CC BY
414
ГЕОС-3: ГЛОНАСС-приемник, разработанный и сделанный в России
В этом году компания КБ "ГеоСтар навигация11 начинает массовое производство в России нового ГЛОНАСС/ОРЗ/ЗВАЗ-приемника ГеоС-3, который построенн на базе микросхем, разработанных российскими инженерами. Успешный опыт применения его предшественника ГеоС-1 и высокие технические параметры ГеоС-3 вызывают большой интерес к новому модулю всех игроков рынка навигации. В статье дан обзор основных характеристик ГеоС-3 и описаны новые возможности модуля.
Иван Григорьев,
ivan.grig@inbox.ru
Компания КБ "ГеоСтар навигация", разработчик и производитель ГеоС-3, уже успела отметиться на российском рынке. В 2011 г. компания продала рекордное количество ГЛОНАСС-модулей, что позволило ей занять 70% российского рынка. За 2011 г. компания "ГеоСтар навигация" произвела и реализовала в общей сложности 150 тысяч совмещенных навигационных модулей ГЛОНАСС/ОРБ разных типов (рис. 1). Основным потребителем продукции компании являются производители оборудования для транспортной телематики. На этот же рынок нацелен и новый модуль ГеоС-3, который был разработан в России. Успехи "ГеоСтар" директор компании Анаталий Коркуш объясняет, прежде всего, техническими характеристиками выпускаемых модулей. "Ответ на данный вопрос мог бы занять несколько страниц убористого текста, — говорит он, — кроме различных параметров и критериев — габаритов, ЇЇРР, потребляемой мощности, цены, поддерживаемых систем (А-ОЫББ, О-ОЫББ), помехоустойчивости, серийности, — есть еще протоколы испытаний, параллельные теаы и многое другое. Производство наших модулей расположено в России — у контрактного производителя ПК "Альтоника", расположенного в Зеленограде. По нашему мнению,
это лучшая и самая современная производственная площадка". ГеоС-3 производится по технологии 1 30 нм, что позволило значительно снизить энергопотребление. Новый модуль заметно дешевле своего предшественника — цена Геос-3 для конечных оптовых заказчиков лежит в диапазоне от 15 до 28 долл. ГеоС-3 выпускается в новом малогабаритном формфакторе для монтажа на печатную плату без применения разъемов (SMD-компонент). Несмотря на то, что модуль предназначен для монтажа на автоматизированных рабочих линиях, его 38 контактных площадок имеют достаточно широкий шаг, что позволяет использовать также и ручную пайку
Технические характеристики ГеоС-3
ГеоС-3 (рис. 2) является навигационным приемником нового поколения, который определяет координаты по сигналам спутников ГЛОНАСС и GPS. Дополнительно новый модуль может использовать сигналы спутниковой системы дифференциальной коррекции (SBAS) для повышения точности определения местоположения. Приемник следит за сигналами двух спутниковых группировок одновременно, при расчете данных местоопределения используются все спутники). Данный принцип позволяет повысить точность определения, при этом пропадание сигналов одной из группировки, например GPS, приемнику не страшны — в этом случае приемник будет обрабатывать данные
Рйс. 2. ГеоС-3 ГЛОНАСС/GPS/SBAS приемник
только от спутниковой группировки ГЛОНАСС. Использование сигналов двух спутниковых группировок позволяет быстрее и точнее определить координаты объекта в тех местах, где это невозможно сделать при использовании только одной из систем. При желании, приемник можно перевести в режим "Только ГЛОНАСС" или "Только GPS", однако практического смы1сла это не имеет. Для расчета координат выбираются спутники, обеспечивающие наилучше качество навигационного решения.
В зависимости от наличия альманаха, времени, данных местоположения и интервала времени, в течение которого приемник находился в выключенном состоянии, приемник автоматически стартует в холодном, теплом или горячем старте. Холодный старт подразумевает отсутствие в приемнике достоверных альманахов, эфемерид, времени и данных местоположения. По времени холодный старт — самый продолжительный. Теплый старт подразумевает, что приемник имеет альманахи, известно его местоположение и время. Горячий старт подразумевает наличие альманахов, данных местоположения, времени, а также эфемерид, поэтому приемник тратит в этом старте наименьшее количество времени.
