Оптимизация GNSS повышает производительность носимых устройств

Представьте себе возможность точно определить свое местоположение, будь вы в густых городских джунглях, в глубине леса или даже посреди открытого океана. Эта замечательная возможность стала возможной благодаря глобальным навигационным спутниковым системам (GNSS). Хотя многие люди используют термин «GPS» как общее понятие, GNSS на самом деле охватывает гораздо более широкую сеть систем спутникового позиционирования. В этой статье рассматриваются основы GNSS, ее компоненты и ключевые факторы, влияющие на ее производительность в носимых устройствах.

Глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS) состоят из созвездий спутников, которые передают данные о местоположении и времени приемникам GNSS. Эти приемники используют данные для определения своего точного местоположения. По определению, GNSS обеспечивает глобальное покрытие, основные системы включают:

• Galileo (Европа): Глобальная спутниковая навигационная система ЕС, предназначенная для предоставления высокоточных и надежных услуг позиционирования.
• GPS (Соединенные Штаты): Первая операционная GNSS и до сих пор наиболее широко используемая система в мире.
• GLONASS (Россия): Российская глобальная навигационная спутниковая система, предлагающая услуги, аналогичные GPS.
• BeiDou (Китай): Независимо разработанная Китаем глобальная навигационная система, предоставляющая услуги позиционирования, навигации и синхронизации.

В дополнение к этим глобальным системам, региональные системы спутниковой навигации (SBAS), такие как EGNOS в Европе, повышают точность, исправляя ошибки измерения сигнала и предоставляя информацию о целостности. Хотя GPS остается наиболее узнаваемой системой, GNSS является технически точным термином, охватывающим все глобальные системы спутникового позиционирования.

Несколько ключевых факторов влияют на производительность GNSS в носимых устройствах:

Тенденция к тонким и компактным носимым устройствам создает проблемы для конструкции антенн. Оптимальная производительность требует относительно большого объема антенны, что противоречит желанию иметь небольшие форм-факторы. Кроме того, антенны лучше всего работают, когда они расположены вдали от запястья и тела, так как они могут мешать приему сигнала.

Разные производители чипов отдают приоритет различным аспектам, таким как энергопотребление, производительность в конкретных сценариях и целевые группы пользователей, что приводит к различиям в точности позиционирования между устройствами.

Динамика окружающей среды существенно влияет на точность данных:

• Ходьба: Препятствия телу и движение руки создают проблемы, при этом часы обычно находятся в плохих положениях приема сигнала.
• Бег: Аналогично ходьбе, но часы находятся в средних положениях приема.
• Велосипед: Наклон вперед обычно препятствует сигналам, при этом устройства находятся в средних или хороших положениях приема, когда они неподвижны на руле.
• Плавание: Отсутствие препятствий телу, но проблемы из-за движения рук и погружения, требующие как минимум одной секунды воздействия на поверхность для получения сигнала.

Определенные среды создают уникальные проблемы:

• Городские каньоны: Высокие здания вызывают многолучевые эффекты (отражение сигнала) и быстро меняющуюся видимость спутников.
• Леса: Густая листва приводит к затуханию сигнала.
• Открытая вода: Ограниченное время воздействия на поверхность и отражение воды делают эту среду одной из самых сложных для носимых устройств GNSS.

Передовые алгоритмы помогают компенсировать факторы окружающей среды, такие как препятствия телу, движение рук и динамические условия. Они разрабатываются совместно производителями чипов GNSS и компаниями, производящими носимые устройства.

В современных носимых устройствах GNSS отслеживает скорость, расстояние и местоположение — критические показатели для отслеживания физической активности. Когда сигналы со спутников недоступны, многие устройства используют встроенные акселерометры для оценки этих значений по движению запястья. Некоторые продвинутые модели включают барометры для улучшения данных о высоте, первоначально откалиброванных с использованием информации GNSS.

Пользователи обычно могут выбирать из нескольких комбинаций спутниковых систем:

• GPS + GLONASS: Рекомендация по умолчанию, предлагающая отличное глобальное покрытие и надежность.
• GPS + Galileo: Альтернатива навигационной системы ЕС.
• GPS + QZSS: В основном улучшает производительность GPS в Азиатско-Тихоокеанском регионе.

A-GPS значительно улучшает производительность, предсказывая положения и орбиты спутников заранее, сокращая время первоначального позиционирования. Эти данные обычно обновляются ежедневно через сопутствующие приложения. Преимущества наиболее заметны в сложных условиях, где A-GPS также может улучшить отслеживание маршрута и точность расстояния.

Однако A-GPS требует знания приблизительного местоположения. Если пользователи перемещаются более чем на 100 км (60 миль) от своего последнего известного местоположения, первоначальное позиционирование может занять больше времени.

Технология GNSS стала незаменимой в современной жизни, особенно в носимых устройствах. Понимание ее принципов, факторов производительности и методов оптимизации позволяет пользователям максимально использовать преимущества этой замечательной технологии позиционирования в различных средах и видах деятельности.