Teseo LIV3F - nowe spojrzenie na nawigację

W pracach nad przygotowaniem wersji LIV3F uczestniczyli specjaliści z obszaru elektroniki motoryzacyjnej i przemysłowej. Wynikiem wspólnych prac jest odbiornik sygnałów nawigacyjnych z wielu konstelacji satelitów, łączący w jednym produkcie wysoką dokładność, szybkość działania i dostępu do danych o pozycji z niskim poborze mocy.

Atutem modułu jest też łatwość integracji w aplikacji użytkownika, dzięki czemu nie trzeba mieć kompetencji z zakresu obwodów w.cz., aby tworzyć rozwiązania takie jak systemy monitoringu w transporcie, drony, systemy antykradzieżowe, lokalizatory zwierząt i podobne.

Moduł został umieszczony w 18-pinowej obudowie LLC o wymiarach 10,1×9,7 mm. Poza odbiornikiem sygnałów nawigacyjnych zawiera układ zarządzania zasilaniem, interfejsy komunikacyjne UART i I²C (oba wspierają protokół NMEA), pamięć Flash, wysokostabilny oscylator TXCO 26 MHz oraz zegar czasu rzeczywistego z rezonatorem 32 kHz (RTC).

Razem z modułem producent dostarcza kod procedur w języku C ułatwiający integrację modułu z mikrokontrolerami z rodziny STM32 oraz tworzenie aplikacji z logowaniem danych, obliczaniem przebytej odległości lub obsługą zdarzeń wywoływanych w momencie przekroczenia umownej granicy (geofencing).

Parametry

Moduł Teseo LIV3F charakteryzuje się dużą czułością. W trybie śledzenia jest to -163 dBm i dokładnością pozycjonowania (CEP - Circular Error Probability) rzędu 1,5 metra. Pobór mocy podczas śledzenia satelitów wynosi 75 mW, a w trybie standby tylko 17 μW. Wyznaczanie pozycji odbywa się w oparciu na konstelacji satelitów GPS, Glonass, Galileo i Bei Dou, a w obszarze Pacyfiku także z użyciem quasi-stacjonarnych satelitów Zenith (QZSS).

Moduł wspiera tryby wyznaczania pozycji w trybie Assist, a więc autonomiczny tryb ST Assisted GPS (STAGPS) i Server-Based Assisted-GNSS z darmowym dostępem do danych efemerydalnych, jeśli satelity są niedostępne dla zapewnienia krótkiego czasu wyznaczenia pierwszej pozycji TTFF (Time To First Fix). Czas zimnego startu TTFF w zależności od widocznej liczby konstelacji satelitów waha się od ok. 25 do 35 sekund. Czas gorącego startu to 1,5-2,5 s.

Funkcjonalność

Rys. 1. Schemat blokowy Teseo-LIV3F

Zapewniono również wsparcie dla standaryzowanych systemów zwiększenia dokładności, w tym amerykańskiej, europejskich, japońskich/południowo-wschodnioazjatyckich i indyjskich satelitarnych systemów wspomagania (SBAS) oraz radiowej technicznej komisji ds. usług morskich (RTCM) oraz różnicowego GPS.

Zakres temperatur pracy moduły wynosi -40...+85ºC, a napięcie zasilania może wynosić od 2,1 do 4,3 V, co pozwala na zasilanie z jednego ogniwa litowo-jonowego bez konieczności użycia dodatkowych konwerterów, niemniej w aplikacjach mobilnych producent zaleca korzystanie z jak najniższej wartości napięcia zasilającego, tj. 2,1 V, co pozwala na uzyskanie maksymalnej efektywności energetycznej.

Oprogramowanie firmware modułu może być aktualizowane za pomocą dostarczanej przez producenta aplikacji Teseo-Suite Light na komputer PC.

Dla konstruktorów przygotowano zestaw ewaluacyjny EVB-LIV3F z mikrokontrolerem i pamięcią Flash, pozwala on na zasilanie z USB i ma wbudowaną ładowarkę, LED-y i przyciski.

