GNSS 플랫폼은 전력을 절감하고 첫 번째 수정 시간을 단축합니다

U-blox는 저전력 포지셔닝 애플리케이션을 위한 최신 GNSS(Global Navigation Satellite System) 플랫폼인 M10을 공개했습니다. 자체적으로 완전히 설계된 U-blox M10은 스포츠 시계, 상품 추적기, 가축 태그와 같은 다양한 애플리케이션에 적합하며 모두 작은 폼 팩터와 매우 긴 배터리 수명을 제공합니다.

M10에는 노이즈를 필터링하고 위치 신호를 구별하는 데 도움이 되는 회사의 Super-S 기술이 탑재되어 있습니다. 이 장치는 도심 협곡과 같이 척박한 환경에서도 최대 4개의 GNSS 별자리에서 데이터를 동시에 수집할 수 있습니다. 고층 빌딩은 위성과 수신기 사이의 가시선을 차단하므로 GNSS 수신기가 지속적으로 위치를 찾을 수 있을 만큼 충분히 오랫동안 궤도에 있는 위성에서 방출되는 신호를 고정하기가 매우 어렵습니다. 위성 수를 늘리면 상당한 차이를 만들 수 있습니다.

EE Times에서 인터뷰에서 U-blox AG의 제품 관리자 포지셔닝인 Bernd Heidtmann은 M10이 어떻게 연속 추적 모드에서 12mW를 소비하도록 설계되었는지 강조했습니다. 이는 모회사의 이전 기술(M8)보다 약 5배 감소한 것입니다.

“Super-S 기술은 약한 신호나 작은 안테나로 전력 소비와 정확도를 최적화합니다. 짧은 TTFF(time-to-first-fix)는 낮은 전력 소비를 보장하고 약한 신호 보정 기능은 위치 정확도를 향상시킵니다.”라고 Heidtmann이 말했습니다.

그림 1:u-blox M10 및 u-blox M8(출처:u-blox)

GNSS 플랫폼

우리가 점점 더 위성 위치 결정에 의존함에 따라 우리는 더 높은 위치 정확도를 계속 기대하고 있습니다. 하드웨어 및 소프트웨어 전자 비용 절감 덕분에 응용 프로그램 및 사용 사례가 크게 확장되었습니다.

EU의 글로벌 항법 위성 시스템 Galileo를 통해 GNSS 수신기는 위성 신호가 실제로 Galileo 위성에서 전송되고 수정되지 않았는지 확인할 수 있습니다. 이 접근 방식은 해커가 "일"을 수행하는 것을 더 어렵게 만듭니다. 유럽 ​​GNSS 별자리는 민간 사용자에게 무료로 인증된 항법 메시지를 제공하는 최초의 국가가 될 것입니다.

Galileo는 전 세계 사용자에게 위치, 탐색 및 날씨 정보를 제공하기 위해 개발된 유럽 GNSS(Global Navigation Satellite System)입니다. 다른 GNSS 시스템과 달리 Galileo는 시민 단체인 유럽 우주국(ESA)에서 관리하며 다양한 사용자 커뮤니티의 요구에 부응하여 설계되었습니다.

갈릴레오 위성 세그먼트는 23,000km 이상의 고도에서 궤도에 있는 30개의 위성(운영 24개, 예비 6개)을 사용합니다. 위성은 3개의 궤도면에 고르게 분포되며 각각은 지구를 도는 데 약 14시간이 걸립니다.

사용된 보안 접근 방식은 GNSS 탐색 메시지에 암호화된 인증 서명을 부착하는 것으로 구성되며, 이는 하이브리드 대칭/비대칭 키 접근 방식을 기반으로 메시지를 확인하는 데 사용할 수 있습니다. GNSS 데이터 인증은 고급 운전자 지원 시스템, 자율 주행 또는 여러 위험한 비즈니스 활동에서 중요한 역할을 합니다.

U-blox 하드웨어

U-blox M10은 연속 추적 모드에서 12mW를 소비하도록 설계되어 배터리 구동 애플리케이션의 전력 소모를 낮게 유지합니다. M10의 향상된 RF 감도는 또한 플랫폼이 초기화될 때 첫 번째 고정 위치에 도달하는 데 걸리는 시간을 줄여 작은 안테나에서도 잘 작동합니다.

“U-blox M10 칩 크기는 QFN 패키지에서 4x4mm입니다. "MAX" 모듈을 사용하면 외부 구성 요소 없이 통합할 수 있습니다. "ZOE" 폼 팩터는 MAX 및 NEO 모듈과 동일한 기능을 가지고 있습니다. 그리고 이것은 패키지의 소위 시스템입니다. 최대 모듈과 동일한 기능을 가지고 있지만 20제곱밀리미터에 불과합니다.”라고 Heidtmann이 말했습니다.

그림 2:왼쪽부터 QFN 패키지, MAX 모듈 및 ZOE 폼 팩터(출처:u-blox)의 세 가지 모듈

호주와 독일에서 수행된 두 가지 테스트에 따르면 대형 건물이 신호를 가릴 수 있는 열악한 환경에서도 Super-S와 개선된 "Super-E" 모드는 낮은 업데이트 속도로 훨씬 더 많은 전력 감소를 허용하여 신호가 있는 곳에서 측정을 최적화합니다. 매우 낮습니다(그림 3).

