3D poloha GPS přijímače vs počet družic

Vše co se týká železa značky Garmin.

Re: 3D poloha GPS přijímače vs počet družic

Odeslatod Path » 26.05.11 2:10 (Čt)

GPS čipset SiRF III potřebuje naprosto stejný počet satelitů pro určení polohy stejně jako kterýkoli jiný přijímač. Jeho instrukční sada (a konstrukční vlastnosti) sice umožňuje vypočítat polohu i pokud zachytí signál z jediné družice, ale pořád se jedná se o matematický model, který v čase velmi rychle degraduje, tzn. předpokládá jednak konstantní výšku (případně rychlost) vypočtenou z předchozího měření. SirF III je fajn, obdivujeme jeho schopnost zpracování nízkoúrovňových signálů a rychlost studených a teplých startů, ale když nezachytí alespoň čtyři satelity, tak nám původní polohu v prostoru zkrátka nevypočítá. Nebo i vypočítá a dokonce zahlásí přesnost na tři metry, ale reálná naše poloha bude jiná.

Co se týká externích snímačů, jako např. tříosé gyrosnímače, pak se jedná opět POUZE o aplikační řešení inerciální navigace, která doplňuje primární satelitní navigaci ve ztížených observačních podmínkách (hustý porost, zástavba, tunely, selhání primárního systému atp.). Neplatí, že by primární navigační systém (GPS) využíval k určení polohy sekundárních měření (doplňkové měření z externích snímačů, tlakových a tepelných senzorů, lokátorů, radarů atp.), resp. jediný vstup do GPS přijímače/čipsetu je družicový signál, případně signál z pseudolitů. Jinak řečeno, GPS přijímač pouze chrlí polohové informace.

Naopak aplikační řešení s vypovězením primárního systému může/musí počítat a každý obor, který je na na polohových datech závislý (armády, letectví, průmysl, námořní doprava) si je toho vědom a vynakládá obrovské finanční sumy, právě do systémů sekundárních navigací nebo aplikací, které mají za úkol přesně vyhodnotit polohu, případně rychlost (čas se využívá z primárního systému). Pokud přesnost GPS systému není dostatečná nebo věrohodná využíváme jiného systému.

Jiný případ je u běžně dostupných GPS přijímačů, které používáme my a kde se polohové informace standardně opírají o kontinuálně měřená data ze systému GPS. Máme zde i přístroje s barometrickým snímačem, které se snaží eliminovat poměrně velkou chybu měření polohy ve výšce. Uživateli se pak zobrazuje odhad výšky, která vychází z měřených hodnot snímače, i když se jedná o korekci měření polohy GPS ve vertikální ose. Teď by někdo mohl namítat, že tady máme přesně tu výšku, kterou potřebujeme, ale jak už jsme zmínil, jedná se pouze o korekci.

Navíc, i kdyby jsem stál na nivelačním bodu a zadal výšku, GPS přijímač si ji stejně bude počítat sám. A kdybych mu přeci jen mohl tuto velinu podsunout a čekat na tři družice, protože potřebuji pouze polohu v ose x a z, přijímač by mi vrátil polohu stejně nepřesnou, protože se vypočítané pseudovzdálenosti (vektory mezi satelity a anténou přijímače) nesejdou v jediném bodu - anténě přijímače. Teď můžeme začít spekulovat o jak moc nepřesnou polohu. A budou to spekulace, protože sotva kdo spočítá, kde se mezi těmito body nachází náš přijímač. Já si troufám tvrdit, že při ideálním rozestavení družic minimálně desítky metrů.
Obrázek uživatele
Path
Site Admin
 
Příspěvků: 3406
Registrace: 15.05.07 23:15 (Út)

Re: 3D poloha GPS přijímače vs počet družic

Odeslatod Monoid » 27.05.11 10:56 (Pá)

Urcite se shodneme na tom, ze pro urceni polohy pomoci GPS bez pouziti dalsich apriornich informaci nebo predpokladu (znama vyska, predpoklad, ze se pohybujeme po zemi + DEM model a podobne) s presnosti cca 15 m v cca 95% pripadu je potreba alespon 4 druzic.