Встроенный 32-канальный аппаратный коррелятор с машиной быстрого поиска сигналов ГЛОНАСС/GPS обеспечивает получение навигационного решения всего лишь за 28 секунд в режиме "холодного" старта, что является одним из лучших показателей для ГЛОНАСС-модулей.
Режимы пониженного энергопотребления
Интересной особенностью нового модуля являются два новых энергосберегающих режима. В режиме "RELAXED FIX®" ("расслабленный, неторопливый") модуль осуществляет выдачу координат с темпом, ниже стандартного варианта "один раз в секунду". Данный режим позволяет снизить потребляемую мощность в тех приложениях, где нет необходимости выдавать координаты раз в секунду. Например, в автомобильных устройствах слежения передача данных на центральный сервер при движении по прямой происходит обычно один раз в 30 секунд (зависит от настройки системы|), а при стоянке один раз в несколько минут. "RELAXED FIX®" — это режим самостоятельной прореженной выдачи координат, где происходит автоматическое чередование состояний модуля: "активен"/"сон". Контролировать состояние модуля в этом режиме возможно с помощью линии PD_ACK и специальных пакетов на интерфейсе RS232. Режим "RELAXED FIX®" позволяет в разы1 снизить средний ток потребления, например, при соотношении времени "активная работа"/"сон" 1:10 ток потребления упадет до 10мА, в то время как при полной активности ток потребления достигает 59 мА При использовании данного режима следует учитывать следующую особенность — сигналы! спутников должны1 быть среднего и высокого уровня, так как при периодическом включении происходит некоторое ухудшение точности и чувствительности.
Еще один режим пониженного энергопотребления называется "FIX-BY-REQUEST®" и предназначен для выдачи координат по запросу от хост-системы. Состояниями "акти-вен"/"сон" здесь управляет хост-процессор, однако модуль самостоятельно включается, если время "сна" превысило 15 минут. Во время пробуждения ГеоС-3 уточняет актуальность и набор данных эфемерид, а затем вновь "засыпает". Этот режим устанавливается и настраивается через последовательный порт, а текущее управление доступно как через RS232, так и с помощью линии PD. Модуль индицирует о своем состоянии "активен"/"сон" через линию PD_ACK и с помощью специальных пакетов по RS232. Режим "FIX-BY-REQUEST®" обеспечивает значительный выигрыш — существенное снижение потребления составляет более 10 раз. Режим имеет смысл использовать в тех приборах, где определение координат необходимо получать от случая к случаю, но данные местоопределения должны быть получены! сразу (горячий старт) после запроса.
Режимы повышенной точности
В автономном режиме точность определения координат составляет 2,5 м, что является типичным значением для большинства GPS/ ГЛОНАСС-приемников. Стандартная точность в приемнике ГеоС-3 может быть повышена при использовании дифференциального режима. ГеоС-3 способен принимать дифференциальные поправки в стандарте RTCM SC104 v2.3, которые должныI формироваться стационарной станцией, расположенной не далее 100...150 км от точки измерения. Поправки позволяют скомпенсировать ошибки распространения радиосигналов в ионосфере, что приводит к повышению точности до 1,5 м. Поправки подаются на второй последовательный порт приемника. В автомобильных навигационных устройствах для получения поправок, как правило, используется GPRS-соединение.
Для облегчения захвата спутников в условиях слабых сигналов спутников в ГеоС-3 предусмотрена технология Assisted GNSS, которая позволяет приемнику загрузить вспомогательную информацию и стартовать в условиях плохого приема, даже если уровень сигнала ниже, чем чувствительность в режиме поиска. В приемник загружается объем данных размером около 2 кБайт, включающий примерные координаты положения, альманах, списки видимых спутников и т.д. Для реализации режима Assisted GNSS в конечном устройстве должен присутствовать канала доступа к Assisted данным, например GSM-сеть, Wi-Fi или Ethernet.
Конструкция и подключение
Для минимизации потребляемой энергии рекомендуется максимально снижать напряжение питания. Внутреннее вычислительное ядро ГеоС-3 имеет низковольтное питание 1,8 В, в то время как порты ввода вывода могут работать как от 1,8, так и от 3,3 В. Благодаря этому можно эффективно управлять энергопотреблением и, в то же время, подключать модуль к микроконтроллеру с разным питающим напряжением. Рекомендуемая схема подключения ГеоС-3 к внешнему микроконтроллеру приведена на рис. 3. Как видно из схемы, приемник не требует никаких внешних компонентов, если питание микроконтроллера равно 1,8 В. В случае 3-вольтового питания необходим внешний стабилизатор напряжения 1,8 В (рис. 4).
Резервная батарея нужна для сохранения в памяти модуля набор данных для последующего быстрого старта. Применение внешней батареи не является обязательным, при ее отсутствии ГеоС-3 будет запускаться в режиме холодного старта.
Г батарея
1 ■
1 11 38 1 1 34 3 1 і ] 2
ГеоС-3
Ііщр
іПїіШі
т
РИс. 3. Подключение [еоС-3 к микроконтроллеру1,8 В
Для использования модуля в устройствах временной синхронизации ГеоС-3 формирует выходную секундную метку времени (1 PPS). Начало импульса синхронизировано с всемирным координированным временем (UTC) с точностью до десятков наносекунд. Параметры1 временной метки (длительность, полярность, сдвиг) могут конфигурироваться пользователем.
Навигационные данные выдаются в виде стандартных NMEA-строк, которые можно получать по любому из двух имеющихся UART. По умолчанию NMEA-данные идут по линиям TX1/RX1, но последовательные порты могут быть сконфигурированы! для работы1 с любыми
Рйс. 4. Подключение ГеоС-3 к микроконтроллеру 3,3 В
типами данных. NMEA протокол поддерживает семь стандартных выходных сообщений: GGA/GNS, GLL, GSA, GSV, RMC, VTG, ZDA и ряд специальных входных сообщений. Выходные сообщения могут формироваться как в соответствии со стандартом NMEA 0183 у3.х, так и у2х. Бинарный протокол предоставляет пользователю расширенный набор выходных данных, включая "сырую" измерительную информацию, альманахи и эфемериды!. Кроме того, через него производится формирование установок, запросов на выдачу данных, команд управления, а также обновление встроенного ПО приемника. Протокол включает в себя как входные, так и выходные сообщения. Управление приемником производится только по бинарному протоколу.
Высокая чувствительность модуля позволяет ГеоС-3 работать с пассивными антеннами. Разумеется, располагаться такая антенна должна на минимальном расстоянии от модуля (единицы! сантиметров). При использовании активной антенны ее напряжения питания формируется внутри модуля, причем для этого используется напряжение (1,8...3,6 В) подаваемое на вывод V_ANT. Вывод ON/OFF не только отключает модуль, но и прекращает подачу напряжения на активную антенну, что вполне разумно с точки зрения снижения общего энерго-
потребления системы!. Если сигнал ON/OFF не используется, этот вывод может быть оставлен неподключенным или соединен с питанием (портов). Активная антенна должна обеспечивать дополнительное усиление в диапазоне 10.30 дБ. Дополнительное усиление определяется как усиление антенны минус потери в антенном кабеле. Потери в кабеле зависят от его типа и длины. В общем случае, чем толще кабель, тем меньшее удельное затухание и, соответственно, потери он имеет.
Индикатор состояния модуля можно соединить со светодиодом, который будет показывать текущее состояние модуля — находится ли он в состоянии поиска или выдает валидные данные.
Отладочные средства
Для демонстрации работы приемника разработана Отладочная плата (рис. 5) и специальное программное обеспечение для ОС WINDOWS. Отладочная плата осуществляет подсоединение приемника к внешнему оборудованию (антенне, источнику питания, СОМ портам ПК). Для тестирования модулей предназначена как Отладочная плата, так и бесплатная программа GeosDemo у.3.хх (дистрибутив и инструкцию к ПО можно скачать с сайта производителя по ссылке hltp://geostar-nayigation.com)/
РИс. 5. Отладочный комплект ГеоС-3
которая позволяет отображать большое количество навигационных данных — расположение спутников, уровни сигналов, скорость, курс, состояние приемника и показывать местоположение модуля на картах Google, если компьютер подключен к Интернет. Через систему меню можно менять настройки приемника и записывать их в энергонезависимую память. Специальные команды! позволяют задавать различные начальные условия работы, имитируя разные типы1 стартов: холодный, теплый, горячий. Можно записывать на ПК всю выходную информацию приемника, например, в формате NMEA или в виде бинарных данных для последующего анализа. Служебные операции включают загрузку/ выфузку альманаха и эфемерид. С помощью программы GeosDemo можно также обновить внутреннее программное обеспечение (firmware) модуля.
