejszych zmian prędkości, orientacji i pozycji.
Podstawową zasadą DR jest to, że nawet w sytuacjach, w których sygnały GNSS są osłabione lub bezużyteczne z powodu odbić lub blokad, ruch pojazdu może być nadal śledzony poprzez integrację danych z tych czujników w czasie. Chociaż DR nie zapewnia absolutnego pozycjonowania, może wypełnić luki w sygnale GNSS i zaoferować wiarygodne szacunki pozycjonowania, co czyni go cennym w scenariuszach, w których często występują odbicia sygnału lub krótkie przerwy w sygnale.
Rozwiązanie
Wielozakresowe technologie GNSS, RTK i DR przez długi czas były dostępne tylko dla branży motoryzacyjnej i sektorów sektora przemysłowego. W przypadku zastosowań masowych, przeszkodą jest nie tylko sama technologia, ale także rozmiar, zużycie energii i co najważniejsze, koszt. Quectel oferuje kompleksowe rozwiązania dla rynku masowego precyzyjnego pozycjonowania, w tym wielopasmowe, RTK, moduły GNSS z obsługą DR i dobrze skalibrowane precyzyjne anteny spełniające wszystkie potrzeby rynku. Seria modułów GNSS Quectel LC29H została zaprojektowana, aby spełnić wymagania masowego rynku konsumenckiego i zapewnia wysoką precyzję, niewielkie rozmiary i niskie koszty urządzenia. Moduły mają równoważną dokładność jak moduły zaprojektowane dla rozwiązań przemysłowych i motoryzacyjnych, ale osiągają o 70% mniejsze zużycie energii i umożliwiają tworzenie rozwiązań o 50% mniejszych. Aby osiągnąć wysoką precyzję w urządzeniu, kluczowy jest wybór anteny o precyzyjnych parametrach. Quectel oferuje kompleksową gamę anten zaprojektowanych specjalnie do precyzyjnego pozycjonowania. Anteny te zapewniają optymalny wzór wzmocnienia, niski współczynnik osiowy współczynnik osiowy i minimalne PCV (zmienność centrum fazy) i PCO (przesunięcie środka fazy). Ponadto Quectel zapewnia dodatkowe usługi, takie jak przegląd projektu anteny i testowanie, gwarantując optymalną wydajność urządzenia.
Jeśli jesteś zainteresowany, zapraszamy do sprawdzenia naszej oferty wysoko-precyzyjnych modułów GNSS!