Ve starych Garminech z pred SIRF doby bylo mozne zadat svou vysku a diky tomu bylo mozne urcit svou polohu i s tremi druzicemi. Pokud znam svou vysku, staci mi k plnemu a presnemu urceni 3D polohy 3 druzice. Je to logicke. Mam 4 nezname X, Y, Z a posun casu GPS pristroje a k tomu potrebuji 4 rovnice (4 satelity). Pokud mam k dispozici informaci o vysce, mam pouze 3 nezname a potrebuji pouze 3 satelity.

V pripade SIRF III. Pokud jedu v polabske nizine (po rovine) a cip z predchozich mereni zna vysku. Pak pokud najednou budu mit k dispozici pouze 3 satelity, tak budu mit presne urceni polohy, ktere nebude degradovat v case. Pokud budu menit svou vysku pouze cca +-5 m tak mohu krizovat polabskou nizinou s tremi satelity treba pul roku a pozice bude urcovana spravne. Nejsem si uplne jisty, ale mam dokonce dojem, ze jde SIRFu zadat pozadovanou vysku, takze pokud by to umoznoval firmware GPS pristroje melo by byt mozne prijit k nivelaku, zapnout GPS, zadat spravnou vysku a s tremi satelity urcit presne (+-15 m) pozici nivelaku.

Jinak mate pravdu, ze v pripade jinych cidel (gyroskop, rychlomer, ...) tato mereni nevstupuji primo do vypoctu GPS polohy, ale jsou pouzivany pomoci kalmanovych filtru, jako dodatecna zpresnujici informace.

Ovsem nemusi to byt v aplikacnim SW, ale primo v GPS cipu. Je samozrejme k diskuzi, co jeste je GPS cip atd. Stale vice funkcnosti se presunuje do GPS cipu, puristicky vzato vsak jiz primo nesouviseji se zpracovanim GPS signalu a urcenim polohy na jeho zaklade.

GPS cip by take mohl pouzivat DEM model a pokud by vedel, ze urcovana pozice lezi na zemskem povrchu, tak by i bez predchozi znalosti vysky mohl v cca 90% pripadu urcit pozici ze 3 satelitu s velmi slusnou presnosti. Nefungovalo by to v horach, kde je velka vyskova clenitost, treba Alpach. Nevim, ze by takovy cip existoval, ale bylo by to prijemne, zejmena v mestskych kanonech, kdyz clovek zapne GPS a druzic je pomalu.

EDIT:
Tady je odkaz na GPS cip, ktery vyuziva informace z gyroskopu, rychlost vozidla, pripadne rychlost otaceni jednotlivych kol.
http://www.u-blox.com/images/downloads/Product_Docs/u-blox_Automotive_Dead_Reckoning_whitepaper.pdf
Monoid
 
Příspěvků: 215
Registrace: 15.04.08 9:25 (Út)

Re: 3D poloha GPS přijímače vs počet družic

Odeslatod Path » 30.05.11 15:56 (Po)

Mno, nepamatuji se, že bych kdy držel v ruce nějaký model, který umožňoval ruční zadání nadmořské výšky pro výpočet polohy z omezeného počtu družic. Pokud nějaký přijímač umožňoval zadat známou výšku, tak jen pro korekci vypočítané výšky. Zkouším se zamýšlet nad důvodem, proč by to výrobce vůbec umožňoval, ale nic konkrétního mě nenapadá. Jiná věc je ruční nastavení polohy v rovině pro úsporu času při prvním fixu reálné polohy.