Super-S 기술은 산업 추적 및 웨어러블 사용 사례에서 발생하는 두 가지 일반적인 문제를 해결합니다. 약한 GNSS 신호 및 부적절한 안테나 위치 지정뿐 아니라 악천후, 방해받은 하늘 전망 및 도시 협곡과 같은 요인도 위치에 도달하는 GNSS 신호의 품질에 부정적인 영향을 미칩니다. 수신기, 포지셔닝 성능 감소. u-blox Super-S 기술은 이러한 상황에 대처하기 위해 2가지 다른 크기를 결합합니다.

GNSS 수신기는 획득 단계와 추적 단계의 두 가지 작동 단계에 있을 수 있습니다. 첫 번째 단계에서는 감도가 더 높고, 더 높은 확률로 위치를 획득하고 적은 에너지를 소모하여 획득 시간이 단축됩니다. 다음 단계에서는 그 위치를 유지하는 것이 목표입니다.

그림 3:호주에서 4개의 GNSS 동시 수신을 통한 최대 위치 가용성(출처:u-blox)

그림 4:독일의 약한 신호 보상(출처:u-blox)

“그림을 보면 그림 3의 왼쪽에 하나와 둘이 보입니다. 1번을 보면 건물이 2번처럼 높지 않다는 것을 알 수 있습니다. 그리고 오른쪽을 보면 모든 색상의 선이 줄기를 이루고 있고 녹색이 실제 경로, 실제 위치입니다. 그런 다음 M8 노란색과 M10 파란색이 있습니다. 그리고 1위의 경우 거의 차이가 없음을 알 수 있습니다. 그들은 기본적으로 실제 상황을 보고합니다. 그러나 두 번째 숫자를 보면 차이가 있음을 알 수 있습니다. 노란색 라인은 그린에서 약 20m 떨어져 있습니다. 그리고 파란색 라인은 그린에서 약 10m 떨어져 있습니다. 그리고 우리는 깊은 도시 지역에 정말 높은 건물이 있는 시나리오에서 4개의 GNSS를 갖는 것이 차이가 있음을 알 수 있습니다.”라고 Heidtmann이 말했습니다.

그는 “이 지역에 있으면 건물이 그림자를 드리우므로 모든 위성을 볼 수는 없다. 그리고 4개의 별자리를 모두 들을 수 있다면 더 많은 위성을 따라잡을 수 있습니다. 물론 항상 선택 사항이 있기 때문에 이점이 있습니다. 따라서 수신기는 사용 가능한 모든 위성을 살펴본 다음 추적할 최대 30개의 신호를 선택합니다. 하지만 물론 이 상황에서는 30개가 아니라 8개 또는 9개가 있으면 운이 좋은 것입니다.”라고 Heidtmann이 말했습니다.

작은 안테나 또는 잘못된 안테나 위치는 RF 신호 강도를 낮춥니다. 약한 신호 보상은 이러한 상황에 맞게 수신기 동작을 변경합니다. Heidtmann은 "드라이브 테스트에서 위치 및 속도 정확도가 25% 이상 개선된 것으로 나타났습니다."라고 말했습니다.

그림 5:M10의 블록 다이어그램(출처:u-blox)

그림 6:u-blox M10 및 M8 비교(출처:u-blox)

u-blox M10은 고급 스푸핑 및 방해 전파 탐지 기능을 제공합니다. “스푸핑 및 방해 전파 공격이 감지되어 호스트에 보고됩니다. GNSS 원시 데이터 분석을 기반으로 한 스푸핑 탐지 및 인증된 신호(Galileo OS-NMA)를 사용한 스푸핑 공격 완화”라고 Heidtmann은 말했습니다.

중요 애플리케이션은 수신자가 수집한 데이터에 대해 얼마나 확신을 가질 수 있는지 알아야 합니다. 보호 수준은 최대 위치 오류를 설명하고 시스템의 신뢰성을 수량화합니다. 이 수준은 일반적으로 GNSS 솔루션에 영향을 미치는 모든 오류 소스의 영향을 받습니다.

Heidtmann은 "예를 들어 GNSS 수신기가 1미터의 95% 보호 수준으로 위치를 결정한다면 보고된 위치가 실제 위치에서 1미터 이상 떨어져 있을 확률은 5%에 불과합니다"라고 말했습니다.

GNSS(Global Navigation Satellite System) 부문과 관련된 시스템 및 기술의 혁신은 지속적이고 빠르게 진화하는 과정입니다. 이 수준에서 GPS의 즉각적인 정확도는 미 국방부를 위해 남겨두었지만, 이로 인해 러시아 GLONASS와 같은 전 세계 여러 국가의 공헌으로 GNSS(Global Navigation Satellite Systems)가 탄생한 보다 안정적인 대체 시스템을 만들기 위한 경쟁이 촉발되었습니다. , 중국 Beidou 및 유럽 Galileo. 갈릴레오 데이터는 신호를 찾고 모든 종류의 환경에서 곤경에 처한 사람들을 구조하는 데 도움이 됩니다.

>> 이 기사는 원래 자매 사이트인 EE에 게시되었습니다. 시간.

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