بهینه‌سازی GNSS عملکرد دستگاه‌های پوشیدنی را افزایش می‌دهد

تصور کنید که بتوانید موقعیت دقیق خود را مشخص کنید، چه در یک جنگل شهری متراکم، چه در اعماق یک جنگل و چه حتی در وسط اقیانوس. این قابلیت قابل توجه توسط سیستم‌های ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS) امکان‌پذیر شده است. در حالی که بسیاری از مردم از اصطلاح "GPS" به عنوان یک اصطلاح کلی استفاده می‌کنند، GNSS در واقع شامل یک شبکه بسیار گسترده‌تر از سیستم‌های موقعیت‌یابی ماهواره‌ای است. این مقاله به بررسی اصول اولیه GNSS، اجزای آن و عوامل کلیدی موثر بر عملکرد آن در دستگاه‌های پوشیدنی می‌پردازد.

سیستم‌های ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS) از صورت‌های فلکی ماهواره‌هایی تشکیل شده‌اند که داده‌های موقعیت‌یابی و زمان‌بندی را به گیرنده‌های GNSS منتقل می‌کنند. این گیرنده‌ها از داده‌ها برای تعیین موقعیت دقیق خود استفاده می‌کنند. طبق تعریف، GNSS پوشش جهانی را فراهم می‌کند، که سیستم‌های اصلی آن عبارتند از:

• Galileo (اروپا): سیستم ناوبری ماهواره‌ای جهانی اتحادیه اروپا که برای ارائه خدمات موقعیت‌یابی با دقت بالا و قابل اعتماد طراحی شده است.
• GPS (ایالات متحده): اولین GNSS عملیاتی و همچنان پرکاربردترین سیستم در سراسر جهان است.
• GLONASS (روسیه): سیستم ناوبری ماهواره‌ای جهانی روسیه که خدمات مشابهی را به GPS ارائه می‌دهد.
• BeiDou (چین): سیستم ناوبری جهانی که به طور مستقل توسط چین توسعه یافته و خدمات موقعیت‌یابی، ناوبری و زمان‌بندی را ارائه می‌دهد.

علاوه بر این سیستم‌های جهانی، سیستم‌های افزایشی مبتنی بر ماهواره (SBAS) منطقه‌ای مانند EGNOS اروپا دقت را با اصلاح خطاهای اندازه‌گیری سیگنال و ارائه اطلاعات یکپارچگی افزایش می‌دهند. در حالی که GPS همچنان شناخته‌شده‌ترین سیستم است، GNSS اصطلاح دقیقی است که شامل تمام سیستم‌های موقعیت‌یابی ماهواره‌ای جهانی می‌شود.

چندین عامل کلیدی بر عملکرد GNSS در دستگاه‌های پوشیدنی تأثیر می‌گذارد:

روند به سمت دستگاه‌های پوشیدنی باریک و جمع و جور، چالش‌هایی را برای طراحی آنتن ایجاد می‌کند. عملکرد بهینه به حجم آنتن نسبتاً زیادی نیاز دارد که با تمایل به فاکتورهای فرم کوچک در تضاد است. علاوه بر این، آنتن‌ها زمانی بهترین عملکرد را دارند که دور از مچ و بدن قرار گیرند، زیرا این موارد می‌توانند در دریافت سیگنال اختلال ایجاد کنند.

تولیدکنندگان مختلف تراشه، جنبه‌های مختلفی مانند مصرف انرژی، عملکرد در سناریوهای خاص و گروه‌های کاربری هدف را در اولویت قرار می‌دهند که منجر به تغییراتی در دقت موقعیت‌یابی در دستگاه‌ها می‌شود.

پویایی‌های محیطی به طور قابل توجهی بر دقت داده‌ها تأثیر می‌گذارد:

• پیاده‌روی: انسداد بدن و حرکت بازو چالش‌هایی ایجاد می‌کند، به طوری که ساعت‌ها معمولاً در موقعیت‌های دریافت سیگنال ضعیف قرار دارند.
• دویدن: مشابه پیاده‌روی، اما با ساعت‌هایی در موقعیت‌های دریافت متوسط.
• دوچرخه‌سواری: وضعیت رو به جلو معمولاً سیگنال‌ها را مسدود می‌کند، با دستگاه‌هایی که در موقعیت‌های دریافت متوسط تا خوب قرار دارند، زمانی که روی فرمان ثابت هستند.
• شنا: عدم انسداد بدن اما چالش‌هایی از حرکت بازو و غوطه‌وری، که نیاز به حداقل یک ثانیه قرار گرفتن در معرض سطح برای دریافت سیگنال دارد.

محیط‌های خاص چالش‌های منحصربه‌فردی را ارائه می‌دهند:

• دره‌های شهری: ساختمان‌های بلند باعث ایجاد اثرات چند مسیره (انعکاس سیگنال) و تغییر سریع دید ماهواره‌ای می‌شوند.
• جنگل‌ها: پوشش گیاهی متراکم منجر به تضعیف سیگنال می‌شود.
• آب‌های آزاد: زمان محدود قرار گرفتن در معرض سطح و انعکاس آب، این محیط را به یکی از چالش‌برانگیزترین محیط‌ها برای پوشیدنی‌های GNSS تبدیل می‌کند.

الگوریتم‌های پیشرفته به جبران عوامل محیطی مانند انسداد بدن، حرکت بازو و شرایط پویا کمک می‌کنند. این موارد به طور مشترک توسط تولیدکنندگان تراشه GNSS و شرکت‌های پوشیدنی توسعه یافته‌اند.

در پوشیدنی‌های مدرن، GNSS سرعت، مسافت و موقعیت را ردیابی می‌کند— معیارهای حیاتی برای ردیابی تناسب اندام. هنگامی که سیگنال‌های ماهواره‌ای در دسترس نیستند، بسیاری از دستگاه‌ها از شتاب‌سنج‌های داخلی برای تخمین این مقادیر از حرکت مچ دست استفاده می‌کنند. برخی از مدل‌های پیشرفته، فشارسنج‌ها را برای افزایش داده‌های ارتفاع، که در ابتدا با استفاده از اطلاعات GNSS کالیبره شده‌اند، ادغام می‌کنند.

کاربران معمولاً می‌توانند از ترکیبات سیستم ماهواره‌ای متعدد انتخاب کنند:

• GPS + GLONASS: توصیه پیش‌فرض ارائه پوشش و قابلیت اطمینان جهانی عالی.
• GPS + Galileo: جایگزین سیستم ناوبری اتحادیه اروپا.
• GPS + QZSS: در درجه اول عملکرد GPS را در منطقه آسیا و اقیانوسیه افزایش می‌دهد.

A-GPS عملکرد را با پیش‌بینی موقعیت و مدارهای ماهواره‌ای از قبل، بهبود می‌بخشد و زمان موقعیت‌یابی اولیه را کاهش می‌دهد. این داده‌ها معمولاً روزانه از طریق برنامه‌های همراه به‌روزرسانی می‌شوند. مزایای آن در شرایط چالش‌برانگیز بیشتر قابل توجه است، جایی که A-GPS همچنین می‌تواند ردیابی مسیر و دقت مسافت را بهبود بخشد.

با این حال، A-GPS به دانش تقریبی موقعیت نیاز دارد. اگر کاربران بیش از 100 کیلومتر (60 مایل) از آخرین موقعیت شناخته شده خود حرکت کنند، موقعیت‌یابی اولیه ممکن است بیشتر طول بکشد.

فناوری GNSS در زندگی مدرن، به ویژه در دستگاه‌های پوشیدنی، ضروری شده است. درک اصول، عوامل عملکرد و تکنیک‌های بهینه‌سازی آن، کاربران را قادر می‌سازد تا از مزایای این فناوری موقعیت‌یابی قابل توجه در محیط‌ها و فعالیت‌های مختلف به حداکثر برسانند.