gps-audit

Подробный вклад от участника сообщества GPSFan, который предоставляет глубокий обзор модулей GNSS, с особым акцентом на модули u-blox, что может быть полезно для разработчиков аппаратного обеспечения, проектирующих устройства для интеграции функциональности GPS в аппаратные проекты Meshtastic.

Типы модулей u-blox

Клоны

• Клоны, такие как Beitian, Goouu Tech, BZGNSS и VKEL, могут быть функционально эквивалентны деталям u-blox и будут иметь свою собственную маркировку на модуле.
• Иногда клоны имеют правильный объём флэш-памяти и могут обновляться по мере выхода новой прошивки, иногда — нет.

Подделки

• Подделки обычно используют чипы u-blox внутри, но имеют маркировку, похожую на u-blox, на модуле с некачественной схемой внутри.

Фальшивки

• Фальшивки имеют маркировку, похожую на u-blox, но что внутри — неизвестно, часто это другой китайский чип или 6010 с маркировкой M8.

Будьте осторожны: большинство модулей, продаваемых на Amazon, eBay, Banggood, Temu или AliExpress, относятся к одной из вышеуказанных трёх категорий.

Оригинальные модули u-blox

Digikey, Mouser, Arrow, u-blox и другие продают оригинальные детали u-blox по премиальным ценам.

Серии чипов u-blox

Серия Neo-6

Neo-6 — самая старая (хотя есть более старые детали u-blox 4 и 5), наиболее энергоёмкая, наименее производительная и с наименьшей чувствительностью. Чип 6010 поддерживает 50 каналов.

Серия Neo-7

Neo-7 поддерживает SBAS, GLONASS, а также GPS и имеет некоторые высокоточные детали (Neo-7P). Чип 7020 поддерживает 56 каналов.

Серия M8

M8 поддерживает GPS, SBAS, GLONASS, QZSS, BeiDou и Galileo, но может одновременно поддерживать только 3 основные системы. Для деталей M8 и выше QZSS и GPS всегда должны быть либо включены вместе, либо обе отключены. Чип 8030 поддерживает 72 канала.

Серия M9

M9 поддерживает все вышеуказанные созвездия, но может использовать 4 системы одновременно (SBAS и QZSS — это системы дифференцирования и в это число не входят). Чип 9140 лежит в основе продуктов M9, D9 и F9, причём F9P — это очень производительный продукт с поддержкой RTK L1/L2 или L5. Чип 9140 поддерживает 92 канала.

Серия M10

Оставляем читателю задание ознакомиться с краткими описаниями продуктов серии M10. Чип 10050 поддерживает 72 канала.

Сравнение с другими GNSS-чипами

Для сравнения: - Unicore UM980 имеет 1408 каналов - Septentrio mosaic-T имеет 448 «аппаратных каналов»

Конфигурации чипов u-blox

Чипы u-blox имеют несколько конфигураций, которые могут быть настроены производителем модуля: - Размер флэш-памяти - LNA - TCXO - SAW-фильтр - Общая схема расположения

Прошивка и протокол u-blox

Каждая серия чипов поддерживает разную и возрастающую версию протокола. Начиная с 23.01, устаревшие команды CFG были заменены другим методом конфигурации с использованием серии команд VALSET/VALGET/VALDEL. Однако даже до протокола 34 многие команды CFG всё ещё работают. Новый метод конфигурации позволяет гораздо более детальную настройку ценой сложности. Попытка поддерживать как устаревшие, так и новые методы конфигурации может быть сложной.

Уровни спецификаций протокола

Существует 3 уровня спецификаций протокола:

1. Только для внутреннего использования: Их видят только сотрудники u-blox, и они детализируют весь набор команд прошивки.

2. Ограничено NDA: OEM, покупающие большие партии деталей и подписавшие NDA, имеют доступ к ним. Немногие из них попадают в открытый доступ, и они детализируют подмножество внутренних спецификаций.

3. Публичные: Их может скачать любой с сайта u-blox. Это подмножество ограниченных NDA, и они часто содержат ошибки и пропуски.

Библиотеки и скрытые команды

• Все прошивки u-blox поддерживают скрытые или недокументированные команды.
• SparkFun имеет библиотеку конфигурации u-blox, использующую новый метод; она очень полная и сильно избыточная.

Будущие чипы u-blox

В разработке есть новые чипы/модули u-blox, а также в НИОКР; конкуренция с китайскими деталями, такими как UM980 и UC6580, должна привести к более качественным и дешёвым деталям от u-blox (на что надеемся).

Распространённые проблемы GPS

Проблемы, вызванные пользователем

Попытка захвата сигнала в помещении

• Никогда не рекомендуется пытаться получить захват сигнала в помещении.
• Сигналы GNSS очень слабые, и всё, что находится между антенной и спутником (даже атмосфера), ухудшит сигнал.
• Все помещения не одинаковы по качеству приёма сигнала.

Нереалистичные ожидания времени захвата

• Ожидать захвата сразу после включения питания нереалистично.
• Время до первого захвата (TTFF) варьируется в зависимости от того, холодный ли запуск (приёмник не имеет данных о времени/альманахе/эфемеридах), тёплый или горячий.
• Хороший приёмник в идеальных условиях может занять до 28 секунд на холодный захват.

Нетерпеливый тайм-аут

Ожидание слишком долгого времени для захвата, когда параметры приёмника могли истечь, что означает, что захват никогда не произойдёт после этого периода тайм-аута.

Использование субоптимальных созвездий

Использование только одного или двух созвездий, когда приёмник может принимать многие, — это пустая трата аппаратных ресурсов.

Плохое размещение антенны

• GNSS-антенны направленные и имеют небольшой коэффициент усиления.
• Помещение приёмника в карман или ненаправление антенны в небо снизит эффективность.

Другие причины

Качество конструкции и сборки аппаратного обеспечения

• GNSS-приёмники работают на микроволновых частотах, поэтому импеданс тракта сигнала и управление шумом важны.
• Использование хорошей внешней антенны с LNA и SAW-фильтром может уменьшить локально генерируемый шум.
• Правильные коаксиальные кабели также crucial.

Снижение затрат

Чрезмерно агрессивный подход к сокращению затрат может постепенно ухудшить производительность до полной неработоспособности приёмника.

Агрессивное управление питанием

Большинство приёмников имеют агрессивные режимы управления питанием, которые могут помешать захвату/отслеживанию в сочетании с плохим обзором неба.

Некорректная инициализация

Поддержка продуктов нескольких поколений и разных производителей приёмников делает правильную инициализацию приёмника сложной задачей.