Огляд ринку мікросхем та модулів для супутникової навігації. ПЗ для навігації. Вітчизняний ринок GPS-модулів

Інструкція

Загальна інформація про SiRF Star III
Бездротовий Bluetooth GPS приймач призначений для отримання даних від системи глобального позиціонування GPS та передачі обробленої інформації засобами інтерфейсу Bluetooth. Основу приладу складає чіпсет SiRF Star III із застосуванням технології енергозбереження. Живлення приймача здійснюється від змінного Li-Ion акумулятора. SiRF Star III може використовуватися не тільки для передачі інформації на комп'ютер або КПК через інтерфейс Bluetooth, але і як USB GPS приймач при передачі даних на пристрій по кабелю без використання інтерфейсу Bluetooth.
Визначення розташування є необхідним у таких областях як автонавігація, картографія, геодезія, забезпечення безпеки та багато інших. Для роботи приладу потрібен лише відкритий доступдо неба та стабільне електроживлення. Прилад SiRF Star III зв'язується з іншими пристроями через інтерфейс Bluetooth, RS-232 або USB сумісний інтерфейс. Вбудований акумулятор дозволяє зберігати інформацію, отриману під час попереднього використання, таку як рівень сигналу від супутника, його останнє розташування, дату та час. Маючи низьке енергоспоживання, прилад може відстежувати до 20 супутників одночасно, отримуючи інформацію від супутників із частотою 100 мс та оновлюючи дані про місцезнаходження кожну секунду.

ХАРАКТЕРИСТИКИ SiRF Star III

У основі сучасних супутникових систем визначення координат лежить метод тріангуляції, у якому навігаційний приймач визначає відстань до навігаційних супутників за часом поширення радіосигналів. Для обчислення географічних координат(широта та довгота) необхідна наявність сигналів від трьох супутників. Якщо є сигнали від чотирьох супутників або більше, приймач, крім координат, може обчислити ще й висоту над земною поверхнею.

Вступ. Сучасні системи супутникової навігації

В даний час на різних стадіях розробки або експлуатації три глобальні системи супутникової навігації. Це американська Navstar, яку зазвичай називають GPS (Global Positioning System - глобальна система позиціонування), російська ГЛОНАСС і європейська Galileo. Регіональні системи, Розраховані на покриття певних територій, розробляють Китай, Індія та Японія. Американська GPS - це єдина на сьогодні система з повним супутниковим угрупуванням. Для глобального та безперервного покриття всієї земної поверхні потрібно 24 космічні апарати, що знаходяться на кругових орбітах у трьох орбітальних площинах. У системі GPS є 28 супутників, 4 з яких перебувають у резерві у разі виходу з ладу основних апаратів. Орбітальне угруповання вітчизняної системи ГЛОНАСС через брак асигнувань у 90-х роках минулого століття значно скоротилося, і нині в системі працює лише 11 супутників. Ще 6 апаратів виведені з експлуатації через несправності або як такі, що виробили свій ресурс. Разом з тим, за рахунок реалізації програми запусків нових космічних апаратів передбачається, що до кінця цього року на орбіті працюватимуть 18 супутників, що має забезпечити практично 100% безперервне покриття території Росії. Повне розгортання системи очікується до 2010 року. Європейська система Galileo поки що складається всього з одного апарату, і термін розгортання системи постійно відкладається. Тому розраховувати на використання Galileo найближчим часом було б неправильно.

Таким чином, переважна більшість GPS-приймачів в даний час працюють тільки з американською системою Navstar, і очікувати кардинальної зміни ситуації незабаром не доводиться.

Супутникова навігація останніми роками з розряду екзотики впевнено перетворюється на масову технологію. GPS-модулями оснащують все більше смартфонів, кишенькових комп'ютерівта мобільних телефонів. Все ширше використовуються автомобільні навігатори, охоронні та диспетчерські автомобільні системи. Активно розвивається ринок персонального моніторингу, потайного стеження за рухомими об'єктами, пошуку втрачених чи викрадених вантажів чи транспортних засобів. Незважаючи на різноманітність навігаційного обладнання, виробників наборів мікросхем для портативного обладнання, що обробляють сигнали GPS (так званих GPS-чіпсетів), можна перерахувати на пальцях, а провідних виробників - навіть на пальцях однієї руки. У цій статті розглядаються характеристики основних GPS-чіпів та модулів на їх основі, що застосовуються у пристроях для масового ринку. Набори мікросхем для спеціалізованих пристроїв (геодезичного, морського, авіаційного чи військового застосування) тут не розглядатимуться.

GPS-чіпи провідних виробників та їх характеристики

Сьогодні основними виробниками GPS-чіпсетів для портативних пристроїв є SiRF Technology Inc. та u-Blox AG. На базі чіпів цих виробників працюють понад 90% портативних виробів із функціями GPS-навігації. Крім того, мікросхеми для роботи з GPS випускають такі гіганти, як STMicroelectronics (STM) та Texas Instruments, а також менш відомі компанії – Mediatek Inc. (MTK), eRide, Nemerix та u-Nav Microelectronics.

Основні характеристики останніх розробок провідних виробників GPS-чіпів наведені в таблиці 1. Чіпсети попереднього покоління, хоч і випускаються ще, за своїми характеристиками помітно програють.

Таблиця 1. Основні характеристики GPS-чіпів

Американська компанія SiRF Technology – визнаний світовий лідер у виробництві GPS-чіпсетів для портативних пристроїв та автомобільної навігації. Близько 70% всіх пристроїв із функцією GPS у світі містять чіпи SiRF. Ще на зорі свого розвитку компанія сконцентрувала увагу на розробці та виробництві мікросхем, а також внутрішніх програм («прошивок») для них. Модулі на базі чіпсетів SiRF випускають багато виробників по всьому світу, і значок SiRF powered став для споживачів своєрідним «знаком якості». Компанія SiRF випускає кілька варіантів чипів архітектури SiRF Star III. Чіпсет GSC3f/LP – піонер лінійки, і більшість модулів, що мають у своєму складі SiRF Star III, побудовано саме на його базі. Однак розробки компанії не стоять на місці, і з'являється GSW3LTf - чіп зі зниженим споживанням і значно поліпшеною чутливістю. Єдиний мінус GSW3LTf – кілька напруг живлення – відсутній у GSW3LTif, який на сьогодні є найперспективнішим виробом SiRF. Однією з останніх розробок SiRF є технологія SiRFDiRect, що дозволяє визначати розташування при тимчасовій втраті сигналів від супутників. Для цього використовуються додаткові датчики - гіроскоп та тривісний акселерометр в інтегральному виконанні. Спеціальне програмне забезпечення SiRFDiRect дозволяє з досить високою точністю обчислювати координати при короткочасному пропаданні сигналів GPS. При пропаданні сигналів на час до 10 с похибка, що вноситься, не перевищує 10 м. Технологія SiRFDiRect вже використовується деякими виробниками кінцевого користувальницького обладнання.

Швейцарська u-Blox – другий великий гравець на ринку GPS-чіпсетів та модулів. До недавнього часу u-Blox постачала свої вироби в основному виробникам кінцевого обладнання, наприклад чіпи u-Blox використовуються в автомобільному виробництві та мережному обладнанні для мобільного зв'язку. Однак останнім часом компанія заявляє про зміну пріоритетів та вихід на масовий ринок. Нині рівень виробництва мікросхем u-Blox становить близько 250 000 штук на рік, із тенденцією до збільшення. Поточна продуктова лінійка компанії включає чіпсет Antaris 4, що випускається Atmel, з внутрішнім програмним забезпеченням виробництва u-Blox. Модулі на базі Antaris 4 (ATR 0635) випускає як u-blox, так і ряд сторонніх виробників. За основними параметрами ATR 0635 не поступається конкуренту від SiRF – GSC3f/LP. Але при застосуванні в умовах поганої обсервації або слабких рівнів сигналу «купність» вимірів бажає кращого. Декілька перших відліків, отриманих з використанням ATR 0635 при холодному старті, можуть відрізнятися від реального розташування на 2-3 км. Перспективний набір мікросхем – u-Blox 5 (UBX-G5010) – розроблений та проводиться без участі Atmel, за контрактами з рядом азіатських виробників. За твердженням розробників нового чіпсету, проблема викидів при холодному старті в ньому повністю вирішена. u-Blox також пропонує рішення визначення координат при пропаданні сигналів GPS - Dead Reckoning. На відміну від SiRFDiRect, рішення від u-Blox призначене лише для автомобільного застосування та вимагає обов'язкового підключення до спідометра автомобіля, що у ряді випадків просто неможливо.

eRide – порівняно молода компанія, що спеціалізується лише на розробці GPS-мікросхем та модулів. Чіпсет цієї компанії Opus III (eOP3100Q) має вражаючу чутливість –161 дБм. Проте за споживаною потужністю цей набір мікросхем значно відстає від лідерів ринку. Тим не менш, можливе застосування чіпсету в M2M-системах. Наприклад, Wavecom використовує рішення від eRide у Fastrack Supreme, що позиціонується як виріб для моніторингу рухомих об'єктів. Очевидно, що для портативних пристроїв з автономним живленням застосування виробів eRide є нераціональним.

STMicroelectronics – світовий гігант з виробництва напівпровідникових мікросхем – також не залишається осторонь створення малогабаритних GPS-чіпсетів. Незважаючи на деяке відставання від лідерів (його рішення Teseo досі випускається тільки в двочіповому варіанті, та й з'явилося воно на кілька місяців пізніше за конкурентів), на американському ринку STM має близько 20% продажів GPS-мікросхем. На європейському ринку, однак, частка STM у продажу мікросхем GPS незначна і не перевищує одиниць відсотків. STM застосовує специфічну методику оцінки параметрів виробів. Зокрема, чутливість вказана при теплому старті з використанням зовнішнього підсилювача, що мало шумить, а час визначення координат - при видимості небосхилу 50% і рівнях сигналів не гірше -130 дБм. Очевидно, що, незважаючи на такі хитрощі, реальні характеристики значно поступаються конкурентам. На жаль, поки що на російському ринкунемає модулів на базі чипа Teseo. Цікавою особливістю процесорного чіпа STA2058 є можливість постачання у вивідному корпусі LQFP64, що дозволяє створювати дрібносерійні вироби безпосередньо на базі набору мікросхем. Чіпсети інших виробників, як правило, поставляються в корпусах BGA, що має на увазі великосерійне виробництво або використання готових модулів.

Азіатські виробники GPS-мікросхем потроху завойовують ринок. Як приклад у таблиці 1 наведено параметри чіпсету MT3318 Тайваньської Mediatek Inc. (MTK). Цей чіп знаходить застосування у виробах як азіатських, а й західних виробників, наприклад Garmin застосовує їх у деяких моделях навігаторів. Судячи з заявлених характеристик, MT3318 знаходиться на одному рівні з кращими розробками західних виробників, але значним недоліком для російського ринку є помітно менший температурний діапазон. Як показує практика, GPS-приймачі з чіпами від МТК показують нестабільну роботупри від'ємних температурах.

Сучасні GPS-модулі для додатків, що вбудовуються.

Водночас, використання мікросхем того чи іншого виробника у виробі – не гарантія гарної роботи. Характеристики чіпсету можна як покращити (наприклад застосуванням підсилювача або смугового фільтра, що малошумить), так і погіршити (наприклад невдалим дизайном друкованої платиабо неправильним розведеннямланцюгів живлення). Навіть такі імениті виробники, як Nokia, невдалим дизайном можуть значно погіршити чутливість приймача GPS. Приклад, що став уже класичним - смартфон Nokia N95, чутливістю GPS-приймача якого споживачі були явно розчаровані. Дещо виправити ситуацію вдалося лише завдяки використанню A-GPS, для чого виробником було випущено спеціальне програмне забезпечення для смартфона.

Тому, якщо не планується крупносерійне виробництво виробів, що містять функції позиціонування з використанням GPS, має сенс використовувати готові модулі. Це значно скоротить час розробки виробу загалом, а також дещо знизить вимоги до кваліфікації розробників та конструкторів.

Однак і тут необхідно поставитися до вибору модулів дуже обережно. Наприклад, при використанні модулів u-Blox потрібно зі швейцарською точністю дотримуватися всіх рекомендацій виробника, в іншому випадку споживач буде сильно розчарований чутливістю готового виробу. При використанні модулів на базі SiRF, виготовлених провідними виробниками, обмежень по дизайну менші і менш строгі. Наприклад, німецький виробник персональних трекерів Telic використав у своєму виробі Hyper Pro модуль на базі чіпа SiRF попереднього покоління. Для покращення характеристик було прийнято рішення замінити його на модуль від u-Blox, що має кращу чутливість та менше енергоспоживання. Результат виявився прямо протилежним очікуваному: чутливість виробу загалом погіршилася, модуль GPS постійно перебував у режимі виявлення сигналу, і енергоспоживання навіть збільшилося. У результаті це стало однією з причин зняття Hyper Pro з виробництва.

У таблиці 2 наведено основні параметри доступних російському ринку модулів, побудованих з урахуванням перспективних GPS-чіпів.

Таблиця 2. Основні параметри модулів, побудованих на основі перспективних GPS-чіпів

Leadtek Research Inc. - Найбільша азіатська компанія, що виробляє GPS-обладнання. Разом з тим Leadtek є найбільшим азіатським партнером SiRF і традиційно виробляє модулі на базі чіпів цієї компанії. Продуктова лінійка Leadtek включає GPS-модулі для різних застосувань - від персональних навігаторів до систем промислової телеметрії. У таблиці 2 представлений ряд модулів Leadtek, доступних російському ринку. LR9101LP та LR9102 - одні з найменш компактних у світі модулів GPS. Приймач LR9101LP призначений для застосування в пристроях персональної навігації та малогабаритних приладів. Наявність малошумного підсилювача (МШУ) у складі LR9101LP дозволяє йому працювати з пасивною антеною, що знижує енергоспоживання виробу в цілому. LR9102 не має у своєму складі МШУ і тому оптимальним буде використання його в пристроях з малогабаритною активною антеною, наприклад, в області автомобільної навігації та прихованого стеження.

Для портативних пристроїв з функціями GPS-навігації можна використовувати циліндричні антени Sarantel Geohelix. Ці антени вигідно відрізняє від прямокутних керамічних антен практично сферична діаграма спрямованості, що дозволяє розташовувати прилад там, де це зручно користувачеві, а не там, де краще працюватиме антена. Компанія Sarantel випускає кілька видів циліндричних антен, як пасивних, так і активних з модифікаціями для зовнішнього та внутрішнього застосування.

Модуль LR9548S призначений для роботи з активною антеною і має дещо більші, порівняно з LR9102, габарити. Приймач знаходить застосування в M2M-системах, де виключно малі габарити не потрібні. Це зазвичай диспетчерські системи на транспорті, промислові системи телеметрії або системи синхронізації часу. LR9552 - це модуль із вбудованою керамічною антеною, розмірами якої визначаються його габарити. На його базі легко створюється смарт-антена, яка дає змогу відокремити високочастотні сигнали GPS від інших кіл у складних системах. Сферами застосування смарт-антен є як точні. вимірювальні прилади, На роботу яких впливають випромінювання діапазону GPS L1 (1575,42 МГц), так і навпаки, силові ланцюги, які створюють сильні перешкоди прийому сигналів GPS. Іншим варіантом застосування модуля LR9552 можуть бути портативні прилади без жорстких вимог до габаритів, але із скороченими термінами розробки. Використання LR9552 у цих випадках дозволяє значно зменшити час, необхідний створення приладу.

Компанія Tyco - відомий виробник роз'ємів, комутаційного обладнання та пасивних елементів. Крім цього, компанія виготовляє GPS-модулі. Більшість модулів Tyco побудовано на базі чіпсетів STM попереднього покоління і не має інтересу через низьку чутливість. За останніми даними, компанія незабаром збирається відмовитися від використання модулів із чіпами STM. Однак одна з останніх розробок компанії – модуль A1080-A – побудована на базі SiRF Star III і має дуже привабливі характеристики як за чутливістю, так і за габаритами. Модуль позиціонується як універсальний для роботи з активною антеною. Однак за енергоспоживанням він поступається не тільки LR9102, але й LR9548S від Leadtek, тому застосування його в пристроях з автономним живленням нераціональне. Недоліком модуля також є відсутність зовнішнього екрану, що може негативно позначитися на перешкодостійкості пристрою та призвести до зниження чутливості, так і до нестійкої роботи процесорної частини за наявності значних електромагнітних випромінювань, наприклад, від розташованої поруч антени GSM в портативних приладах. На момент написання статті, Tyco анонсував ще кілька модулів на базі SiRF III.

Серед продукції u-Blox основними у продуктовій лінійці є модулі LEA-4. Індекс H означає підвищену чутливість модуля, а індекс S - відсутність flash-пам'яті та, відповідно, можливості перепрограмування. Проте досвід показує, що зміна внутрішньої програми GPS-модулів практично ніколи не потрібна, особливо при серійному виробництві. Крім того, виробляються модулі з індексами A (спрощена модифікація з меншою вартістю), T (спеціалізований модуль для синхронізації часу) та P (модуль зі зниженим енергоспоживанням). Однак характеристики цих модулів помітно гірші за LEA-4H і в таблиці не наводяться. Модуль NEO-4S нова розробкакомпанії, яка відрізняється від LEA-4S, значно зменшеними габаритами. Зараз u-blox випускає модулі трьох типорозмірів. Це застарілий типорозмір TIM, що випускається для сумісності з попереднім поколінням GPS-модулів компанії, основний на даний момент LEA і новий типорозмір NEO, що з'явився лише в поточному році. Усі новостворені модулі pin-to-pin сумісні з модулями попереднього покоління. Типорозмір NEO – 12×16 мм – компанія також обіцяє підтримувати у майбутніх розробках. Модулі LEA-5, побудовані на базі нового чіпсету u-Blox 5, тільки-но починають впроваджуватися компанією в серійне виробництво. Особливістю нового набору u-Blox 5, за заявами виробника, є можливість роботи з європейською системою супутникової навігації Galileo, чим пояснюється і вища ціна модулів LEA-5. Однак насправді справа значно гірша. Підтримка Galileo реалізована на рівні радіотракту, а внутрішня програма u-Blox 5 сьогодні не може працювати з європейськими навігаційними супутниками. З іншого боку, і сама система Galileo, як було сказано вище, мало працездатна.

Trimble – одна з найстаріших компаній-виробників GPS-обладнання. Вона випускає найширший спектр обладнання, включаючи продукцію військового призначення, морського та повітряного транспорту, геодезичне обладнання, системи точного часу на базі GPS. Компанія намагається вийти на ринок споживчих пристроїв, для чого нею розроблено модуль Copernicus на базі чіпсету компанії u-Nav Microelectronics. Істотним плюсом модуля є досить низьке енергоспоживання – 94 мВт. Однак, дуже низька, за нинішніми мірками, чутливість модуля не дозволяє використовувати його в персональних приладах. У стаціонарному ж застосуванні енергоспоживання не відіграє такої істотної ролі. З цих двох причин Copernicus не знаходить поки що масового застосування.

Модуль eMD3500F компанії eRide, побудований на чіпсеті Opus III, має хорошу чутливість, але його надмірне енергоспоживання не дозволяє використовувати цей пристрій не тільки в портативних приладах, але й охоронних системахавтомобільне застосування. Можлива сфера використання модуля - диспетчерські транспортні системи, а також стаціонарні прилади.

Як модуль з чіпсетом MTK у таблиці 2 наведено FV-M5 від San Jose Navigation. Характеристики, представлені виробником, досить привабливі, але поєднання виробника модуля «другого ешелону» та менш відомого чіпсету таїть небезпеки для розробників, описані раніше.

Вітчизняний ринок GPS-модулів

Основними споживачами GPS-модулів є виробники спеціалізованого обладнання, яке випускається порівняно невеликими серіями - до десятків тисяч на рік. Вироби, що випускаються більшими серіями, як правило, створюються безпосередньо на базі GPS-чіпсетів, що дозволяє дещо знизити собівартість. Серед спеціалізованих пристроїв виділяються традиційні, що випускаються вже тривалий час, і перспективні, що знаходяться на стадії розробки, або ті, чиє виробництво почалося нещодавно. До традиційних виробів належать переважно охоронні автомобільні комплекси та диспетчерські транспортні системи. Найбільшими вітчизняними виробниками охоронних систем на базі GPS-навігації є "МегаПейдж", "Сі-Норд", "Альтоніка". Особливістю використання GPS-приймачів у цих системах є знижене енергоспоживання у сплячому режимі та мінімальний час холодного старту. Зазвичай використовується активна або смарт-антена. Габарити не мають принципового значення, тому більшість виробників застосовує модулі з чіпсетом SiRF (LR9548S, LR9552 або аналогічні) або модулі LEA-4H/4S. Диспетчерські транспортні системи розробляють як ті ж компанії, що і охоронні, так і деякі інші, наприклад, «Талісман» або «Гейзер». На відміну від охоронних, на перший план тут виходять чутливість GPS-приймача та споживана потужність активному режимі. Найчастіше і в диспетчерських, і в охоронних системах застосовують аналогічний комплект бортового обладнання, і тому використовуються ті ж GPS-модулі, тим більше, що вони задовольняють і ті, й інші вимоги.

До перспективних виробів відносяться прилади персонального моніторингу, включаючи моніторинг домашніх тварин, прилади для потайного спостереження, а також закладки для виявлення втрачених або викрадених об'єктів. Прилади персонального моніторингу (трекери) вітчизняного виробництва поки що відсутні на нашому ринку, хоча їхня розробка йде повним ходом. Деякі російські компанії пропонують трекери закордонних виробників, які інтегруються у вітчизняні системи моніторингу. До таких виробів належать TR-102 виробництва GlobalSat, PT-300 від компанії Gemtek, а також S-911 від Laipac. У сегменті приладів для потайного спостереження компанія «Сі-Норд» однією з перших випустила мобільний блок МБ-05. Це повністю автономний виріб у герметичному корпусі, призначений для потайної установки на транспортні засоби. Альтер нативою такого рішення є герметичний корпус до трекерів, пропонований, наприклад, вищезгаданою Laipac. Крім забезпечення стійкості до зовнішнім впливамкорпус містить також додатковий акумулятор для забезпечення тривалої автономної роботи. Що стосується приладів-закладок, зі зрозумілих причин виробники не афішують процес розробки таких пристроїв. З вітчизняних компаній поки що тільки "Цезар Сателіт" пропонує виріб Cesar Tracker, призначений для пошуку викрадених автомобілів. Однак цей прилад не містить GPS-приймача, а місцезнаходження відбувається з використанням радіопеленгації. З виробів іноземного виробництва цього класу із наявністю GPS-модуля можна виділити Picotrack компанії CeTEC. Цей прилад може використовуватися як закладка, або як виріб для потайного спостереження. В останньому випадку Picotrack встановлюється у захищений корпус із посиленим акумулятором. Незважаючи на зовнішні відмінності та зовсім різні галузі застосування перспективних виробів, вимоги до GPS-приймача аналогічні та дуже жорсткі: мінімальне енергоспоживання в активному та сплячому режимах, підвищена чутливість, малий час визначення координат, компактні габарити та стійкість до зовнішніх впливів. Крім того, модулі повинні працювати на пасивну антену(Для зниження енергоспоживання). Достатньо добре задовольняють усім цим вимогам, як видно з таблиці 2, тільки LR9101LP від ​​Leadtek та NEO-4S від u-Blox.

Для покращення точності визначення координат створено системи внесення диференціальних поправок (SBAS), що передаються через спеціальні супутники, що знаходяться на геостаціонарних орбітах. В даний час є такі системи: американська WAAS, європейська EGNOS та японська MSAS. Планується також створення аналогічної системи Індії. Користування системами безкоштовне, і можливе поліпшення точності місцезнаходження в півтора-два рази. SBAS підтримують усі модулі, показані в таблиці 2. Однак успішний результат при використанні цих систем досягається тільки на території тих країн, які створили та підтримують їхню роботу. Це США, Європейський Союз та Японія. За межами зазначених територій похибка може не тільки не зменшитись, а й збільшитись. Крім того, європейська EGNOS працює поки що в пілотному режимі, і бувають тривалі (по кілька годин) інтервали часу, коли використання EGNOS замість очікуваної корекції вносить значну додаткову помилку.

Для скорочення часу першого визначення координат за холодного старту (TTFF) можна використовувати систему A-GPS. Суть її роботи полягає у наступному. Для визначення координат приймач GPS повинен мати точні параметри орбіт всіх супутників (ефемеріди), з якими він працює. Він отримує ці дані із супутників. Оскільки швидкість передачі даних у каналі «супутник - GPS-приймач» дуже мала і становить лише десятки кілобіт в секунду, для передачі ефемерид потрібно не менше 30 секунд. Це значення переважно і визначає час холодного старту. Але якщо є можливість отримати ефемериди по наземному каналу (дротовому або бездротовому) і ввести їх у GPS-приймач, час холодного старту знизиться багаторазово. A-GPS підтримують усі модулі, наведені у таблиці 2.

Ще одним способом поліпшення споживчих характеристик GPS-приймачів є використання інерційних датчиків (гіроскопа та тривісного акселерометра) та обчислення координат за їх даними без сигналів супутників. Ця технологія реалізована у вирішенні SiRFDiRect. Це рішення винятково зручне для перспективних приладів, оскільки не вимагає підключення до зовнішніх датчиків, а інтегральний акселерометр і так уже встановлюється в ці вироби визначення факту руху об'єкта.

Модулі ГЛОНАСС/GPS: проблеми та перспективи

Більшість великих російських компаній, які мають власні системи моніторингу рухомих об'єктів, активно співпрацюють із відомчими структурами (МВС, МНС, міністерство транспорту, РЗ). Разом з тим, постановою уряду РФ від 9 червня 2005 року № 365 наказано застосовувати апаратуру ГЛОНАСС на всіх морських та річкових суднах, а також на залізничному та автомобільному транспорті, якщо він використовується для перевезення пасажирів, спеціальних та небезпечних вантажів. Розробкою ГЛОНАСС/GPS-приймачів займаються Іжевський радіозавод, РІРВ, РНДІ КП, КБ «НАВІС», НДІМ «Прогрес». Багато виробів вітчизняних підприємств відстають від рівня GPS-приймачів іноземних виробників приблизно на 10 років. Це стосується габаритів, енергоспоживання та чутливості приладів. Іноземні виробники також деякий час тому зацікавилися розробкою двостандартних приймачів. Зокрема, канадської Laipac було випущено ГЛОНАСС/GPS-модуль TF-50. Але минулого року його було знято з виробництва через відсутність попиту, оскільки не витримував конкуренції з одностандартними GPS-модулями лідерів ринку як за параметрами, так і за ціною.

Проте однією з перспективних розробок є вітчизняний модуль МНП-М3 виробництва Іжевського радіозаводу. За характеристиками модуль не тільки не поступається нечисленним ГЛОНАСС/GPS-модулям як вітчизняних, так і іноземних виробників, а й наближається до сучасних одностандартних GPS-модулів середнього класу. Єдиний параметр, яким МНП-М3 значно програє - це дуже високе енергоспоживання - 900 мВт. Тому застосування модуля МНП-М3 можливе тільки в пристроях моніторингу з хорошим запасом з енергетики, і то лише в тих сферах, де законодавчо потрібне використання вітчизняної системи ГЛОНАСС.

Висновок

На вітчизняному ринку зараз є досить велика кількість GPS-модулів, призначених для використання в портативному устаткуванні. Російські постачальники електронних компонентів пропонують продукцію Leadtek, Tyco, u-Blox, Trimble та MTK. Разом з тим, при виборі модуля для конкретного застосування слід враховувати не лише його технічні характеристики, а й гарантії стабільних поставок, незмінність показників від партії до партії і зажадав від примірника до примірника, і навіть наявність докладної документації. На даний момент затребуваними є модулі з низьким споживанням (до 160 мВт), малими габаритами (площею до 200 мм 2) та високою чутливістю (не гірше –158 дБм). Задовольняють усім вищезазначеним вимогам фактично лише модулі на базі SiRF Star III та модулі u-Blox, які в основному і конкурують на вітчизняному ринку. Продукція u-Blox відрізняється нижчим енергоспоживанням порівняно з модулями на базі SiRF. Як не дивно, споживання модулів на базі u-Blox 5 дещо вище, ніж модулів попереднього покоління, щоправда, виробник у майбутньому обіцяє зменшити його шляхом зниження напруги живлення. Розробники Tyco також в одному з нових модулів знизили напругу живлення до 1,6 В. Leadtek постійно вдосконалює свою продукцію, та енергоспоживання LR9101LP знижено порівняно з LR9101 більш ніж на 60 мВт. Чутливість GPS-приймачів, за заявами розробників чіпсетів, наближається до теоретичної межі, тому актуальною стає технологія A-GPS, яка застосовується і u-Blox, і SiRF, а також використання інерційних датчиків. Очевидно, слід очікувати в найближчому майбутньому впровадження технології SiRFDiRect, що дозволить контролювати розташування об'єктів в умовах міської забудови практично постійно. Альтернативна технологія Dead Reckoning від u-Blox призначена переважно для автомобільних застосувань. Інший потенційний спосіб покращення характеристик – застосування двостандартних модулів. Підтримка Galileo, зроблена в u-Blox 5, поки що не працює через проблеми найєвропейськішої супутникової системи. Вітчизняні модулі ГЛОНАСС/GPS, серед яких можна виділити МНП-М3, поки сильно відстають від сучасних GPS-модулів, насамперед за економічністю енергоспоживання, і можуть застосовуватися лише у відомчих додатках.

Супутникова навігаційна система стає новим обов'язковим атрибутом для гаджетів. Тисячі високотехнологічних систем навігації продаються сьогодні вже вбудованими у КПК, UMPC (Ultra-Mobile PC), комунікатори, портативні автомобільні медіацентри, цифрові фотоапарати, годинники та мобільні телефони.

Можливість визначення місцезнаходження завжди була корисною, але вона вже перейшла в ту стадію розвитку, коли сама по собі технологія нічого не варта, тобто достатньо доброї волі виробника масових пристроїв, щоб функцію визначення місцезнаходження їх власників було включено без істотного збільшення ціни (як стверджують розробники , при масовому виробництві вартість GPS-комплекту складе всього близько 3-5 дол., тобто менше, ніж зараз обходиться фотоапарат у мобільному телефоні).

Більше того, виробники КПК першими збагнули, що функція GPS, без перебільшення, може врятувати їх від загрози, що насувається з боку телефонів і комунікаторів. З'явилися моделі КПК з модулем GPS за такою ціною, за якою раніше продавалися спеціалізовані GPS-навігатори середнього класу (тобто 300-400 дол.). Такі КПК із вбудованими GPS-приймачами випускають компанії Fujitsu Siemens (серія Pocket Loox), ASUS (MyPAL), Compal (Palmax) та навіть відомий виробник спеціалізованих GPS-навігаторів – компанія Garmin (iQue).

Однак очевидно, що супутниковий приймач так само нескладно інтегрувати і в комунікатор, який, по суті, є тим самим КПК, але оснащений ще одним додатковим модулем - GSM-зв'язком. Трохи більше як рік тому першою такі комунікатори випустила компанія Hewlett-Packard (iPAQ HW6510). Трохи згодом інтеграцію GPS-модулів у Windows-комунікатори запропонували компанії E-Ten та Mio Technologies. Більш того, колись провідний виробник КПК на платформі Windows Mobile - компанія Mitac, після перетворень і ребрендингу, що перетворилася на Mio Technologies, повністю залишила сегмент «чистих» КПК, сконцентрувавшись на розробці комунікаторів з GPS-навігаторами. Сьогодні на ринку пропонується кілька навігаторів Mio DigiWalker на платформі Pocket PC від компанії Mio Technologies. Не відстають від вищезгаданих фірм-виробників та його конкуренти. Отже через рік-другий очікується, що функція навігації стане такою ж невід'ємною частиною комунікаторів, як сьогодні фотоапарат у мобільних телефонах.

До речі, до комплекту поставки КПК і комунікаторів з GPS-модулями, окрім іншого, завжди включається набір автомобільних аксесуарів, що, безумовно, розширює коло потенційних покупців таких пристроїв та робить їх використання максимально зручним. Наприклад, у комплекті зазвичай є не тільки адаптер для зарядки від прикурювача автомобіля, але й пристрій для кріплення на лобовому склі (зазвичай розбірний, що складається зі штанги та лотка-тримача). Таким чином, виходить готове коробкове рішення, яке не тільки підвищує привабливість комунікаторів для традиційних покупців, але й займає нову ринкову нішу, витісняючи звідти спеціалізовані GPS-навігатори. Зазначимо, що для використання в автомобілях маленькі екрани КПК та комунікаторів не надто зручні. В умовах неодмінної при русі тряски на такому екрані складно відстежувати дороги і маршрути, а прочитати маленькі написи населених пунктів зовсім неможливо. Можна, звичайно, налагодити звуковий супровід (якщо програмне забезпечення підтримує голосові коментарі маршруту), щоб використання такого пристрою не завдавало шкоди безпеці руху, проте це не завжди можливо. Крім того, при автомобільному застосуванні багатофункціональність пристрою завдає певних незручностей. Наприклад, при вхідному дзвінкуекран телефону закриває навігаційну карту, а щоб усунути його, необхідно виконати якісь дії, що дуже важко зробити при керуванні автомобілем і що знову ж таки завдає шкоди безпеці.

У той же час при пішому пересуванні таких проблем немає (сигнали з супутників нормально приймаються, навіть якщо навігатор знаходиться глибоко в кишені, деталі карти та назви населених пунктів неважко розглянути зблизька, а перемикати функції з телефону на навігатор не важко), але Тут виникає інше ускладнення - при постійній роботі GPS-навігатора енергія акумулятора витрачається дуже швидко, тому повного заряду батареї вистачає лише на 2-3 години активності навіть при вимкненні таких функцій, як Bluetooth та GPRS. Звичайно, є надія, що з розвитком технологій цієї проблеми вдасться уникнути, адже і батареї стають ємнішими, і GPS-чіпи більш економними.

Наступний очікуваний крок – це інтеграція GPS-модуля у звичайний мобільний телефон, причому для роботи такого навігатора цілком достатньо підтримки технології Java. До речі, корпорація Nokia нещодавно уклала угоду з компанією Trimble Navigation (http://www.trimble.com/), завдяки якій отримає ексклюзивні права на використання у своїх майбутніх продуктах фірмових патентів та ліцензій Trimble у галузі GPS-рішень. Причому це не перша покупка компанії Nokiaв області GPS-навігації. До цього телекомунікаційна компанія викупила патенти ще одного виробника навігаційного ПЗ - Gate5. Судячи з усього, фіни серйозно готуються вийти на ринок GPS-рішень з різноманітними пропозиціями - як інтегровані в мобільні телефони, так і у вигляді автономних пристроїв.

Модний GPS-чіп SiRF Star III

GPS-приймачі на чіпі SiRF Star III з'явилися відносно недавно, але вже наробили багато галасу серед користувачів супутникової навігації. Чи дійсно Sirf Star III настільки краще за попередників, що варто купувати пристрої з потрібними функціями саме на даному чіпі?

SiRF Star III – це недорога мікросхема корпорації SiRF (http://www.sirf.com/) для мікроконтролерів GPS. Завданням чіпа є обробка сигналів, що приймаються з супутників, і визначення на їх основі розташування GPS-пристрою, що приймає ці сигнали. Компанія SiRF і раніше випускала подібні чіпи для навігаторів, але вони завжди були швидше бюджетними рішеннями, а не якоюсь технологічною новинкою (наприклад, пристрої на базі мікросхеми SiRF Star II коштували дешево, але працювали не дуже надійно). Однак Star III вийшов не тільки відносно дешевим, але й досить вдалим у сенсі GPS-технологій. І багато в чому він дійсно відрізняється як від ранніх мікросхем SiRF, так і від аналогічної продукції інших виробників (таких як Garmin, Magellan або Trimble) кращий бік. Значною перевагою Star III є набагато швидший розрахунок початкової позиції (TTFF), а також можливість розрахунку слабкого сигналу в умовах щільної забудови великого міста або в густому лісі.

Переваги Star III насправді не у посиленні слабких сигналів, а більш потужному апараті обчислення, що дозволяє враховувати навіть сигнали, які відбраковувалися чіпами попередніх поколінь. Таким чином, якщо раніше для стерпної роботи GPS-приймача в лісі або в місті була потрібна пристойна антена великого розміру(Ще краще - виносна), то тепер навіть з невеликою вбудованою антеною портативного пристрою можна орієнтуватися досить стабільно. Звичайно, антена теж важлива, але за інших рівних Star III працює краще. Крім того, він вміє боротися з перевіддзеркаленням сигналів, що підвищує точність позиціонування за умов щільної міської забудови.

Крім вищезазначених характеристик, переваги забезпечуються такими можливостями:

• мікросхема SiRF Star III підтримує 20 паралельних каналів, а не 12, як у пристроях колишніх поколінь. Це означає, що одночасно можна обробляти 20 окремих потоків даних, отриманих із різних супутників. І хоча в Росії ця якість не може бути використана повною мірою (стільки супутників видно тільки ближче до екватора), вона, безперечно, має перевагу перед мікросхемами, розрахованими на 12 каналів;
• для уточнення розрахунку місцезнаходження мікросхема може використовувати мобільні мережі GSM і 3G. Ця технологія відома також під іменем асинхронної GPS. Така можливість дозволяє завантажувати ефемеріду для даної місцевості та часу, наприклад, через Інтернет, використовуючи GPRS-з'єднання, а потім навігаційні програми можуть застосовувати її для обчислення поточних координат. Теоретично ця функція (обчислення Quick Position) слугує для прискорення холодного старту. Але на практиці навряд чи є сенс використовувати таку можливість, оскільки приймач на чіпі SiRF Star III і так стартує досить швидко, визначаючи своє місце розташування навіть у несприятливих умовах. Звичайно, в тому випадку, коли умови прийому виявляться зовсім поганими, можна буде скористатися подібною грубою апроксимацією, в іншому випадку використання неточних початкових даних може негативно вплинути на точність позиціонування;
• можна застосовувати поправки WAAS/EGNOS, що покращують точність визначення координат (звичайно, тільки там, де існує базова станція, що передає такі поправки);
• час на розрахунок координат у новій мікросхемі можна порівняти з часом проходження радіохвиль від супутника до мікросхеми контролера;
• високочутливий чіпсет Sirf Star III має знижене енергоспоживання.

Практично всі системи, що використовують чіп SiRF Star III, майже однакові: всі вони характеризуються порівнянними показниками холодного, теплого і гарячого старту, точністю позиціонування і чутливістю. Холодний старт займає приблизно 2-3 хв (теплий - вдвічі менше), точність позиціонування становить близько 3-5 м, чутливість приймача дозволяє впевнено використовувати навігатор просто неба на міській вулиці, під лобовим склом автомобіля, в парку або в лісі. Пристрій працює навіть у приміщеннях біля вікон чи салоні автомобіля. Загалом, споживчі характеристики навігаторів SiRF Star III вважаються сьогодні досить високими і достатніми для повсякденної експлуатації, а різниця між продуктами на їх основі дуже незначна.

Взагалі кажучи, основною перевагою чіпа Star III є те, що він вийшов дешевим, а порівняні за вартістю мікросхеми від таких відомих виробників, як Garmin або Magellan, сильно програють йому за технічними характеристиками. Це зовсім не означає, що Star III сьогодні, безумовно, найкращий - він просто найкращий з дешевих (наприклад, інші виробники мають набагато кращі мікросхеми, але коштують вони дуже дорого).

Такі компанії, як Garmin і Magellan, очевидно, відстоюватимуть власні чіпи і не поспішатимуть з переходом на елементну базу іншої компанії (наприклад, зараз Garmin все-таки використовує Sirf Star III, але чомусь тільки для дорогих моделей), так що у найближчому майбутньому, можливо, з'являться нові альтернативи, але поки при покупці недорогого GPS-навігатора варто поцікавитися, чи відповідає за точність визначення координат популярний GPS-чіп SiRF Star III, який має відмінну чутливість і швидким пошукомсупутників.

Зараз компанія SiRF готується до випуску надмалого GPS-рішення. Повноцінний GPS-приймач GSCi-5000, розроблений компанією, має габарити 4x6x1 мм. Крихітка мікросхема оснащена вбудованим підсилювачем та синтезатором частоти, що знижує вартість та розміри мобільного пристроюв цілому. Про вартість пристрою поки не повідомляється, але компанія SiRF стверджує, що її GPS-чіп за розмірами та ціною оптимізовано для застосування у мобільних телефонах.