Chtěl jsem přihodit výsledky testovacího měření polohy v rovině za pomoci GPS přijímačů s klasickou architekturou, čipem SiRF a MediaTek, žel nedohledal jsem. Pravděpodobně jsem měl data na disku, který mi před časem umřel. Kromě jiného, zanalyzované protokoly NMEA jednoznačně prokázaly výrazné výkyvy měřené výšky (plus minus desítky metrů na 10 družic a vynikající PDOP), ať už byla anténa všech přijímačů v klidu nebo v pohybu. Měření probíhalo na ploše letiště, která sice nebyla v absolutní rovině, ale sklon nebyl až tak významný.

Pokud máte nějaký GPS přijímač s čipsetem SiRF, možností zápisu NMEA a patch anténou, zkuste si provést zjednodušený test, kde nějakým vhodným materiálem zastíníte např. polovinu horizontu, případně jinou kombinaci pro výhodnější geometrické rozestavění družic (alespoň jednu v nadhlavníku). Pokud se vám to podaří vykrýt tak, že budete chytat tři družice po delší časový úsek - pár minut bude stačit, rád se pak na zaznamenaný protokol podívám. Sám ještě nevím, jestli se do budoucna dostanu k dalším měřením, ale rád bych provedl sérii několika dalších včetně využití referenčních stanic. Uvidíme.
Obrázek uživatele
Path
Site Admin
 
Příspěvků: 3406
Registrace: 15.05.07 23:15 (Út)

Re: 3D poloha GPS přijímače vs počet družic

Odeslatod Monoid » 30.05.11 19:40 (Po)

Zadat vysku, pokud bylo malo druzic umoznovaly stare Garminy (z doby pred eTrexy). Modely z doby pred rokem 2000. Mam jeste k dispozici par kousku G12XL, ale ne ted momentalne po ruce. Schvalne to vyzkousim, zda to skutecne funguje, tak jak jsem popisoval. Nejsem si jisty, zda to tento model umoznuje nebo to umely jeste starsi modely. Zacinal jsem s osmikanalovym multiplexovanym prijimacem (8 kanalu se postupne zpracovavalo jedinym korelatorem!). Ziskat pozici v horskem udoli bylo peklo lozene a coldstart 15 minut na rovine s volnym vyhledem na nebe beznou zalezitosti.

Vyrobce umoznoval zadat vysku, aby bylo mozne urcit pozici i ze 3 druzic. :-) V davnych dobach bylo casto problematicke chytit i 3 druzice, natoz 4. Nebyly vysoce citlive prijimace, s 12ti a vice kanaly a stovkami paralelnich korelatoru. Jak jsem psal, mel jsem GPS s jednim korelatorem, ktery se postupne prepinal na jednotlive druzice. Zachytit a udrzet druzice pri horsich prijmovych podminkach byla velka fuska.

Bohuzel bydlim v mestskem kanonu, takze pro experiment se SIRFem bych musel vyrazit nekam do prirody... I kdyz muj Magellan mozna bude umoznovat logovani NMEA. No a pokud mereni vysky pomoci GPS za idealnich podminek (dobre PDOP, dostatek druzic) kolisalo o desitky metru, pak tim spis zafixovani vysky a vypocet polohy ze 3 satelitu dava smysl. Pokud znam spravnou vysku, tak i pomoci 3 druzic urcim presneji svou polohu nez za bezneho stavu ze 4 druzic. (Mam 1 mereni s presnosti 1m, ostatni 3 s presnosti cca 10-15 m oproti stavu, kdy mam 4 mereni s presnosti cca 10-15 m)

Opet dodavam, ze pro urceni 3D pozice bez dalsich apriornich informaci/predpokladu jsou potreba alespon 4 druzice.
Monoid
 
Příspěvků: 215
Registrace: 15.04.08 9:25 (Út)

Re: 3D poloha GPS přijímače vs počet družic

Odeslatod Path » 31.05.11 10:43 (Út)

Ano, GPS 12XL umožňoval zadat výšku pokud nebyl přístroj schopen vypočítat 3D polohu, pamatuji na to. Tenhle kousek byla paní navigace... Jenže uvedení této proměnné, reps. konstanty, neovlivnilo přijímaná data ze samotného přijímače. Přístroj uživateli pouze interpretoval polohu v prostoru na základě jeho zadání, takže se v podstatě jednalo o úmyslné zavedení systematické chyby. Takovou aplikaci napíše průměrný programátor a uživatele to může výsledek vskutku uspokojit. A budu se opakovat, GPS čipsetu to nijak neulehčí, ten kontinuálně počítá polohu nezávisle na aplikačním rozhraní.

Dalo by se formulovat takto: Ano, k výpočtu 3D polohy stačí tři družice, pokud to přijímač umí po zadání uživatele dostatečně interpretovat v aplikačním rozhraní, ale zajímá-li nás skutečný výpočet odhadu polohy, bez minimálně čtyř družic se neobejdeme. A protože určení polohy v prostoru je základní úloha systému GPS budeme se opírat o tu druhou variantu.

Co se týká měřené polohy výšky, pak zjednodušeně můžeme říct, že pro výšku je chyba měření dvakrát větší než v horizontu. Pokud odhadovaná přesnost měření kolísala na vertikále až o desítky metrů, pak v horizontu byla v průměru dvakrát menší. A tři družice by mi výpočet nijak neusnadnily. To se spíš můžeme bavit o kvalitě antén, které se umí vypořádat s interferencí. Pro měření vlivu multipath bych ale potřeboval jiné vybavení. Pro danou konkrétní úlohu jsem nepotřeboval fix výšky, právě naopak, potřeboval jsem objektivní data. Smyslem bylo vyhodnotit přesnost GPS systému pro jeho využití v diagnostice a řešení dopravních nehod (BlackBox).
Obrázek uživatele
Path
Site Admin
 
Příspěvků: 3406
Registrace: 15.05.07 23:15 (Út)

Re: 3D poloha GPS přijímače vs počet družic

Odeslatod Monoid » 31.05.11 11:49 (Út)

Jak je to s tou 12XL a zadavanou vyskou (t.j. zda se meni vypocitana pozice v zavislosti na zadane vysce pokud jsou k dispozici pouze 3 satelity) vyzkousim az se mi dostane do ruky. Mozna tento vikend.

Je to mnoho let a mozna si to pamatuji spatne a funguje to pouze tak jak pisete (zadana vyska polohu neovlivni).

Kazdopadne 12XL (i jine GPS) rozlisuje mezi 2D a 3D resenim polohy. Nejak musi ziskat 4. mereni pro 4. rovnici. Podle me je to prave pouziti vysky (at jiz zadane nebo z predchoziho mereni). Neni problem upravit interni vypocet v GPS cipu, tak aby pozici pocital z 3 pseudovzdalenosti a vysky. Proste se vypocet provede s modifikovanou soustavou 4 rovnic, kde bude jedna rovnice s pseudovzdalenosti nahrazena rovnici s nadmorskou vyskou.

Overim to, ale myslim, ze i u SIRF III jde do GPS cipu zadat aktualni vysku, kterou pouzije pokud ma mene nez 4 satelity.

EDIT:
Tak jsem se podival, jak je to u SIRF III.

Pro cip jde nastavit:
Altitude hold Mode: Auto/Always/Disable
Altitude Hold Source: Last Computed/User Input
Altitude: uzivatelska hodnota

Pokud nastavim Altitude Hold Mode na Always, Altitude Hold Source na User Input a Altitude na 1000 m,
tak mi se tremi i ctyrmi satelity ukazuje vysku 1000 m n.m. (Ja jsem ve vysce cca 250 m)

Ve chvili, kdy zacal videt vice satelitu, zjistil, ze 1000 m je nespravna hodnota a nejde s ni spocitat stabilni reseni, tak se po asi 2 minutach zresetoval na Altitude Hold Mode: Auto, Altitude Hold Source: Last computed a zacal pocitat vysku ze satelitu.

Pokud zadam pevnou vysku 250 m, tak vyska drzi jak pribita na zadane hodnote uz pul hodiny a pocet satelitu kolisa mezi 5 a 7.

Muj zaver je, ze i moderni GPS cipy (minimalne tedy SIRF III) lze nakonfigurovat tak, aby do reseni zapocitaly i externe zadanou vysku a to dokonce bez ohledu na pocet satelitu.

Defaultni nastaveni SIRFu je Altitude Hold Mode: Auto, Altitude Hold Source: Last computed
To asi znamena, ze pokud ma 3 a mene satelitu, pouzije pro vypocet polohy posledni znamou vysku, coz je pomerne logicke.

EDIT2:
Tak jsem vyzkousel, ze SIRF III jde nakonfigurovat, aby mi ukazoval vysku 1500 m a pak mi ukazuje pozici o cca 650 metru jinde. A to at ma k dispozici 3 satelity nebo 4 satelity. Pri vice satelitech nedokaze spocitat polohu.

Zda je znama vyska pouzita pro vypocet 3D pozice zavisi na nastaveni GPS cipu uzivatelskou aplikaci. Nic nebrani tomu, aby GPS cip pouzival pro zpresneni polohy (nebo urceni polohy, pokud jsou k dispozici pouze 3 satelity) data z vyskomeru nebo vysku zadanou uzivatelem.
Monoid
 
Příspěvků: 215
Registrace: 15.04.08 9:25 (Út)

Re: 3D poloha GPS přijímače vs počet družic

Odeslatod Monoid » 01.06.11 11:10 (St)

Path napsal:Co se týká měřené polohy výšky, pak zjednodušeně můžeme říct, že pro výšku je chyba měření dvakrát větší než v horizontu. Pokud odhadovaná přesnost měření kolísala na vertikále až o desítky metrů, pak v horizontu byla v průměru dvakrát menší. A tři družice by mi výpočet nijak neusnadnily.


Myslel jsem to tak, ze presnost mereni pseudovzdalenosti k druzici je cca 10-15 m. Presnost urceni horizontalni polohy (pro 4 druzice) pak je rekneme 5-10 m, presnost urceni vysky rekneme 1.5-2x vetsi. Je to dane tim, ze vypocet vysky je matematicky mnohem citlivejsi na chyby mereni nez horizontalni poloha.

Ovsem chyba urceni vysky take znamena chybu urceni horizontalni polohy. Pokud tedy mam k dispozici spravnou vysku (nebo spravnejsi vysku nez bych vypocetl z pozice druzic), tak mohu urcit i horizontalni polohu presneji. Kdyz uz nic jineho, tak mam o jednu rovnici navic a mohu horizontalni pozici resit jako preurcenou soustavu rovnic.

Pokud mam treba 4 druzice a presnou vysku (treba z nivelaku), tak jsem na tom podstatne lepe, nez kdybych mel 5 druzic a to proto, ze jedno mereni (vysku) mam urceno presne a ne s chybou 10-20 m (nebo 10-15 m u pseudovzdalenosti). Stale mluvim o vypoctu pozice v GPS cipu, ne v aplikacnim SW.

Vcera jsem zkousel, co udela SIRF III, pokud ho donutim pouzit pro vypocet pozice uzivatelem zadanou vysku. Zadal jsem vysku 1500 m a projizdel Prahou. GPS drzela vysku na 1500 m a horizontalni pozice byla mimo o cca 700 m. Takze evidentne zadanou vysku pouziva pro reseni 3D pozice.
Monoid
 
Příspěvků: 215
Registrace: 15.04.08 9:25 (Út)

Re: 3D poloha GPS přijímače vs počet družic

Odeslatod Path » 01.06.11 13:44 (St)

Monoid napsal:... Vcera jsem zkousel, co udela SIRF III, pokud ho donutim pouzit pro vypocet pozice uzivatelem zadanou vysku. Zadal jsem vysku 1500 m a projizdel Prahou. GPS drzela vysku na 1500 m a horizontalni pozice byla mimo o cca 700 m. Takze evidentne zadanou vysku pouziva pro reseni 3D pozice.


Z tohoto by mi taky vycházelo, že podsunutá konstanta výšky ovlivňuje přímo algoritmus v GPS čipsetu. Na čem jste to testoval a kde přesně jste zadával parametry pro SiRF? Máte po ruce záznam NMEA (pro zadanou výšku)? Rád bych ho viděl.
Obrázek uživatele
Path
Site Admin
 
Příspěvků: 3406
Registrace: 15.05.07 23:15 (Út)

Re: 3D poloha GPS přijímače vs počet družic

Odeslatod Monoid » 01.06.11 14:22 (St)

Testoval jsem to na Magellanu Mobilemapper 6 s GPS cipsetem SIRF III (firmware bych se musel podivat), ale melo by to jit na vetsine BT modelu, pokud jdou prepnout do SIRF modu (aby sel SIRF nastavit dle potreby.)

K nastaveni SIRF cipu jsem pouzil program SirfTech v 2.22. Je to WM aplikace, ale mozna je i verze pro PC. Jsou i jine utility pro nastavovani cipu SIRF III. Ja pouzivam tuto.

Nastaveni probiha tak, ze je treba pomoci daneho programu prepnout SIRF z komunikacniho protokolu NMEA na binarni SIRF. Pak se nastavi parametry, jak nakladat s vyskou. V danem programu je to volba SIRF/Mode Control a tam pak ty tri polozky, ktere jsem zminoval v predeslych prispevcich. (Defaultni nastaveni v mem pristroji je, ze vyska se pouzije posledni znama (vypoctena GPS) a tato vyska se pro reseni pouzije pouze v pripade, ze jsou 3 a mene druzice). Pak se komunikacni protokol zmeni zpet na NMEA.

Podsunuta vyska samozrejme ovlivnuje algoritmus vypoctu v GPS cipu. Proste resi trochu jinou soustavu rovnic, protoze vyska je znama (zafixovana). Ma tedy pouze 3 nezname horizontalni polohu a posun casu hodin GPS pristroje.

SIRF cipu jde nastavit i to, ze pokud ma jen 2 druzice, tak zafixuje treba offset hodin (vysku uz zafixovanou ma) a pocita pouze 2 nezname - horizontalni polohu. Nejakou chvili to muze fungovat, ale jen par jednotek, ci desitek vterin.

NMEA log nemam, pouze track log, ale pokud najdu ktera z utilit umoznuje i NMEA log, tak ho udelam (Tady je akorat problem, ze pokud je prilis dobry prijem, tak SIRF pozna, ze neco nehraje a dane nastaveni zresetuje do defaultu). Bylo docela zabavne videt, jak letim vice jak kilometr nad Prahou i kdyz jsem jel autobusem. Ani jsem nevedel, ze jde SIRF donutit k takovymto zverstvum.
Monoid
 
Příspěvků: 215
Registrace: 15.04.08 9:25 (Út)

Re: 3D poloha GPS přijímače vs počet družic

Odeslatod Path » 01.06.11 15:46 (St)

Vážně zajímavý! Na hraní dobrá věc. Znáte Franson GpsGate? Tuhle aplikaci jsem kdysi používal a i když nevím, co se v ní změnilo, měla by záznam logu zvládnout. Zkuste ji.
Obrázek uživatele
Path
Site Admin
 
Příspěvků: 3406
Registrace: 15.05.07 23:15 (Út)

PředchozíDalší

Zpět na Garmin: GPS přijímače

Kdo je online

Online uživatelé v tomto fóru: Brandwatch/Magpie [Bot], CommonCrawl [Bot] a 6 návštevníků.