Многосистемный приемник ГЛОНАСС/GPS/GALILEO ML8088s. Краткий обзор


PDF версия

В 2012 г. на рынке ГЛОНАСС ожидается появление нескольких новых модулей разных производителей. Компания «Навиа» представила новый модуль ML8088s, построенный на базе решений ST Microelectronics. Новинка имеет отличные технические характеристики и работает при очень низких температурах (–50°С), чем пока не может похвастаться ни один другой производитель. Применение одночипового решения повышает надежность модуля за счет уменьшения количества точек пайки и числа используемых компонентов. Производство модуля осуществляется на российских предприятиях, что по праву позволяет писать в документации «Сделано в России». В статье дан краткий обзор нового модуля и доступных средств разработки.

ML8088s. Общая информация

ГЛОНАСС-модуль «Навиа» ML8088s (см. рис. 1) построен на базе новейшей микросхемы компании STMicroelectronics (чипсет STA8088F). ML8088s предназначен для вычисления текущих координат и скорости в реальном масштабе времени, формирования сигнала PPS и обмена с внешним оборудованием по интерфейсам UART и USB. Приемник имеет 2 канала для захвата и 32 канала для сопровождения спутниковых сигналов, что позволяет осуществлять одновременный захват спутниковых сигналов группировок ГЛОНАСС и GPS/GALILEO. Встроенные средства подавления помех позволяют приемнику работать в условиях сложной помеховой обстановки. В ML8088s реализован механизм первичного поиска спутниковых сигналов на основе предварительно сохраненной и специально подготовленной информации о спутниковой группировке, что позволяет успешно стартовать даже в условиях слабых сигналов от спутников. Специальная информация может быть получена извне (например, через GSM-канал) либо подготовлена приемником самостоятельно. В последнем случае не требуется какой-либо дополнительной информации от внешних источников. Приемник имеет размеры всего лишь 13,0 × 15,0 мм и является на сегодняшний день самым малогабаритным многосистемным модулем. Кроме малых габаритов, отличительными особенностями модуля является высокая чувствительность (–160 дБм), одно стандартное питание (+3,3 В), низкое потребление (35 мА) и малое время холодного старта (35 с). Технические характеристики модуля ML8088s приведены в таблице 1. Форм-фактор приемника ML8088s совместим с модулем EB-500 компании Transystem.

 

Рис. 1. ГЛОНАСС-модуль ML8088s

 

Таблица 1. Сравнение режимов «только GPS» и «ГЛОНАСС + GPS»

GPS

ГЛОНАСС + GPS

Видимые спутники

4.4

7.8

Нет фиксации координат

380 мин

Никогда

HDOP

5,3

2,1

Error

X м

(X ∙ 0,4)

 

Использование сигналов нескольких спутниковых группировок имеет значительное преимущество при позиционировании в условиях ограниченной видимости неба, что является типичной ситуацией в современных мегаполисах. Построенный на базе того же чипсета, что и ML8088s, многосистемный приемник тестировался в Лондоне, Токио и Техасе [1]. Испытания показали, что использование сигналов ГЛОНАСС для решения навигационной задачи обеспечивает значительное увеличение как количества успешных местоопределений, так и повышения их качества (выше точность). В таблице 2 приведены результаты моделирования работы приемника в режимах «только GPS» и «ГЛОНАСС + GPS». Симулировалась работа приемника в течение 24 ч в центре Милана при числе видимых спутников от 4.4 (GPS) до 7.8 (ГЛОНАСС + GPS).

 

Таблица 2. Технические характеристики ML8088s

Характеристики

Значение

Частотный диапазон

L1

Обрабатываемые сигналы

GPS L1 (C/A) + ГЛОНАСС (ПТ-код)

Частотный диапазон GPS, МГц

1575,42 ±0,5

Частотный диапазон ГЛОНАСС, МГц

1597,5…1605,9

Количество каналов сопровождения

32

Количество каналов захвата

2

Динамика, не более

1g/с (скорость изменения ускорения)

Максимальная высота, м

18000

Ускорение, не более

3 g

Максимальная скорость, м/с

515

Погрешность определения координат (при доверительной вероятности 0,67), не более, м

3 в плане
4 по высоте

Погрешность определения плановой скорости (при доверительной вероятности 0,67), не более, м/с

0,05

Погрешность синхронизации секундной сетки времени (при доверительной вероятности 0,67) к шкалам времени GPS, ГЛОНАСС, UTC, TC(SU), не более, нс

±20

Прогнозирование спутниковой обстановки, суток

7 – внешний источник данных

Объем передаваемых данных от внешнего источника прогнозирования спутниковой обстановки, Кбайт