Logowanie danych może być realizowane przez moduł automatycznie. Dane o pozycji są zapisywane zgodnie z ustalonym interwałem w pamięci Flash i po zakończeniu pracy przesyłane w całości do hosta. Bufor w pamięci może mieć organizację cykliczną, gdzie stare dane po zapełnieniu są zapisywane nowymi. Poza pozycją i czasem pomiaru można zaprogramować rejestrację wysokości, dystansu, prędkości poruszania się a nawet jakości odbieranego sygnału satelitarnego.

Funkcja umownej granicy geograficznej (Geofencing) powoduje, że moduł automatycznie wysyła do hosta informację o tym, że moduł zbliżył się, przekroczył lub opuścił zdefiniowany obszar o kolistym kształcie. Możliwe jest zdefiniowanie do 8 takich obszarów.

Teseo-LIV3F realizuje też automatycznie funkcję wyznaczania przebytego dystansu (Odometer). Jest ona obliczana od resetu lub programowej aktywacji. Przekroczenie ustalonej wartości może być sygnalizowane alarmem. Jest też funkcja Positioning Sensor, która emuluje na wyjściu I²C dane analogiczne jak dla akcelerometru bez konieczności obróbki całego strumienia informacji.

Moduł współpracuje z zewnętrzną anteną pasywną lub aktywną. W tym pierwszym przypadku konieczne jest jej podłączenie z wykorzystaniem specjalizowanego wzmacniacza LNA do aplikacji nawigacyjnych takiego jak BGA824N6 oraz filtru SAW. Moduł Teseo ma wyprowadzoną linię sterującą zasilaniem wzmacniacza antenowego, co pozwala na wyłączanie tego układu w czasie braku aktywności.

Assisted GNSS

Rys. 2. Zestaw ewaluacyjny EVB-LIV3F

Odbiorniki sygnałów satelitarnych, aby mogły wyznaczyć pozycję, potrzebują danych z co najmniej 4 satelitów. Informacje na temat konstelacji satelitów (dane eferymedalne) są użyteczne przez ok. 4 h dla systemu GPS i 30 min dla Glonass. Po tym okresie odbiornik musi pobrać nowe. Ich zgromadzenie zajmuje od dziesiątek sekund do kilkunastu minut i zawierają one informacje na temat lokalizacji satelitów (bieżącej i prognozowanej przyszłej).

Niemniej, gdy odbierany sygnał jest niestabilny może się to nie udać. Z pomocą przychodzi tutaj funkcja Assisted GNSS, która dostarcza danych efemeryd z innego źródła danych niż sygnał satelitarny, np. z Internetu. Funkcja ta przyspiesza też ustalenie lokalizacji po raz pierwszy, bo nie trzeba czekać na pobranie danych.

Teseo-LIV3F wspiera trzy rodzaje Assisted GNSS. Pierwszy to funkcja software’owa ST Assisted GPS (STAGPS) wspierająca pracę odbiornika GNSS, która na bazie wielu danych historycznych zgromadzonych w pamięci odbiornika estymuje przyszłe lokalizacje satelitów i w efekcie przyspiesza cykl pobrania danych do ok. 30 s.

Jej efektywność jest zależna od częstotliwości używania odbiornika. Użytkownik może aktywować i wyłączyć jej działanie programowo. Druga funkcja to Predictive AGNSS, która może być użyta w systemach z dostępem do sieci. Wówczas dane mogą być pobrane z serwera. Użyty protokół ma małe wymagania co do transferu i wystarczy pobrać 8 KB danych.

Dla wykorzystującej je funkcji STAGPS wystarczają one na dwa tygodnie. Trzecia funkcja Assisted GNSS Teseo LIV3F to podwójny tryb pozwalający przełączać się płynnie między 14-dniowymi prognozami z serwera a 5-dniowymi prognozami pobranymi drogą radiową w zależności od stopnia wykorzystywania modułu przez użytkownika.

Jest to użyteczne rozwiązanie, gdy połączenie z serwerem nie jest wydajne lub tylko okresowe. Poza opisanymi jest jeszcze RealTime AGPS, gdy istnieje możliwość ciągłego pobierania danych bez limitów i monitorowania pozycji satelitów w czasie rzeczywistym.