Проблеми при використанні КПК як GPS-навігатора

Отже, здавалося б, все добре: всі кому ліньки почали робити недорогі GPS-приймачі на базі прогресивних чіпів Sirf III, так що будь-який КПК можна запросто оснастити супутниковою навігацією. Але все не так просто. Більшість дешевих пристроїв випускаються поки що лише у вигляді Bluetooth-модулів (GPS-мишей), тому для їх використання потрібна наявність як мінімум Bluetooth-інтерфейсу в КПК. Однак мало того, що не у всіх КПК передбачений такий інтерфейс, але навіть там, де він є, ця функція дуже енергоємна. Більше того, старі КПК без функції USB-хоста неможливо використовувати і з тими GPS-модулями, які мають USB-інтерфейс. Звичайно, існують GPS-приймачі і з картковими інтерфейсами SD (Secure Digital) або СF (CompactFlash), але в цьому випадку КПК буде зайнятий слот, призначений для карти розширення пам'яті, а значить, не буде де зберігати об'ємне навігаційне програмне забезпечення з географічними картами. Тож малою кров'ю проблему навігації на КПК не вирішити.

ПЗ для навігації

Проблем з програмним забезпеченнямдля GPS-навігації давно вже не існує - починаючи від популярних Oziexplorer CE (для Pocket PC, http://www.oziexplorer.com/) та Tom Tom Navigator (версії якого є не тільки для Pocket PC, але і для інших платформ, http://www.tomtom.com/) і закінчуючи такими програмами, як SmartCom Navigator (http://www.wild-mobile.ru), Nav4All або GPS TrackMaker (http://www.ruslapland.ru/gps). htm). Є програми професійні та складні, а є прості з інтуїтивно зрозумілим інтерфейсом та мінімальним набором режимів та функцій, які перетворюють ваш смартфон чи комунікатор на просту, але досить функціональну навігаційну систему, Якою може користуватися навіть дитина.

А якщо з'єднати GPS-інтерфейс із GSM-функціями смартфона або комунікатора, то можна буде організувати навіть шпигунське стеження. Наприклад, такі продукти, як WorldTracker SMS (http://www.trackingtheworld.com/wtsms.htm) дозволяють відстежувати переміщення будь-якого предмета в режимі реального часу. Принцип роботи подібного пристроюдуже простий - невеликий приладчик, який кріпиться до автомобіля, сумки або будь-якого іншого предмета, час від часу відсилає SMS-повідомлення на телефон свого власника із зазначенням поточного розташування (тобто координат об'єкта, що відстежується). Дані при цьому WorldTracker SMS отримує за допомогою GPS-ресивера із вбудованим чіпом SiRF Star III. А використання карти місцевості від Google дозволяє визначати координати об'єкта з точністю до 3 м у 95% випадків. Ще простіше стежити за об'єктом не SMS, а в онлайновому режимі по web-інтерфейсу.

Втім, крім шпигунства, такі системи мають і більш серйозні функції. Скажімо, навігаційний реєстратор «Граніт Навігатор» (http://suntel.biz/) встановлюється на вантажних та легкових автомобілях та дозволяє під час руху реєструвати їхнє місце розташування, швидкість, напрямок руху, а також технічний стан. За допомогою спеціального програмного забезпечення диспетчер автопарку може проводити аналіз маршруту руху автомобілів, відображати маршрути на карті міста чи району, планувати роботу та готувати звітну документацію.

Існує також цілий ряднавігаційних програм, написаних на Java і запускаються прямо на мобільному телефоні. Єдина проблема, яка може виникнути при використанні телефону як інтерфейс GPS-навігатора, - це необхідність поєднання апарата із зовнішнім GPS-модулем. Найпростішим варіантом, звичайно, буде тандем з телефону з підтримкою Bluetooth та бездротового GPS-приймача (GPS-миші). Подібну програму-мідлет, яка повноцінно замінить вам будь-який навігатор, пропонує на своєму сайті німецький розробник Томас Бауер (Thomas Bauer). Програма odGPS 1.5 J2ME Edition розповсюджується абсолютно безкоштовно та працює на будь-яких мобільних телефонах та КПК з підтримкою J2ME-специфікацій CLDC 1.1 (Connected Limited Device Configuration Specification) та MIDP 2.0 (Mobile Information Device Profile Specification). Автор протестував цей Java-мідлет на цілій низці телефонів (Siemens, Nokia та Sony Ericsson) і пропонує спеціальні версії для підтримки специфічних особливостейтих чи інших апаратів та інтерфейсів сполучення з GPS-приймачами (http://www.biketransalp.de/html/download_odgps.html).

Є й інші подібні розробки - GPSWatch (http://www.i10n.com/home) і MobiTrack (http://www.mapriga.com/GPS_BT/index.htm). Остання програманавіть має версію з російськомовним інтерфейсом. На жаль, багато таких мідлетів працюють тільки у їх розробників (до того ж Java-мідлети дуже вимогливі до ресурсів), але це напевно лише доти, поки GPS-навігація в телефонах не стане масовим явищем і за розробку подібних додатків не візьмуться. серйозні компанії-розробники.

Замість ув'язнення

Отже, на ринку пропонуються цілком добротні та недорогі рішення із затребуваною сьогодні функцією GPS-навігації. Таку функцію можна отримати у КПК, комунікаторі або навіть у мобільному телефоні. Подібне портативний пристрійможна порекомендувати в першу чергу тим, хто пересувається пішки або навіть на громадському транспорті, проте потребує GPS-навігації. В умовах сучасного мегаполісу така потреба дуже актуальна, а тим, хто збирається подорожувати в глухому лісі, вона і зовсім необхідна. Можливо, що для навігації в автомобілі вам знадобиться більший екран і ви віддасте перевагу КПК і комунікаторам Tablet PC або UMPC.

Однак лондонські таксисти, наприклад, які для отримання ліцензії складають найжорсткіший у світі іспит з орієнтування в рідному місті, досі вважають за краще покладатися на власну пам'ять. Це не дивно, адже їм для складання іспиту з метою отримання заповітного права на свою роботу потрібно знати 320 стандартних маршрутів, основні вулиці, дороги, а також безліч найкоротших шляхів та основних громадських будівель. Звичайно, згодом ситуація може змінитися, проте поки що у досвідчених водіїв визначення найбільш оптимальних маршрутів виходить швидше і точніше, ніж у GPS-навігаторів. А багато хто і зовсім не сприймає серйозно пристрої навігації, принаймні до тих пір, поки вони не навчаться показувати дійсно точну та оперативну інформацію про трафік та пробки на дорогах.