Q, GeoSDemo v3.0l (FYV v3.200_2012.03J6; УІЧ; N/A) Ш
Файл Свяіь Чтение m файла Установки Запросы Команды Окна Яаык Помощь
иге 19.03.12 07:35:30.0 Каналы 1 Сообщения | Карта |
широта Долгота S-F
Э7,7289265ВЕ 14 + + 4 9, 4 64,7 SO, 3 4
Высота, м 190,2 Z 32 - + €3,5 263, Э 52,1
14,2 Т + 26, 7 47,7
4 5_ 19 + + 10,б 202, і 42,0
HDOP/VDOP 0,8/0,9 1 + + ее, S 264,2
6 110(-7} + + 27,9 30,5 11,1111111 42, В E ,
1? < 4) t + 46, Э 243,3 ІМЛИ $з,в та'
в 9 + 10,0 + «о, в
Курс» ° 181 21-4) + 250. 5 ІГГІІІВІЙИ 5s, і
Время работы, с 1557 47.1
КА в слежении 22 ШтШ 1? 17 ♦ + 21,1 31», £ II Iff 40,0 2
+ 54,7 <3,9 н: !im S3, 4
КА в решении 1 1 JJJ
ішійіїї 5Ї,7 -4- "Ы-М
: • • і-Лї @ \ие 16 Б 16> + 77,7 40, В
NNW 17 + + 13.4 1ЭЗ. 3 47, 7 ; b 4 4 j j 2 2 11 11 2 2 3 * 5
XV, '.V- - 18 Долгота, h
ш 19 го га +
NWW / III liiinj 55, 7
21 + 15,2 а 1Э<
Ф Ж 'Ь ■ ©@ ІЕ ІИІП 35,2
Г "(І © » * 13.8 “ 17
24 0 SO 100 150 200 250 300
- і 25 Время, с
V '> 1 • •. / SEE ■a
SvwwX^ т гъ ЛІ
•
ад -не видны GUI 31 6 0 50 100 150 200 250 3t
КА -ие видны GPS ш| Время, с
— Port *0: BIN/COM 11/57600 — Pori #Ii NMEA/COMl/l15200 — APyGPS - АРУ aN - Анте« — PLL 19Л3.201211:35-27
Рис. 6. Программа GeosDemo
Разводка печатной платы
Модуль ГеоС-3 не предъявляет повышенных требований к разводке печатной платы, однако при трассировке внешних цепей модуля на печатной плате необходимо учитывать следующее:
1. Посадочное место включает 38 контактных площадок, распределенных по трем сторонам Торцевые контаюы (16 по 23) не используются при штатной эксплуатации модуля (ЛАС для встроенного процессора). Их можно не разводить на печатной плате.
2. Сигнал от антенны! необходимо подводить к контакту 36 (АЫТ) модуля с помощью согласованной линии с волновым сопротивлением максимально приближенным к 50 Ом. Желательно делать эту линию максимально короткой и избегать ее резких изломов.
3. Земляные контактные площадки вокруг антенного входа 34, 35, 37 и 38 должны! быть соединены! с цепью "земля" печатной платы! линиями минимальной длины!. Если в районе этих выводов земляной слой находится на обеих
сторонах необходимо расположить переходные соединительные отверстия максимально часто.
4. Любые сигнальные "шумящие" линии должны быть отодвинуты от антенного входа (контакт 36) как можно дальше.
5. Под платой модуля нельзя вести какие-либо сигналы, особенно высокочастотные и тактовые.
Заключение
ГеоС-3 является приемником гражданского назначения и предназначен для широкого спектра устройств — от персонального трекера до систем точной временной синхронизации. Приемник отличается высокой чувствительностью и повышенной скоростью определения координат. Малые габариты модуля в сочетании с низкой потребляемой мощностью позволяют с успехом применять ГеоС-3 в аппаратуре различных телематических систем, требующих использования спутниковой группировки ГЛОНАСС.
GEOS-3: GLONASS receiver, designed and made in Russia
Ivan Grigoriev Abstract
This year, KB "GeoStar Navigation" begins mass production of the new GLONASS / GPS / SBAS-receiver GeoS-3 in Russia, which is based on chips developed by Russian engineers. Successful experience of its predecessor GeoS-1 and high technical parameters GeoS-3 are of great interest to the new module of all market players navigate. The paper reviews the main characteristics of GeoS-3 and describes the new features of the module.
Frost & Sullivan: Автомобильные HMI решения призваны улучшить взаимодействие водителя с автомобилем
Для решения проблемы отвлекаемости водителя автопроизводители обратились к технологии мультимодальных HMI-решений. Главные задачи, которые необходимо решить, это расстановка правильных информационных приоритетов и сокращение нагрузки на водителя.
Согласно результатам нового аналитического исследования Frost & Sullivan "Стратегический анализ европейского и североамериканского рынка HMI панелей", к 2017 г. в Европе 16 млн. автомобилей будут оборудованы базовым голосовым интерфейсом, 6,9 млн. — продвинутым голосовым интерфейсом, а 0,9 млн. — многофункциональными переключателями. При этом в Северной Америке базовый голосовой интерфейс будет интегрирован в 13,6 млн. автомобилей, продвинутый — в 6,8 млн., а многофункциональные переключатели — в 0,9 млн.
Интеграция разнообразных пользовательских интерфейсов, обеспечивающих комфорт и безопасность водителя, в настоящее время одна из перспективных и динамично развивающихся тенденций. Мультимодальные HMI-решения помогут уменьшить сложность информационных систем автомобиля, сконцентрировав внимание на потребительских предпочтениях.
"Производители и поставщики оборудования постоянно работают над расстановкой приоритетов информации, поступающей из информационно-развлекательных систем и смартфонов, чтобы минимизировать отвлекаемость водителя и повысить уровень безопасности", — отмечает Кришна Джаяраман, аналитик Frost & Sullivan. — "Основная цель разработки HMI-решений заключается в упрощении взаимодействия водителя с автомобилем, поэтому производители оборудования активно ищут оптимальное решение этой проблемы, предоставляя одинаковое стилистическое решение для разных HMI-панелей в своих продуктовых линейках, чтобы минимизировать отвлекаемость и повысить скорость обучения водителя".
Большинство функциональных технологических решений в автомобиле, требуют предоставления водителю большого объема информации. В частности, это и вызывает проблему невнимательного вождения и увеличивает риск дорожнотранспортных происшествий. Поэтому эффективное управление информационными потоками является серьезным вызовом для производителей.
"Информацию необходимо разделять на несколько различных дисплеев
внутри автомобиля, информационные панели должны быть эргономично разме-щены|", — говорит Кришна Джаяраман, аналитик Frost & Sullivan.
Разработка пользовательского интерфейса который будет простым, удобным, менее отвлекающим и доступным является основным вызовом для производителей. Расположение пользовательского интерфейса и тип информации о ситуации на дороге — это главные вопросы, которые необходимо решить, для создания эффективного HMI-решения.
HIM-решения должны! прежде всего помогать водителю при движении. Наличие резервных интерфейсов обеспечит отказоустойчивую работу, даже в случае неполадки в одном из интерфейсов всегда найдутся другие, которые возьмут на себя его функции.
Управление панелью HMI в машине должно быть максимально простым и обеспечивать комфорт при вождении. Поэтому производителям оборудования необходимо предлагать именно те решения, к которым привыкли потребители. Это сократит продолжительность обучения и поможет водителям в полном объеме использовать новый функционал устройства, потому как оно базируется на уже знакомом интерфейсе.
"Стратегический анализ европейского и североамериканского рынка HMI-панелей" является частью партнерской программы развития в отрасли автомобильной и транспортной промышленности, и включает в себя исследования по следующим рынкам: "Системный анализ европейских и североамериканских автомобильных приложений и услуг"; "Стратегический анализ европейского рынка бюджетных навигационных систем". Все исследования, включенные в пользовательскую подписку, предоставляют детальный анализ рыночных возможностей и отраслевых тенденций посредством проведения детальных интервью с участниками рынка.
Если вы заинтересованы в получении более подробной информации по данной теме, отправьте электронное сообщение Юлии Никишкиной, специалисту отдела по связям с общественностью Frost & Sullivan по адресу: julia.nikishkina@>frostcom. В сообщении укажите, пожалуйста, Ваше имя, фамилию, название компании и контактную информацию.