2

Вычислительное ядро

ARM946, 208 МГц

Интерфейс обмена

UART 3,3В LVCMOS, USB

Выход секундной метки времени

1 PPS (программируемый)

Среднее время до первого местооопределения, с (при уровне сигнала –130 дБм)

35 (холодный старт)
34 (теплый старт)
4 (горячий старт)
1 (повторный захват)

Чувствительность по обнаружению, дБм, не хуже

–145 (холодный старт)
–145 (теплый старт)
–155 (горячий старт)

Чувствительность по слежению, дБм

–160 (в статике)
–157 (в динамике)
–153 (в динамике, ошибка не более 30 м)

Система подавления помех

3-уровневая

Основное напряжение питания, В

3,0…3,6

Резервное напряжение питания

2,0…3,6

Ток потребления по цепи 3,3 В, типовой, мА

Поиск 55 (GPS), 75 (ГЛОНАСС+GPS),
Слежение 35 (GPS), 55 (ГЛОНАСС+GPS)

Потребляемая мощность, не более, Вт

0,3

Ток потребления от резервной батареи, типовой, мкА

50

Размеры

15×13×2,8

Масса, г, не более

2

Диапазон рабочих температур, °С

–50…85

 

ML8088s. Схема подключения

Приемник ML8088s не требует для своей работы никаких дополнительных компонентов. Схема подключения (см. рис. 2) предельно проста. В качестве необходимой обвязки выступают лишь фильтрующие конденсаторы по питанию, которые желательно расположить в непосредственной близости от выводов модуля V_IN (13) и V_RTC (12). Приемник может эксплуатироваться и без внешней резервной батареи, однако это приведет к увеличению времени старта при повторных включениях, т.к. при отключении основного питания сбрасываются внутренние часы. Как пассивная, так и активная антенна может подключаться к модулю напрямую, т.е. цепи питания антенны уже встроены во внутреннюю схему приемника. Цепь питания активной антенны защищена самовосстанавливающимся предохранителем с током срабатывания 100 мА. Проводник, соединяющий вывод 21 приемника и антенну, должен быть выполнен в виде микрополосковой линии с волновым сопротивлением 50 Ом. Сигнал GNSS status можно подключить к светодиоду для индикации внутреннего состояния. Сигнал GNSS status имеет размах 1,8 В, поэтому для подключения светодиода рекомендуется использовать дополнительный ключ (см. рис. 3). Сигнал GNSS status постоянно удерживается в состоянии «лог.0» в отсутствие успешного решения навигационной задачи. В противном случае сигнал раз в 2 с меняет свое состояние с «лог.0» на «лог.1» и обратно. Навигационные данные поступают на порт UART1, они включают в себя стандартные NMEA-сообщения и служебные сообщения ST. Рекомендуется подключать к хост-системе обе сигнальные линии UART1 (т.е. RX и TX), т.к. в этом случае можно изменять настройки приемника. Настройка скорости обмена, выбор группировок спутников, участвующих в решении навигационной задачи, и прочие установки выполняются при помощи подачи в модуль специальных NMEA-сообщений через UART1. Последовательный порт UART0 является служебным и, в зависимости от программных установок модуля, предназначен для передачи в приемник информации о дифференциальных поправках, получения NMEA-сообщений, загрузки информации о спутниковой обстановке и др. Сигнал секундной метки времени (PPS) присутствует на выводе 3. Данный сигнал является настраиваемым — можно регулировать ширину импульса (частота его неизменна и равна 1 Гц), положение относительно UTC-секунды (используется для учета задержек в длинном кабеле) и полярность. Выводы модуля, обозначенные как NC (not connected — «неподключенные») не должны иметь электрического контакта как между собой, так и с любыми цепями и элементами устройства, в котором используется приемник.

 

Рис. 2. Типовая схема подключения ML8088s

Рис. 3. Подключение светодиода к выводу GNSS status

 

$PSTMSBAS,1,0,124,24,199,00*18

$PSTMSBASMCH,0,124,24,199,00*43

$PSTMSBASMCH,1,0,0,,,,*42

$GPRMC,193621.000,A,5540.365,N,03734.384,E,0.1,0.0,300312,0.0,W*7E

$GPGGA,193621.000,5540.36482,N,03734.38360,E,1,13,0.9,217.47,M,14.5,M,,*6C

$GPVTG,0.0,T,,M,0.1,N,0.2,K*63

$GNGSA,A,3,25,12,32,14,04,17,20,,,,,,1.6,0.9,1.3*20

$GNGSA,A,3,88,69,78,77,70,86,,,,,,,1.6,0.9,1.3*29

$GPGSV,3,1,11,02,30,148,25,04,41,108,21,09,53,188,,12,71,281,54*7A

$GPGSV,3,2,11,14,25,307,39,17,22,058,49,20,08,029,40,25,27,281,49*73

$GPGSV,3,3,11,27,40,174,27,32,06,003,42,24,00,000,46,,,,*49

$GLGSV,2,1,08,76,22,146,,78,46,317,49,70,14,026,45,86,40,045,42*63

$GLGSV,2,2,08,77,76,173,24,69,13,335,46,88,26,216,27,87,79,184,*6D

Выдаваемые NMEA-строки

 

