Plataforma GNSS corta energia, tempo para a primeira correção

A U-blox revelou o M10, sua mais recente plataforma GNSS (Global Navigation Satellite System) para aplicações de posicionamento de baixa potência. Projetado inteiramente internamente, o U-blox M10 se encaixa em uma ampla gama de aplicações, como relógios esportivos, rastreadores de mercadorias e etiquetas de gado, tudo em um formato pequeno e com bateria de longa duração.

O M10 está equipado com a tecnologia Super-S da empresa, que ajuda a filtrar ruídos e distinguir sinais de posicionamento. O dispositivo pode adquirir dados simultaneamente de até quatro constelações GNSS, mesmo em ambientes inóspitos, como cânions urbanos. Os arranha-céus bloqueiam a linha de visão entre os satélites e os receptores, tornando extremamente difícil para os receptores GNSS travar os sinais emitidos pelos satélites em órbita por tempo suficiente para se localizar continuamente. Aumentar o número de satélites pode fazer uma diferença significativa.

Em um EE Times entrevista, Bernd Heidtmann, gerente de produto de posicionamento da U-blox AG, destacou como o M10 é projetado para consumir 12 mW em modo de rastreamento contínuo, uma redução de cerca de 5 vezes em relação à tecnologia anterior da empresa controladora (M8).

“A tecnologia Super-S otimiza o consumo de energia e a precisão com sinais fracos ou pequenas antenas. O curto tempo para a primeira correção (TTFF) garante baixo consumo de energia e o recurso de compensação de sinal fraco melhora a precisão da posição ”, disse Heidtmann.

Figura 1:u-blox M10 e u-blox M8 (Fonte:u-blox)

Plataforma GNSS

Como confiamos cada vez mais no posicionamento por satélite, continuamos esperando uma maior precisão posicional. Graças à redução dos custos da eletrônica de hardware e software, houve uma grande expansão em termos de aplicações e casos de uso.

O Sistema Global de Navegação por Satélite Galileo da UE permite que os receptores GNSS garantam que os sinais de satélite estão realmente vindo dos satélites Galileo e não foram modificados. Essa abordagem torna mais difícil para os hackers fazerem seu "trabalho". A constelação GNSS europeia será a primeira a oferecer mensagens de navegação autenticadas gratuitas para usuários civis.

Galileo é o Sistema Global de Navegação por Satélite Europeu (GNSS), desenvolvido para fornecer posição, navegação e informações meteorológicas para usuários em todo o mundo. Ao contrário de outros sistemas GNSS, o Galileo é administrado por um órgão civil, a Agência Espacial Europeia (ESA), e foi projetado em resposta às necessidades de diferentes comunidades de usuários.

O segmento de satélite Galileo envolve o uso de 30 satélites (24 operacionais e 6 sobressalentes), em órbita a uma altitude de mais de 23.000 quilômetros. Os satélites serão distribuídos uniformemente em três planos orbitais e cada um levará cerca de 14 horas para orbitar a Terra.

A abordagem de segurança usada consiste em afixar uma assinatura de autenticação criptografada para mensagens de navegação GNSS, que pode ser usada para verificar mensagens com base em uma abordagem de chave simétrica / assimétrica híbrida. A autenticação de dados GNSS desempenhará um papel importante em sistemas avançados de assistência ao motorista, direção autônoma ou qualquer número de atividades de negócios arriscadas.

Hardware U-blox

O U-blox M10 foi projetado para consumir 12 mW no modo de rastreamento contínuo, mantendo o consumo baixo para aplicações alimentadas por bateria. A sensibilidade de RF aumentada do M10 também reduz o tempo que leva para a plataforma alcançar uma primeira posição fixa quando inicializada, funcionando bem mesmo com antenas pequenas.

“O tamanho do chip U-blox M10 é 4 × 4 mm em um pacote QFN. O módulo “MAX” permite a integração sem a necessidade de componentes externos. O formato “ZOE” tem a mesma funcionalidade dos módulos MAX e NEO. E este é o chamado sistema em um pacote. Tem a mesma funcionalidade do módulo max, mas embalado em apenas 20 milímetros quadrados ”, disse Heidtmann.

Figura 2:os três módulos, a partir da esquerda:pacote QFN, módulo MAX e fator de forma ZOE (Fonte:u-blox)

Dois testes realizados na Austrália e na Alemanha mostraram que mesmo em ambientes hostis onde grandes edifícios podem obscurecer o sinal, o Super-S e o modo “Super-E” aprimorado permitem ainda mais redução de energia com taxas de atualização mais baixas, otimizando a medição onde o sinal é muito baixo (figura 3).

