Что такое модуль GNSS?

Что такое модуль GNSS?

Модуль GNSS (глобальная навигационная спутниковая система) — это модуль, который использует сигналы со спутников для получения позиционной информации и других данных.

Он относится к GPS США, ГЛОНАСС России, Galileo ЕС, спутниковой системе позиционирования BeiDou Китая и QZSS Японии, которые являются репрезентативными системами для определения позиционной информации.

Используя сигналы, отправленные с различных спутниковых систем, можно измерять позиционную информацию с более высокой точностью.

Применение модулей GNSS

Модули GNSS используются для измерения местоположения транспортного средства, скорости и направления движения, а также для получения информации о местоположении для картографических функций на смартфонах. Другие приложения включают планшеты, умные часы, ноутбуки, медицинские приложения, умное сельское хозяйство, точное местоположение, умные поезда, робототехнику, автономные транспортные средства, промышленную автоматизацию, логистику и отслеживание активов, дроны, сельскохозяйственную технику и тяжелое строительное оборудование.

При выборе модуля GNSS следует учитывать размер и стоимость модуля, а также размер сигнала, принимаемого антенной и обрабатываемого. Другие соображения включают ударопрочность при падении для смартфонов и планшетных ПК, а также прочность на нагрев и вибрацию для модулей GNSS для автомобильных приложений.

Принцип работы модулей GNSS

Информация о местоположении и времени, отправленная с нескольких спутников, принимается приемником сигнала. Расстояние между спутником и GNSS определяется по полученному времени, времени передачи сигнала и скорости, с которой распространяется сигнал.

С другой стороны, сигналы, передаваемые спутниками, часто слабы, и различные препятствия, шум окружающей среды и помехи в среде приема могут мешать приему сигнала, что затрудняет определение точной информации о местоположении. Поэтому существуют продукты, которые реализуют расширенную обработку сигнала для определения точной информации о местоположении.

Структура модулей GNSS

Компоненты модуля GNSS включают приемник, малошумящий усилитель и приемник GNSS. Слабые сигналы, излучаемые спутниками, принимаются приемником сигнала и усиливаются малошумящим усилителем.

Усиленные сигналы обрабатываются приемником GNSS для расчета информации о местоположении. Затем информация о местоположении отправляется на устройство, подключенное к модулю GNSS, для использования в приложениях, основанных на местоположении.

Другая информация о модуле GNSS

1. Основные источники ошибок модулей GNSS

Хотя модули GNSS могут обеспечивать высококачественные измерения местоположения, улавливая сигналы со спутников, ошибки могут возникать из-за таких факторов, как орбита спутника, часы спутника, ионосферная задержка, тропосферная задержка, приемник (антенна), многолучевое распространение и т. д. Причины ошибок, вызванных каждым фактором, описаны ниже:

Фактор орбиты спутника
Расчеты позиционирования выполняются путем получения данных эфемерид (данных об орбите спутника) и данных альманаха (истории орбиты спутника) со спутников. Данные эфемерид обновляются каждые два часа, а данные альманаха — каждые шесть дней. Поэтому в периоды, когда и те, и другие данные не обновляются, местоположение необходимо оценивать на основе самых последних данных, что может привести к ошибкам.

Коэффициент часов спутника
Данные со спутников содержат информацию о часах спутника. Между передачей информации о часах спутника со спутника и ее получением приемником существует задержка.

Коэффициент ионосферной задержки
Ионосфера — это область между 50 и 1000 км над поверхностью Земли, где солнечная активность вызывает изменения в типе и плотности газов. Когда радиоволны со спутников проходят через ионосферу, рефракция света вызывает задержку скорости передачи.

Фактор задержки в тропосфере
Тропосфера — это область между землей и 11 км над землей. Когда радиоволны со спутников проходят через тропосферу, как в ионосфере, рефракция света вызывает задержку скорости передачи.

Фактор приемника (антенны)
После того, как спутниковая информация получена антенной, на ошибку могут влиять различные факторы, такие как задержки в кабеле, цепи и радио, а также скорость операций расчета позиционирования и скорость доступа к памяти.

Фактор многолучевости
Многолучевое распространение относится к радиоволнам, которые отражаются от отражающих объектов и, таким образом, задерживаются позади непосредственно падающих радиоволн. В случае радиоволн со спутников бывают случаи, когда выход многолучевых радиоволн больше, чем выход прямо падающих радиоволн. В этом случае расчет позиционирования может быть выполнен с использованием многолучевых данных с более высоким выходом.

2. Метод позиционирования модуля GNSS

Методы позиционирования модуля GNSS можно в целом разделить на два типа: одиночное позиционирование и относительное позиционирование.

Независимое позиционирование
При автономном позиционировании сигналы от четырех или более спутников принимаются одним приемником для выполнения позиционирования. Точность позиционирования с одним спутником ограничена 10–20 метрами из-за ошибок коэффициента часов спутника.

Относительное позиционирование
Относительное позиционирование выполняет одновременное независимое позиционирование в опорной точке, для которой требуются точные координаты, и в точке, подлежащей измерению. В этом случае используется информация от нескольких приемников, что обеспечивает более высокое качество позиционирования, чем при автономном позиционировании.