Optymalizacja GNSS zwiększa wydajność urządzeń ubieralnych

Wyobraź sobie, że możesz dokładnie określić swoją lokalizację, niezależnie od tego, czy jesteś w gęstej miejskiej dżungli, głęboko w lesie, czy nawet na środku otwartego oceanu. Ta niezwykła zdolność jest możliwa dzięki Globalnym Systemom Nawigacji Satelitarnej (GNSS). Chociaż wiele osób używa terminu „GPS” jako uniwersalnego określenia, GNSS w rzeczywistości obejmuje znacznie szerszą sieć systemów pozycjonowania satelitarnego. Ten artykuł omawia podstawy GNSS, jego komponenty i kluczowe czynniki wpływające na jego działanie w urządzeniach do noszenia.

Globalne Systemy Nawigacji Satelitarnej (GNSS) składają się z konstelacji satelitów, które przesyłają dane o pozycjonowaniu i czasie do odbiorników GNSS. Odbiorniki te wykorzystują dane do określenia swojej precyzyjnej lokalizacji. Z definicji, GNSS zapewnia globalny zasięg, a główne systemy obejmują:

• Galileo (Europa): Globalny system nawigacji satelitarnej UE, zaprojektowany w celu zapewnienia precyzyjnych i niezawodnych usług pozycjonowania.
• GPS (Stany Zjednoczone): Pierwszy operacyjny GNSS i wciąż najczęściej używany system na świecie.
• GLONASS (Rosja): Rosyjski globalny system nawigacji satelitarnej oferujący usługi podobne do GPS.
• BeiDou (Chiny): Niezależnie opracowany przez Chiny globalny system nawigacji zapewniający usługi pozycjonowania, nawigacji i pomiaru czasu.

Oprócz tych globalnych systemów, regionalne Systemy Wzmacniania Satelitarnego (SBAS), takie jak europejski EGNOS, zwiększają dokładność poprzez korygowanie błędów pomiaru sygnału i dostarczanie informacji o integralności. Chociaż GPS pozostaje najbardziej rozpoznawalnym systemem, GNSS jest technicznie poprawnym terminem obejmującym wszystkie globalne systemy pozycjonowania satelitarnego.

Kilka kluczowych czynników wpływa na działanie GNSS w urządzeniach do noszenia:

Trend w kierunku smukłych, kompaktowych urządzeń do noszenia stwarza wyzwania dla konstrukcji anten. Optymalna wydajność wymaga stosunkowo dużych objętości anten, co jest sprzeczne z dążeniem do małych rozmiarów. Ponadto anteny działają najlepiej, gdy są umieszczone z dala od nadgarstka i ciała, ponieważ mogą one zakłócać odbiór sygnału.

Różni producenci układów scalonych priorytetowo traktują różne aspekty, takie jak zużycie energii, wydajność w określonych scenariuszach i grupy docelowe użytkowników, co prowadzi do różnic w dokładności pozycjonowania w różnych urządzeniach.

Dynamika środowiska znacząco wpływa na dokładność danych:

• Chodzenie: Przeszkody ciała i ruch ramion stwarzają wyzwania, a zegarki zazwyczaj znajdują się w pozycjach o słabym odbiorze sygnału.
• Bieganie: Podobnie jak w przypadku chodzenia, ale zegarki znajdują się w pozycjach o średnim odbiorze.
• Jazda na rowerze: Pochylona do przodu postawa zazwyczaj blokuje sygnały, a urządzenia znajdują się w pozycjach o średnim lub dobrym odbiorze, gdy są nieruchome na kierownicy.
• Pływanie: Brak przeszkód ciała, ale wyzwania związane z ruchem ramion i zanurzeniem, wymagające co najmniej jednej sekundy ekspozycji na powierzchnię w celu uzyskania sygnału.

Określone środowiska stanowią wyjątkowe wyzwania:

• Kaniony miejskie: Wysokie budynki powodują efekty wielościeżkowe (odbicie sygnału) i szybko zmieniającą się widoczność satelitów.
• Lasy: Gęste listowie prowadzi do tłumienia sygnału.
• Otwarta woda: Ograniczony czas ekspozycji na powierzchnię i odbicie wody sprawiają, że jest to jedno z najbardziej wymagających środowisk dla urządzeń GNSS do noszenia.

Zaawansowane algorytmy pomagają kompensować czynniki środowiskowe, takie jak przeszkody ciała, ruch ramion i warunki dynamiczne. Są one opracowywane we współpracy przez producentów układów GNSS i firmy produkujące urządzenia do noszenia.

W nowoczesnych urządzeniach do noszenia GNSS śledzi prędkość, dystans i lokalizację — kluczowe wskaźniki do śledzenia kondycji. Gdy sygnały satelitarne są niedostępne, wiele urządzeń wykorzystuje wbudowane akcelerometry do oszacowania tych wartości na podstawie ruchu nadgarstka. Niektóre zaawansowane modele zawierają barometry w celu ulepszenia danych o wysokości, początkowo kalibrowanych za pomocą informacji GNSS.

Użytkownicy mogą zazwyczaj wybierać spośród wielu kombinacji systemów satelitarnych:

• GPS + GLONASS: Zalecenie domyślne oferujące doskonałe globalne pokrycie i niezawodność.
• GPS + Galileo: Alternatywa dla systemu nawigacji UE.
• GPS + QZSS: Głównie poprawia działanie GPS w regionie Azji i Oceanii.

A-GPS znacznie poprawia wydajność, przewidując pozycje i orbity satelitów z wyprzedzeniem, skracając początkowy czas pozycjonowania. Dane te są zwykle aktualizowane codziennie za pośrednictwem aplikacji towarzyszących. Korzyści są najbardziej zauważalne w trudnych warunkach, gdzie A-GPS może również poprawić śledzenie trasy i dokładność odległości.

Jednak A-GPS wymaga przybliżonej znajomości lokalizacji. Jeśli użytkownicy oddalą się o więcej niż 100 km (60 mil) od ostatniej znanej pozycji, początkowe pozycjonowanie może zająć więcej czasu.

Technologia GNSS stała się niezbędna we współczesnym życiu, szczególnie w urządzeniach do noszenia. Zrozumienie jej zasad, czynników wydajności i technik optymalizacji pozwala użytkownikom zmaksymalizować korzyści płynące z tej niezwykłej technologii pozycjonowania w różnych środowiskach i czynnościach.