A tecnologia Super-S aborda dois desafios comuns encontrados no rastreamento industrial e casos de uso vestíveis:sinais GNSS fracos e posicionamento inadequado da antena, mas também fatores como mau tempo, vistas obstruídas do céu e desfiladeiros urbanos afetam adversamente a qualidade dos sinais GNSS que alcançam o posicionamento receptor, reduzindo o desempenho de posicionamento. A tecnologia u-blox Super-S combina 2 tamanhos diferentes para lidar com essas situações.

Os receptores GNSS podem estar em duas fases operacionais:a fase de aquisição e a fase de rastreamento. Na primeira fase, há maior sensibilidade, e o tempo de aquisição é reduzido ao se obter uma posição com maior probabilidade e consumindo pouca energia. Na próxima fase, o objetivo é manter a posição.

Figura 3:Disponibilidade máxima de posição com recepção simultânea de 4 GNSS na Austrália (Fonte:u-blox)

Figura 4:Compensação de sinal fraco na Alemanha (Fonte:u-blox)

“Se você olhar a foto, à esquerda da figura 3, verá um um e um dois. Com o número um, você vê que os edifícios não são tão altos quanto no número dois. E se você olhar para a direita, verá todas essas linhas coloridas caírem, e o verde é o verdadeiro caminho, realmente a verdadeira posição. Depois, há M8 amarelo e M10 em azul. E para o número um, você vê que quase não há diferença. Eles relatam basicamente a verdadeira situação. Mas se você olhar para o número dois, verá uma diferença. A linha amarela está a cerca de 20 metros de distância do verde. E a linha azul fica a cerca de 10 metros de distância do verde. E lá nós vemos em tal cenário, onde você tem edifícios realmente altos em áreas urbanas profundas, faz uma diferença ter 4 GNSS ”, disse Heidtmann.

Ele acrescentou:“se você estiver nesta área, não poderá ver todos os satélites porque os edifícios lhe darão uma sombra. E se você pode ouvir todas as quatro constelações, você alcançará mais satélites. E então, é claro, isso dá a você um benefício, porque sempre há uma seleção. Assim, o receptor examinará todos os satélites disponíveis e, a seguir, selecionará o máximo de 30 sinais para rastrear. Mas é claro que, nesta situação, você não tem 30, você tem sorte se tiver oito ou nove ”, disse Heidtmann

Antenas pequenas ou localizações de antenas ruins levam a uma intensidade de sinal de RF ruim. A compensação de sinal fraco muda o comportamento do receptor para adotar essa situação. “Os testes de direção mostraram uma melhoria> 25% na precisão de posição e velocidade”, disse Heidtmann.

Figura 5:diagrama de blocos de M10 (Fonte:u-blox)

Figura 6:u-blox M10 e M8 em comparação (Fonte:u-blox)

O u-blox M10 apresenta detecção avançada de falsificação e interferência. “Ataques de spoofing e jamming são detectados e relatados ao host. Detecção de spoofing baseada na análise de dados brutos GNSS e mitigação de ataques de spoofing usando um sinal autenticado (Galileo OS-NMA) ”, disse Heidtmann.

As aplicações críticas precisam saber quanta confiança podem depositar nos dados adquiridos pelos receptores. O nível de proteção descreve o erro máximo de posição e quantifica a confiabilidade do sistema. Este nível é influenciado por todas as fontes de erro que comumente afetam as soluções GNSS.

“Se, por exemplo, um receptor GNSS determina sua posição com um nível de proteção de 95% de um metro, há apenas 5% de probabilidade de que a posição relatada esteja a mais de um metro de sua posição real”, disse Heidtmann.

As inovações em sistemas e tecnologias relacionadas ao setor de GNSS (Global Navigation Satellite System) são um processo em constante e rápida evolução. A precisão instantânea do GPS nesses níveis estava reservada para a Defesa dos Estados Unidos, mas isso desencadeou a corrida para a criação de sistemas alternativos mais confiáveis ​​que deram origem ao GNSS (Global Navigation Satellite Systems) com contribuições de vários países ao redor do mundo, como o russo GLONASS , o Beidou chinês e o Galileo europeu. Os dados do Galileo ajudam a localizar balizas e resgatar pessoas em perigo em todos os tipos de ambientes.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Vezes.

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