La plataforma GNSS corta la energía, es el momento de la primera corrección

U-blox presentó el M10, su última plataforma GNSS (Global Navigation Satellite System) para aplicaciones de posicionamiento de bajo consumo. Diseñado completamente en casa, el U-blox M10 se adapta a una amplia gama de aplicaciones, como relojes deportivos, rastreadores para mercancías y etiquetas para ganado, todo en un factor de forma pequeño y con una duración de batería muy larga.

El M10 está equipado con la tecnología Super-S de la empresa, que ayuda a filtrar el ruido y distinguir las señales de posicionamiento. El dispositivo puede adquirir datos simultáneamente de hasta cuatro constelaciones GNSS incluso en entornos inhóspitos, como cañones urbanos. Los rascacielos bloquean la línea de visión entre los satélites y los receptores, lo que dificulta enormemente que los receptores GNSS se fijen en las señales emitidas por los satélites en órbita durante el tiempo suficiente para ubicarse continuamente. Aumentar la cantidad de satélites puede marcar una diferencia significativa.

En un EE Times Entrevista, Bernd Heidtmann, gerente de posicionamiento de producto en U-blox AG, destacó cómo el M10 está diseñado para consumir 12 mW en modo de seguimiento continuo, una reducción de aproximadamente 5 veces sobre la tecnología anterior de la empresa matriz (M8).

“La tecnología Super-S optimiza el consumo de energía y la precisión con señales débiles o antenas pequeñas. El corto tiempo hasta el primer arreglo (TTFF) garantiza un bajo consumo de energía y la función de compensación de señal débil mejora la precisión de la posición ”, dijo Heidtmann.

Figura 1:u-blox M10 y u-blox M8 (Fuente:u-blox)

Plataforma GNSS

A medida que dependemos cada vez más del posicionamiento por satélite, seguimos esperando una mayor precisión posicional. Gracias a la reducción en los costos de electrónica de hardware y software, ha habido una gran expansión en términos de aplicaciones y casos de uso.

El sistema global de navegación por satélite de la UE, Galileo, permite a los receptores GNSS garantizar que las señales de los satélites proceden realmente de los satélites Galileo y no se han modificado. Este enfoque dificulta que los piratas informáticos hagan su "trabajo". La constelación europea GNSS será la primera en ofrecer mensajes de navegación autenticados y gratuitos a los usuarios civiles.

Galileo es el sistema europeo de navegación global por satélite (GNSS), desarrollado para proporcionar información sobre la posición, la navegación y el tiempo a los usuarios de todo el mundo. A diferencia de otros sistemas GNSS, Galileo está gestionado por un organismo civil, la Agencia Espacial Europea (ESA), y ha sido diseñado en respuesta a las necesidades de diferentes comunidades de usuarios.

El segmento de satélites Galileo implica el uso de 30 satélites (24 operativos y 6 de reserva), en órbita a una altitud de más de 23.000 kilómetros. Los satélites se distribuirán uniformemente en tres planos orbitales y cada uno tardará unas 14 horas en orbitar la Tierra.

El enfoque de seguridad utilizado consiste en colocar una firma de autenticación encriptada a los mensajes de navegación GNSS, que puede usarse para verificar mensajes basándose en un enfoque de clave híbrida simétrica / asimétrica. La autenticación de datos GNSS desempeñará un papel importante en los sistemas avanzados de asistencia al conductor, la conducción autónoma o cualquier cantidad de actividades comerciales riesgosas.

Hardware U-blox

El U-blox M10 está diseñado para consumir 12 mW en modo de seguimiento continuo, manteniendo el consumo bajo para aplicaciones que funcionan con baterías. La mayor sensibilidad de RF del M10 también reduce el tiempo que le toma a la plataforma alcanzar una primera posición fija cuando se inicializa, y funciona bien incluso con antenas pequeñas.

“El tamaño del chip U-blox M10 es de 4 × 4 mm en un paquete QFN. El módulo "MAX" permite la integración sin necesidad de componentes externos. El factor de forma "ZOE" tiene la misma funcionalidad que los módulos MAX y NEO. Y este es un llamado sistema en un paquete. Tiene la misma funcionalidad que el módulo max, pero está empaquetado en solo 20 milímetros cuadrados ”, dijo Heidtmann.

Figura 2:los tres módulos, desde la izquierda:paquete QFN, módulo MAX y factor de forma ZOE (Fuente:u-blox)

Dos pruebas realizadas en Australia y Alemania han demostrado que incluso en entornos hostiles donde los grandes edificios pueden oscurecer la señal, Super-S y el modo "Super-E" mejorado permiten una reducción aún mayor de energía con tasas de actualización más bajas, optimizando la medición donde la señal es muy bajo (figura 3).

La tecnología Super-S aborda dos desafíos comunes que se encuentran en el seguimiento industrial y los casos de uso de dispositivos portátiles:señales GNSS débiles y posicionamiento inadecuado de la antena, pero también factores como el mal tiempo, las vistas del cielo obstruidas y los cañones urbanos afectan negativamente la calidad de las señales GNSS que llegan al posicionamiento. receptor, lo que reduce el rendimiento de posicionamiento. La tecnología u-blox Super-S combina 2 tamaños diferentes para hacer frente a estas situaciones.

Los receptores GNSS pueden estar en dos fases operativas:la fase de adquisición y la fase de seguimiento. En la primera fase hay mayor sensibilidad y el tiempo de adquisición se reduce al obtener una posición con mayor probabilidad y consumir poca energía. En la siguiente fase, el objetivo es mantener la posición.

Figura 3:Disponibilidad de posición máxima con recepción simultánea de 4 GNSS en Australia (Fuente:u-blox)

Figura 4:Compensación de señal débil en Alemania (Fuente:u-blox)

“Si miras la imagen, a la izquierda de la figura 3, ves un uno y un dos. Con el número uno, ves que los edificios no son tan altos como en el número dos. Y si miras a la derecha, ves que todas estas líneas de colores se derivan, y el verde es el verdadero camino, realmente la verdadera posición. Luego está M8 amarillo y M10 en azul. Y para el número uno, verá que casi no hay diferencia. Informan básicamente de la situación real. Pero si miras el número dos, ves una diferencia. La línea amarilla está a unos 20 metros del verde. Y la línea azul está a unos 10 metros del verde. Y ahí vemos que en un escenario así en el que hay edificios realmente altos en áreas urbanas profundas, hace una diferencia tener 4 GNSS ”, dijo Heidtmann.

Agregó, “si estás en esta área, no puedes ver todos los satélites porque los edificios te darán una sombra. Y si puede escuchar las cuatro constelaciones, alcanzará más satélites. Y luego, por supuesto, esto le brinda un beneficio, porque siempre hay una selección. Por lo tanto, el receptor observará todos los satélites disponibles y luego seleccionará el máximo de 30 señales para rastrear. Pero claro, en esta situación, no tienes 30, tienes suerte si tienes ocho o nueve ”, dijo Heidtmann

Las antenas pequeñas o la mala ubicación de las antenas provocan una baja intensidad de la señal de RF. La compensación de señal débil cambia el comportamiento del receptor para adaptarse a esta situación. "Las pruebas de conducción mostraron una mejora de> 25% en la precisión de la posición y la velocidad", dijo Heidtmann.

Figura 5:diagrama de bloques de M10 (Fuente:u-blox)

Figura 6:Comparación de u-blox M10 y M8 (Fuente:u-blox)

u-blox M10 cuenta con detección avanzada de falsificación e interferencia. “Los ataques de suplantación de identidad y de interferencia se detectan y se informan al host. Detección de suplantación de identidad basada en el análisis de datos brutos GNSS y mitigación del ataque de suplantación de identidad mediante el uso de una señal autenticada (Galileo OS-NMA) ”, dijo Heidtmann.

Las aplicaciones críticas necesitan saber cuánta confianza pueden depositar en los datos adquiridos por los receptores. El nivel de protección describe el error de posición máximo y cuantifica la confiabilidad del sistema. Este nivel está influenciado por todas las fuentes de error que comúnmente afectan las soluciones GNSS.

“Si, por ejemplo, un receptor GNSS determina su posición con un nivel de protección del 95% de un metro, solo hay un 5% de probabilidad de que la posición informada esté a más de un metro de su posición real”, dijo Heidtmann.

Las innovaciones en sistemas y tecnologías relacionados con el sector GNSS (Global Navigation Satellite System) son un proceso en constante y rápida evolución. La precisión instantánea del GPS en estos niveles estaba reservada para la Defensa de EE. UU., Pero esto desencadenó la carrera para crear sistemas alternativos más confiables que dieron lugar a GNSS (Global Navigation Satellite Systems) con contribuciones de varios países de todo el mundo, como el GLONASS ruso. , el Beidou chino y el Galileo europeo. Los datos de Galileo ayudan a localizar balizas y rescatar a personas en peligro en todo tipo de entornos.

>> Este artículo se publicó originalmente en nuestro sitio hermano, EE. Tiempos.

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