Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2003 №2

GPS приемник GPS-803-DNDF на базе микросхем SiRFstar 2 и антенна компании ZIPPY TECHNOLOGY

Зайцев Сергей


Технология GPS не нова и ее история насчитывает уже более двух десятков лет, однако только в последнее время она стала так активно входить в нашу повседневную жизнь, что теперь ею может воспользоваться буквально каждый. Навигация в море, в небе и на суше, позиционирование грузовых перевозок, охранные системы, геологоразведка, тепография на местности - вот неполный список областей применения системы GPS.

Эта система состоит из трех сегментов — космического, управляющего и пользовательского. К первому относятся 26 спутников (21 основной и 5 запасных), запущенных по шести различным орбитам таким образом, чтобы из любой точки земной поверхности были видны от четырех до двенадцати таких спутников. В управляющий спутниками сегмент GPS входят 5 контрольных центров, дислоцированных на американских военных базах. И нетрудно догадаться, что к пользовательскому сегменту относятся сотни тысяч персональных GPS-приемников, которые продаются в виде автономных устройств или встраиваемых модулей.

Сегодня на российском рынке представлено множество GPS-приемников различных фирм-производителей. Однако определяющим в выборе является отношение «цена — качество ». Наиболее оптимальным в этом отношении является встраиваемый модуль компании ZIPPY Technology, разработанный на базе микросхем SiRFstar II.

В нем реализованы запатентованные алгоритмы: SnapLock — захват спутника за десятую долю секунды (вместо 2 –3 секунд) после выхода из перекрытой области; SingleSat — прогнозирование местоположения приемника, когда виден хот бы один спутник; Dual Multipath — игнорирование паразитных сигналов, образованных отражением основного сигнала от высотных зданий, скал и других поверхностей, которое замедляет его попадание на приемник и вносит распределенную случайным образом довольно значительную погрешность; FoliageLoc — алгоритм, позволяющий принимать очень ослабленный сигнал. Реализующие последний алгоритм GPS-приемники принимают сигнал на 20 дБ ниже типичного уровня в –160 дБ, который может быть распознан обычным приемником. Режим DGPS дает возможность повысить точность определения местоположения, используя координаты от двух GPS-приемников. Один — рабочий, второй — эталонный (стационарно установленный в месте, координаты которого измерены с высокой точностью). Оба пеленгуют GPS-спутники в один и тот же промежуток времени, что дает возможность вычислить поправку и довести точность до 1 метра.

Реализована поддержка WAAS и EGNOS, а также оптимальный режим энергопотребления (Advanced Trickle Power Mode), когда электроника приемника «засыпает » на 800 мс из каждой секунды, а за оставшиеся 200 мс выполняется поиск спутников, прием данных и вычисления.

Внутри GPS-приемника установлен процессор ARM7TDMI с 1 MB EDO DRAM на кристалле, который обеспечивает высокую производительность при низком энергопотреблении. Отличительной особенностью GPS-приемника компании ZIPPY Technology являются два формата выходных данных: SiRF binary и NMEA-0183. GPS-антенна входит в комплект поставки.

Технические характеристики GPS-модуля

  • 12 параллельно отслеживаемых каналов;
  • центральная частота L1 — 1575,42 МГц;
  • С/A-код (Clear Acquisition — легкая распознаваемость);
  • точность определения:
    • местоположения — 5 –25 м;
    • скорости — 0,1 м//с;
    • времени — 1 мкс;
  • система координат — WGS--84 (Мировая Геодезическая Система 1984 г.);
  • получение координат:
    • холодный старт — 45 с;
    • теплый старт — 38 с;
    • горячий старт — 8 с;
  • динамический режим определения:
    • высоты — 18 000 м макс.;
    • скорости — 515 м//с макс.;
    • ускорения — 4g макс.;
    • изменения ускорения — 20 м//с3;
    • напряжение питания +3,3 В ±10;
    • ток потребления 170 мА;
  • последовательный порт:
    • интерфейс — два последовательных дуплексных канала связи, TTL;
    • протокол — SiRF binary и NMEA-0183 (версия 2.20);
  • формат выходных данных:
    • SiRF binary — местоположение, скорость, высота, статус и контроль;
    • NMEA — CGA, GLL, GSA, GSV, RMC, ZDA и VTG;
    • DGPS-протокол — RTSM SC--104 (версия 2.00)тип 1,5 и 9;
  • система 1PPS:
    • TTL-уровень;
    • длительность импульса — 100 мс;
    • опорный сигнал — положительный фронт импульса;
    • синхронизируется по GPS-секунде с точностью 1 мкс;
  • температура:
    • работы –40...+85 °С;
    • хранения –55...+100 °С;
  • размер 36 .24 .8,2 мм;
  • вес 7 г;
  • антенный разъем MMCX.

Технические характеристики GPS-антенны

  • Частотный диапазон: 1575,42 3 МГц.
  • КСВН: 1,5 макс.
  • Полоса частот: 10 МГц мин.
  • Волновое сопротивление: 50 Ом.
  • Максимальное усиление: 4 dBic мин.
  • Усиление не менее –4 dBic в рабочей зоне –90 °...90 °.
  • Коммутируемая мощность: 1 Вт.
  • Поляризация: круговая правая (RHCP).
  • Коэффициент усиления: 27 дБ (без кабеля).
  • Коэффициент шума: 1,5 дБ.
  • Фильтрация: –30 dB (±100 МГц).
  • Постоянное напряжение: 3 –5 В.
  • Ток потребления: 12 мА макс.
  • Рабочая температура: –40...+85 °С.
  • Относительная влажность: 95%~100%.
  • 100% водонепроницаемый.
  • Вес: 115 г макс.(с кабелем).
  • Размер: 50x50x17 мм.
  • Кабель: RG174 (длинной 5 метров).
  • Разъем: MMCX.
  • Держатель на магнитном основании.
  • Цвет: черный.

Описание протокола NMEA-0183

NMEA — это формат передачи сообщений между корабельными приборами. Он включает в себя систему сообщений для обмена информацией между навигационными GPS-приемниками и потребителями навигационной информации. Все команды и сообщения передаются в текстовом ASCII-виде. Относящиеся к GPS-приемнику начинаются с $GP, в конце строки сообщения должны быть символы . В последнем поле сообщения может быть указана контрольная сумма текущего сообщения, начинающаяся с разделителя *. Контрольная сумма всех символов сообщения, включая пробелы, расположенных между разделителями $и *, не включая последних. Шестнадцатеричный результат переводится в два ASCII-символа (0-9, A-F).

Содержание некоторых сообщений протокола NMEA

$GPGGA. Сообщение содержит данные о местоположении, времени определения местоположения, качестве данных, количестве использованных спутников, фактор ухудшения точности плановых координат, информацию о дифференциальных поправках и их возраст.

  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
$GPGGA hhmmss.ss 1111.11 a yyyyy.yy a x xx x.x xxx M x.x M x.x xxxx *hh
  1. — Гринвичское время на момент определения местоположения.
  2. — Географическая широта местоположения.
  3. — Север//Юг (N/S).
  4. — Географическая долгота местоположения.
  5. — Запад//Восток (E/W).
  6. — Индикатор качества GPS сигнала:
    0 — Определение местоположения не возможно или не верно;
    1 — GPS режим обычной точности, возможно определение местоположения;
    2 — Дифференциальный GPS режим, точность обычная, возможно определение местоположения;
    3— GPS режим прецизионной точности,возможно определение местоположения.
  7. — Количество используемых спутников (00 12, может отличаться от числа видимых).
  8. — Фактор ухудшения точности плановых координат ((HDOP).
  9. — Высота антенны приемника над уровнем моря.
  10. — Единица измерения высоты расположения антенны, метры.
  11. — Геоидальное различие — различие между земным эллипсоидом WGS 84 и уровнем моря (геоидом), «–» — уровень моря ниже эллипсоида.
  12. — Единица измерения различия, метры.
  13. — Возраст дифференциальных данных GPS — время в секундах с момента последнего обновления SC104 типа 1 или 9, заполнено нулями, если дифференциальный режим не используется.
  14. — Идентификатор станции, передающей дифференциальные поправки, ID, 0000 1023. Эти поправки может принять любой желающий, но чтобы ими воспользоваться, необходимо иметь соответствующий приемник с названием BoB (Beacon on a Belt) в дополнение к стандартному.
  15. — Контрольная сумма строки.

Пример сообщения: $GPGGA, 004241.47, 5532.8492, N, 03729.0987, E, 1, 04, 2.0, -0015,M,,,,*31

$GPGLL. Сообщение содержит данные о географической широте, долготе и времени определения координат.

  1 2 3 4 5 6 7
$GPGLL 1111.11 a ууууy.уу a hhmmss.ss A *hh
  1. — Географическая широта местоположения.
  2. — Север//Юг (N/S).
  3. — Географическая долгота местоположения.
  4. — Запад//Восток (E/W).
  5. — Гринвичское время на момент определения местоположения.
  6. — Статус: A — данные верны, V — данные не верны.
  7. — Контрольная сумма строки.

Пример сообщения: $GPGLL, 5532.8492, N, 03729.0987, E, 004241.469, A*33

$GPGSA. В этом сообщении отображается режим работы GPS-приемника, параметры спутников, используемых при решении навигационной задачи, результаты которой отображены в сообщении $GPGGA, и значения факторов точности определения координат.

  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
$GPGSA A x xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx x.x x.x x.x *hh
    1 — Режим: M — ручной, принудительно включен 2D или 3D режим,
    A — автоматический, разрешено автоматически выбирать 2D или 3D режим.
    2 — Режим:
    1 — Местоположение не определено;
    2 — 2D;
    3 — 3D.
    3 –14 — PRN номера спутников, использованных при решении задачи определения местоположения (нули для неиспользованных спутников).
    15 — Фактор PDOP.
    16 — Фактор HDOP.
    17 — Фактор VDOP.
    18 — Контрольная сумма строки.

Пример сообщения: $GPGSA, A, 3,01, 02, 03, 04,,,,,,,,,2.0, 2.0, 2.0*34

$GPGSV. В сообщении указывается количество видимых спутников, их номера, возвышение, азимут и значение отношения «сигнал — шум » для каждого из них.

  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
$GPGSV x x xx xx xx xxx xx xx xx xxx xx xx xx xxx xx xx xx xxx xx *hh
  1. — Полное число сообщений, от 1 до 9.
  2. — Номер сообщения, от 1 до 9.
  3. — Полное число видимых спутников.
  4. — PRN номер спутника.
  5. — Высота, градусы,(90 ° максимум).
  6. — Азимут истинный, градусы, от 000 ° до 359 °.
  7. — Отношение «сигнал — шум » от 00 до 99 дБ, ноль — нет сигнала.
    8 –11 — Тоже, что в 4 –7 для второго спутника.
    12 –15 — Тоже, что в 4 –7 для третьего спутника.
    16 –19 — Тоже, что в 4 –7 для четвертого спутника.
    20 — Контрольная сумма строки.

Пример сообщения: $GPGSV, 3, 1, 12, 02, 86, 172,, 09, 62, 237,, 22, 39, 109,, 27, 37, 301, *7A

$GPRMC. Сообщение содержит данные о местоположении, времени и дате определения координат, скорости, направлении движения и магнитном склонении.

  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
$GPRMC hhmmss.ss A 1111.11 a yyyyy.yy a x.x x.x ddmmyy x.x a *hh
  1. — Гринвичское время на момент определения местоположения.
  2. — Статус: A — данные верны, V —данные не верны.
  3. — Географическая широта местоположения.
  4. — Север//Юг (N/S).
  5. — Географическая долгота местоположения.
  6. — Запад//Восток (E/W).
  7. — Скорость в узлах.
  8. — Направление движения в градусах.
  9. — Дата на момент определения местоположения.
  10. — Магнитное склонение в градусах.
  11. — Магнитное склонение на Запад//Восток (E/W).
  12. — Контрольная сумма строки.

Пример сообщения: $GPRMC, 225446, A, 4916.45, N, 12311.12, W, 000.5, 054.7, 191194, 020.3, E*68

$GPZDA.Сообщение содержит информацию о времени, календарном дне, месяце, годе и локальном часовом поясе.

  1 2 3 4 5 6 7
$GPZDA hhmmss.s xx xx xxxx xx xx *hh
  1. — Гринвичское время на момент определения местоположения.
  2. — День (от 01до 31).
  3. — Месяц (от 01 до 12).
  4. — Год.
  5. — Часовой пояс, смещение от GMT, от 00 до ±13 часов.
  6. — Часовой пояс, смещение от GMT, минуты.
  7. — Контрольная сумма строки.

Пример сообщения: $GPZDA, 172809, 12, 07, 1996, 00, 00*45

$GPVTG. Сообщение содержит информацию о направлении и скорости движения.

  1 2 3 4 5 6 7 8 9
$GPVTG x.x T x.x M s.ss N s.ss K *hh
  1. — Направление движения в градусах.
  2. — Относительно Северного полюса.
  3. — Направление движения в градусах (может не использоваться).
  4. — Относительно северного магнитного полюса (может не использоваться).
  5. — Скорость.
  6. — Единица измерения скорости, узлы.
  7. — Скорость.
  8. — Единица измерения скорости, км/ч.
  9. — Контрольная сумма строки.

Пример сообщения: $GPVTG, 360.0, T, 348.7, M,000.0, N, 000.0, K*43

Статьи в журнале «Беспроводные технологии» по тематике GPS модули, технологии


Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке