Lassen LP GPS

1. Prezentarea generala

1.1. Vedere generala Lassen LP GPS

Lassen LP este un receptor GPS complet de urmarire in paralel a 8 canale desemnat sa opereze in frecventa L1 (1575,42 MHz), Serviciu de pozitionare standard, si cod de achizitie de proasta calitate. GPS Lassen LP achizitioneaza satelitii si ofera la iesire o pozitie fixa cum a fost alimentat. Interventia utilizatorului nu este necesara. Cand sursa secundara oprita unitatea retine almanahul, efemeridele, ultima pozitie si timpul pentru a porni mai rapid la alimentare. Setarile utilizatorului, inclusiv parametri de alimentare si optiuni de procesare sunt stocate in EEROM nonvolatil.

GPS Lassen LP are un port si o jumatate de port de comunicatii seriale. Primul port este bidirectional (include ambele linii de receptie si transmisie) si este utilizat pentru receptia de comunicatii normale. Al doilea port este doar un port receptor folosit pentru introducerea datelor de corectie diferentiale in formatul standard industrial RTCM SC-104. Caracteristicile porturilor (rate, etc.) sunt independent configurate pentru cele doua porturi.

1.2. Protocoale de interfete

Lassen LP opereaza folosind unul din cele trei protocoale: Trimble Standard Interface Protocol (TSIP), Trimble ASCII Interface Protocol (TAIP) si NMEA 0183. GPS Lassen LP suporta formatul RTCM SC-104 pentru DGPS.

Port 1

TSIP este un protocol de pachete binar puternic care permite proiectantului de sistem maximum control al configuratiei. TSIP suporta peste 40 de comenzi si raspunsul lor asociat pachetelor pentru folosite in configurarea modului receptor Lassen LP pentru a intretaia cerintele utilizatorului.

TAIP este proiectat pentru integrarea usoara in sisteme folosind doar caractere ASCII. TAIP include un numar de mesaje proiectate special pentru aplicatii de urmarire a vehiculelor.

NMEA 0138 este un protocol standard industrial obisnuit in aplicatiile marine. NMEA prevad compatibilitate directa cu alte dispozitive capabile NMEA cum ar fi desenare de harti, radare, etc. Receptorul GPS Lassen LP suporta principalele mesaje NMEA pentru navigatie GPS. Mesajele NMEA si ratele de iesire pot fi selectate la cerinta.

Port 2

Pentru operatii DGPS, modulul GPS Lassen LP este configurat pentru intrare RTCM SC-104 care este standardul industrial GPS pentru date de corectie diferentiale.

2. Interfata software

2.1. La pornire

Cand conectez la o antena GPS externa, receptorul contine toate schemele de circuit necesare sa procure automat semnalele satelitare GPS, urmareste pana la 8 sateliti GPS si calculeaza pozitia, viteza, directia si timpul. Receptorul va incepe automat sa caute si sa urmareasca semnalele satelitare GPS la pornire.

Performantele receptorului GPS la pornire este determinata in mare de disponibilitatea si acuratetea datelor efemeridelor satelitilor si de disponibilitatea almanahul sistemului GPS. Prima data cand receptorul este pornit, cauta satelitii pentru pornirea la rece (nu are almanah). In timp ce receptorul va incepe sa calculeze solutiile pozitiei in mai putin de trei minute, receptorul trebuie sa continue urmarirea satelitilor pentru aproximativ 15 minute pentru a descarca complet almanahul. Aceasta initializare nu trebuie intrerupta. Cu almanahul complet si memorat, timpul primei fixari poate fi scurtat la mai putin de 45 secunde. Receptorul va raspunde la comenzi aproape imediat dupa pornire.

2.2. Comunicand cu modulul Lassen LP

Lassen LP GPS suporta trei protocoale de mesaje:

3. Operatii de putere mica

Modul de putere joasa a aparatului Lassen LP este proiectat astfel incat receptorul sa poata lucra la grade variate de eficienta a energiei. Acestea sunt:

a)               Modul de conservare a CPU (Central Processing Unit)

b)               Modul de urmarire programata

3.1. Modul de conservare a CPU

Modul de conservare a CPU permite operatii de puteri mici cu o mica sau nici o degradare a performantelor receptorului. In modul de conservare a CPU, microprocesorul este oprit (shut down) automat cand sunt detectate cicluri inactive si trezit cand e necesar.

3.2. Modul de urmarire programata

In acest mod, microprocesorul, DSP, ceasul receptorului si antena sunt oprite pentru o perioada de repaus programata. La sfarsitul intervalului programat, ceasul intern al procesorului porneste trezirea si este executata o pornire calda sau fierbinte. Modul de urmarire programata va opera doar dupa secventa de initializare este completa.

4. Operatii si performante

Achizitia satelitilor cu aparatul Lassen LP GPS si algoritmii de urmarire pot obtine o solutie a pozitiei fara nici o initializare. Receptorul automat selecteaza si urmareste cele mai bune combinatii de sateliti pentru a calcula pozitia si viteza. Pe masura ce satelitul iese din vedere, Lassen LP automat procura sateliti noi si ii include in setul de solutii la cerere.

4.1. Mesajul satelitilor GPS

Fiecare satelit GPS transmite coduri C/A (cod de achizitie aproximativa) si date de satelit modulate pe frecventa purtatoare L1 (1575,42 MHz). Datele satelitare transmise de fiecare satelit include un almanah al satelitilor pentru intreg sistemul GPS, propriile efemeride a satelitului si propria corectia de ceas.

Datele satelitilor sunt transmise cadre de 30 de secunde. Fiecare cadru contine corectiile de ceas si efemeridele satelitului respectiv si doua pagini din 50 al almanahului sistemului GPS. Almanahul se repeta la fiecare 12,5 minute. Efemeridele se repeta la fiecare 30 de secunde.

Almanahul sistemului contine informatii despre fiecare satelit din constelatie, date despre ionosfera si mesaje speciale ale sistemului. Almanahul sistemului GPS este actualizat saptamanal si este in general valid pentru cateva luni. Efemeridele contin informatii detaliate a orbitei satelitului respectiv. Datele efemeridelor se schimba cu ora, dar sunt valide pana la patru ore. Segmentul de control GPS actualizeaza almanahul sistemului saptamanal si efemeridele din ora in ora prin trei statii de control de la sol. In timpul functionarii, aparatul Lassen actualizeaza efemeridele sale si almanahul la cerere

Achizitia satelitilor si tipul primei fixari

Pornirea la rece

Termenul pornire la rece descrie performantele receptorului GPS la pornire cand nu sunt disponibile date de navigatie. Rece semnifica ca receptorul nu are almanahul curent, efemeridele satelitilor, pozitia initiala sau timpul.

In conditia pornirii la rece receptorul automat selecteaza opt sateliti si dedica un canal de urmarire individual fiecarui satelit, pentru a cauta deplasarea Doppler in frecventa pentru fiecare satelit din set. Daca nici unul din cei opt sateliti este selectionat dupa o perioada de timp predeterminata, receptorul selecteaza alti opt noi sateliti si va repeta procesul, pana cand este selectat primul satelit. Dupa selectarea satelitilor, receptorul automat colectioneaza efemeridele si datele almanahului.

Pornirea la cald

In cazul pornirii la cald, receptorul a fost oprit pentru cel putin o ora dar are un almanah curent si o pozitie initiala si timpul stocate in memorie.

Cand conectam o bateria externa suplimentara, Lassen LP retine almanahul, pozitia aproximativa si timpul a ajuta la achizitia satelitilor si reducerea timpului primei fixari. Cand nu este folosita o bateria externa suplimentara, protocolul TSIP permite actualizarea almanahului, a pozitiei initiale si a timpului prin portul serial, pentru a initia pornirea la cald.

In timpul pornirii la cald, Lassen LP identifica satelitii care sunt asteptati sa fie in vedere, din almanahul sistemului, pozitia initiala si timpul aproximativ. Receptorul calculeaza elevatia si deplasare Doppler in frecventa pentru fiecare satelit din setul asteptat si dirijeaza cele opt canale de urmarire in cautare paralela pentru acesti sateliti.

Timpul primei fixari pentru pornirea la cald, cand receptorul a fost oprit mai mult de 60 de minute, este de obicei mai mic de 45 de secunde.

Strategia de cautare garaj

In timpul cautarii la cald, GPS Lassen LP stie care sateliti sa caute, bazat pe almanahul sistemului, pozitiei initiale (ultima pozitie cunoscuta) si timpul curent. In unele cazuri, receptorul nu poate achizitiona semnalele satelitilor asteptati (un vehicul parcat intr-un garaj).

Daca receptorul nu achizitioneaza setul asteptat de sateliti in mai putin de 5 minute de la pornire, unele din cele opt canale de urmarire vor continua sa caute satelitii asteptati (pornire la cald) in timp ce canalele ramase sunt dirijate in cautare la rece. Aceasta strategie minimizeaza timpul primei fixari in cazurile cand almanahul, pozitia si timpul stocate nu sunt valide. Informatiile stocare sunt sterse din memorie , daca cautarea pornirii la rece este atestata efectiv si cautarea la cald esueaza.

Pornirea fierbinte

O strategie de pornire fierbinte se aplica cand GPS-ul Lassen LP a fost oprit (scoasa alimentarea) mai putin de 60 de minute si almanahul, pozitia, efemeridele si timpul sunt valide. Strategia cautari in cazul pornirii fierbinte este similara cu pornirea la cald, dar deoarece datele efemeridelor din memorie sunt considerate curente si valide, timpul de achizitie este mai mic de 20 de secunde.

4.3. Setarea mastii satelitului

O data ce GPS-ul Lassen LP a achizitionat si prins setul de sateliti, care trec criteriul de masca si au obtinut efemeride valide pentru fiecare satelit, va da la iesire pozitia exacta, viteza si timpul.

Mastile satelitilor initiale sunt listate in tabelul urmator.

Masca de elevatie

Satelitii mai jos de 5 nu sunt utilizati in solutia pozitiei. Desi satelitii cu elevatie mica pot asigura un bun PDOP, semnalele de la satelitii cu elevatie mica au calitate proasta, deoarece sunt afectati de distorsiuni troposferice si ionosferice mari decat satelitii cu unghiuri de elevatie mai mare. In unele aplicatii, ca medii urbane, o masca mai mare poate fi garantata pentru minimiza frecventa schimbarii constelatiei si impactul semnalelor reflectate.

Masca SNR

Desi GPS-ul Lassen LP este capabil de urmarire a semnalelor cu SNR aproape 0, masca initiala SNR este setata la 2 pentru a elimina calitatea proasta a semnalelor din calculul fix si minimiza comutarea constelatiei. Valori mici ale SNR pot rezulta din:

Unghiuri de elevatie mici ai satelitilor

Semnale multi-reflectate (propagare pe diferite cai)

Semnalele propagate pe diferite cai pot degrada solutia pozitiei. Este intalnita in mediile urbane cu multe cladiri inalte si preponderent din sticla.

Prin setarea mastii SNR la 2 sau mai mult, impactul propagarii pe diferite cai este minimizat.

Masca DOP

DOP este masura erorii cauzata de relatia geometrica a satelitilor folosita in solutia pozitiei. Setul de sateliti care sunt adunati aproape sau aliniati in cer vor avea un DOP mare si vor contribui la o acuratete a pozitiei redusa.

4.4. Moduri de operare standard

Modul de urmarire a controleaza alocarea canalului de urmarire din receptor si metodele folosite pentru calcularea pozitiei. Datele de iesire a GPS-ului sunt controlate de doua moduri de operare:

Mod fixat (2D, 3D sau Automat)

Diferential GPS (On, Off sau Auto)

Modul fixat

GPS-ul Lassen LP ofera trei moduri de pozitionare: 2D Manual, 3D Manual si Automatic 2D/3D. Automatic 2D/3D este setat initial pentru Lassen LP. Modul de pozitionare poate fi modificat in receptor prin comanda TSIP.

2D Manual

In acest mod, receptorul Lassen LP va genera doar solutii ale pozitiei in 2 dimensiuni (latitudine si longitudine), indiferent de numarul satelitilor vizibili. Daca altitudinea nu este introdusa, receptorul foloseste 0 ca altitudine initiala.

3D Manual

In modul 3D, GPS-ul Lassen LP va genera doar solutii ale pozitiei in trei dimensiuni (latitudine, longitudine si altitudine). O solutie 3D necesita cel putin 4 sateliti vizibili care trec de criteriile mastii. Daca sunt mai putin de patru sateliti vizibili, GPS Lassen LP va suspenda iesirea datelor de pozitie. Modul 3D este recomandat pentru aplicatiile DGPS necesitand nivel inalt de precizie.

2D/3D Automatic

Este modul setat initial pentru Lassen LP. In acest mod, GPS Lassen LP incearca sa genereze 3 dimensiuni (3D) pentru solutia pozitiei, daca patru sau mai multi sateliti indeplinesc criteriul mastii. Daca trei sateliti sunt vizibili, Lassen LP va comuta automat in modul 2D si va folosi ultima latitudine calculata.

4.5. Modul de operare DGPS

GPS-ul Lassen LP suporta trei moduri DGPS: On, Off si Automatic si se pot schimba prin comenzi TSIP. Aceste moduri sunt descrise mai jos:

DGPS On

Cand este selectat modul DGPS On, Lassen LP va da doar solutii diferential GPS. Daca sursa de corectii este intrerupta Lassen LP va suspenda toate iesirile pozitiei, directiei si vitezei. Cand sursa de corectii este valida GPS-ul va relua datele de corectie.

DGPS Off

Cand este selectat acest mod, receptorul Lassen LP nu va da solutii DGPS la iesire, chiar daca exista o sursa de date de corectie valida. In acest mod, Lassen LP va da doar date GPS standard.

DGPS Automatic

Acest mod este setat initial din fabrica. In acest mod, receptorul Lassen LP va furniza solutii diferentiale GPS cand sursa de corectie de erori este disponibila. Daca aceasta sursa nu este disponibila, receptorul va transmite solutii GPS standard.