GPS приемник gps-803-dndf на базе микросхем SiRFstar II и антенна компании Zippy Technology Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Компоненты и технологии, № 2'2003

GPS приемник GPS-803-DNDF

на базе микросхем SiRFstar II и антенна компании ZIPPY TECHNOLOGY

Компоненты

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, топография на местности — вот неполный список областей применения системы GPS.

Сергей Зайцев

semicond@pitm.ru

Зта 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-произво-дителей. 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 хотя 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;

• C/A-код (Clear Acquisition — легкая распознаваемость);

• точность определения:

-местоположения — 5-25 м;

- скорости — 0,1 м/с;

-времени — 1 мкс;

-Q-

Компоненты и технологии, № 2'2003

Компоненты

• 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 36x24x8,2 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 <CR><LF>.

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 ЫМЕД

$СРССЛ. 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.

щт 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

$GPGGA hhmmss.ss 1111.11 H yyyyy.yy И 0 H 0 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 1 1111.11 1 a yyyyy.yy 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.

Ш 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

$GPGSA A И xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx x.x x.x x.x *hh

1 — Режим: М — ручной, принудительно включен 20- или 30-режим,

А — автоматический, разрешено автоматически выбирать 20- или 30-режим.

2 — Режим:

1 — Местоположение не определено;

2 — 20;

3 — 30.

3-14 — Р1?Ы-номера спутников, использованных при решении задачи определения местоположения (нули для неиспользованных спутников).

15 — Фактор Р00Р.

16 — Фактор Н00Р

17 — Фактор У00Р.

18 — Контрольная сумма строки.

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

е

Компоненты и технологии, № 2'2003 Компоненты

$ОРв8У. 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 0 0 0 xxx xx 0 0 xxx xx 0 0 xxx xx 0 0 xxx xx

1 — Полное число сообщений, от 1 до 9.

2 — Номер сообщения, от 1 до 9.

3 — Полное число видимых спутников.

4 — РкЫ-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:

$0РС8У,3,1,12,02,86,172„09,62,237„22,39,109„27,37,301,*7Л $вРКМС. Сообщение содержит данные о местоположении, времени и дате определения координат, скорости, направлении движения и магнитном склонении.

1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

$GPRMC hhmmss.ss 0 1111.11 О yyyyy.yy 0 03 x.x ddmmyy x.x a *hh

1 — Гринвичское время на момент определения местоположения.

2 — Статус: А — данные верны, V — данные не верны.

3 — Географическая широта местоположения.

4 — Север/Юг (Ы/Б).

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:

$0РР.МС,225446,А,4916.45,Ы,12311.12^,000.5,054.7Л91194,020.3,Е*68 $ОР7БЛ. Сообщение содержит информацию о времени, календарном дне, месяце, годе и локальном часовом поясе.

1 2 3 4 5 6 7

I $GPZDA I 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 — 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:

$0РУТв,360.0,Т,348.7,М,000.0,Ы,000.0,К*43