 

ML8088s. Средства разработки

Разработчики навигационной аппаратуры, планирующие установить модули «Навиа» в изделиях, могут воспользоваться отладочной платой (см. рис. 4). Демонстрационная плата предназначена для знакомства с техническими возможностями модуля. Она позволяет подключить приемник к персональному компьютеру для изучения информационных посылок, отправляемых приемником при работе. Основными особенностями использования этой демонстрационной платы являются отключаемое питание приемника от шины USB и возможность подключения батареи в любое время, что обычно не реализуется в конечном устройстве. В то же время эти возможности позволяют ознакомиться с некоторыми ограничениями на временные диаграммы сигналов, накладываемые приемником. Коммутатор сигналов приемника ML8088s позволяет раздельно отключить отдельные или все сигналы от демонстрационной платы. Это позволяет проверить приемник ML8088s в устройстве пользователя без его пайки на плату, что позволяет начать работы по интеграции приемника в изделие пользователя на раннем этапе работ. Возможность подключения или отключения батареи в любое время позволяет ознакомиться с особенностями цепи батарейного питания и, естественно, учесть в разработке эти особенности.

 

Рис. 4. Отладочная плата ML8088s

Для работы с отладочной платой можно воспользоваться очень удобной программой NAVIA VIEWER (предварительно необходимо установить NET Framework 4.0). Программа читает и анализирует выходные NMEA-строки (см. врезку) и отображает следующие данные: номера видимых спутников; силу сигнала видимых спутников; номера спутников, участвующих в принятии решения (выделяются цветом: зеленые — ГЛОНАСС, красные — GPS); текущие координаты, скорость, курс и высота; фактор ухудшения точности (PDOP, HDOP, VDOP); признак успешности решения навигационной задачи «Данные валидны». Кроме отображения выдаваемых приемником навигационных данных программа позволяет конфигурировать многие параметры модуля, в т.ч. записывать во встроенную флэш-память модуля новую прошивку (firmware). Интересной особенностью программы является возможность производить некоторые тесты в автоматическом режиме. Например, с помощью меню «Измерения/TTF» измеряется среднее время заданного типа старта (холодный–теплый–горячий) за определенное число попыток. Подобный функционал автор не встречал ни в одной программе конкурирующих производителей. Единственное, что хочется пожелать разработчикам данного ПО, так это добавить возможность отображения местоположения на картах Google.

ML8088s. Субъективные впечатления

Для того чтобы попробовать новый модуль «на пальцах», он был смонтирован на небольшой макетной плате и подключен к ПК с помощью переходника UART/USB (см. рис. 5). Приемник действительно имеет высокую чувствительность, сравнимую с лучшими представителями GPS-модулей. Впечатляюще выглядит число видимых спутников: как правило, одновременно число GPS-спутников достигает 8–12, а ГЛОНАСС-спутников — 6–9 (см. рис.6).

 

Рис. 5. Испытание приемника

Рис. 6. Видимые спутники

Измеренный ток потребления оказался несколько выше заявленного в документации. При этом он снижался незначительно при переключении из многосистемного (GPS + ГЛОНАСС) в односистемный режим (только GPS или только ГЛОНАСС). Возможной причиной является не совсем корректная схема измерения — использовался обычный цифровой тестер (не True RMS), включенный в разрыв линии питания (показания прибора постоянно «прыгали»). Результаты измерения можно увидеть в таблице 3, где указан измеренный ток потребления вместе с активной антенной (18 мА). Хорошо заметно снижение тока потребления при переходе модуля из режима захвата в режим слежения, однако уменьшение потребляемого тока происходит не в момент получения координат (FIX), а несколькими секундами позже. В целом, модуль ML8088s оставил положительные впечатления, начиная от хорошо написанной русскоязычной документации и удобного ПО и заканчивая простой схемой подключения и отличными техническими параметрами.

 

Таблица 3. Ток потребления в различных режимах с активной антенной

Режим

Поиск

Слежение

ГЛОНАСС + GPS

120…130 мА

79…85 мА

Только GPS

107…125 мА

76…81 мА

Только ГЛОНАСС

115…125

75…79 мА

 

Литература
1. Philip Mattos. Consumer GPS/GLONASS Accuracy and Avail­abi­lity Trials of a One-Chip Receiver in Obstructed Environments. GPS World. December 1. 2011.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *