Печать

[M.F.]

Решил сделать тему посвящённую чувствительностью различных GPS-чипсетов. В качестве меры чувствительность, думаю, самое правильное использовать значение dBm, собственно его и называют частенько чувствительностью. Данный параметр позволяет судить о времени поиска (холодного старта) спутников.

Пояснение из википедии:

dBm (русское дБм) — опорный уровень — это мощность в 1 мВт. Мощность обычно определяется на номинальной нагрузке (для профессиональной техники — обычно 10 кОм для частот менее 10 МГц, для радиочастотной техники — 50 Ом или 75 Ом).

MTK MT3329 −165 дБм (встроен в большинство PND Garmin, Garmin GPSMAP 60 серии)
MTK MT3351 −165 дБм почему-то указано значение идентичное с чипом прошлого поколения, поэтому допускаю, что возможно имеет немного другое значение (встроен во многие навигаторы PNA & PND)
SiRF 3i+  SiRFatlasV  −161 дБм (большинство автоновигаторов небольшого размера и без голубого зуба)
SiRF 3i+  SiRFatlasIV −161 дБм (большинство современных автонавигаторов с большими диагоналями)
gpsOne - 160 дБм (различные PDA)
SiRFstar III −159 дБм (широко распространённый чип, немного устаревший)

Данные взяты из открытых источников. Если у кого есть ещё данные, то пишите, я добавлю в это сообщение. Цель данной ветки привести в некоторую систему информацию по чувствительности приёмников.

Однако стоит отметить, что данный параметр не является единственным, дающий полную и исчерпывающую информацию о приборе в котором он находится. Большую роль играет софт обрабатывающий данные передатчика, к примеру многие пользователи автонавигаторов жалуются на чип MTK по сравнению с Атласом 5, хотя первый и имеет более высокую чувствительность, но второй имеет технологии  SiRFInstantFixII и SiRFAlwaysFix, позволяющие улучшить позиционирование в условиях плохого приёма и время старта зверька.

[spacer]

В навигаторах на процессорах SiRFatlasIV и SiRFatlasV используется GPS приемник SiRF 3i+ (instantFix II, 64 канала), этот же приемник стоит на некоторых моделях смартфонов HTC (соответственно и на их клонах).

GPS specs of SiRFAtlasIV/SiRFPrima vs SiRFstarIII[/url]:[/b]
- 64 channels vs 20 channels
- 1,000,000 correlators vs 200,000
- Sensitiviy : -161dBm vs -159dBM
- Compatibility : GPS+Galileo vs GPS

Advanced Autonomous GPS[/url][/b]
64 channels
-161 dBm sensitivity
Able to acquire and track Galileo signals on all channels[/quote]

[spacer]

Небольшое сравнение позиционирования и использование разных технологий коррекции лежит здесь, там же можно посмотреть сравнения моделей предыдущих лет.

[M.F.]

Небольшое сравнение позиционирования и использование разных технологий коррекции лежит здесь, там же можно посмотреть сравнения моделей предыдущих лет.

Почитал по ссылке, на сколько смог понять со своим знанием буржуйского. Им "новый" атлас 4 понравился, особенно его поведение в условиях плотной городской застройки (картинка 1) и на основе анализа данных они делают вывод, что это добивается использованием очень низких сигналов спутников, это же является причиной багов (место с кольцом, картинка 2) так как может приводит к ошибкам при вычислении координат.

P.S.: а мне в некоторых местах, особенно если не учитывать места с застройками понравились треки от MTK v1_1000p и STM2_nuvi1490 (картинка 3), место после выезда из жилого массива (их траектория ИМХО наиболее точно соответствует реальному пути).

[captan000]

Мощность спутникового сигнала, достигающего земли и принятого антенной приемника, очень мала, где-то 10 в минус 14 степени ватта. Чтобы не мучиться  в технической документации указывают уровень мощности – десятичный логарифм отношения к базовому значению 0.1 ватта, умноженный на 10. Это и есть чувствительность в децибелах (dBW).
-150 dB лучше чем -140 dB. Каждая десятка – это изменение на порядок, два раза – это 3 dB, пять раз – 7 dB. Чувствительность чипсета SiRFStarII/LP декларируется   -172 dBW. Но для готовых изделий на его основе указывается более скромная цифра -140 dB, что больше похоже на правду. Но одной  цифрой тут не обойдешься. В режиме холодного старта и определения координат GPS приемник должен принять со спутников солидный объем информации – альманах с любого спутника и эфемерис с каждого. Информация должна прийти корректная.Для отслеживания текущего положения нужно ловить фронты импульсов. Для этого достаточно значительно более слабого сигнала. Поэтому различают три уровня сигнала, необходимого для работы приемника, что соответствует трем чувствительностям:

- cold start – уровень сигнала, достаточный для холодного старта
- acquisition – сигнал достаточный для определения координат (горячий старт)
- tracking – сигнал достаточный для удержания спутников и вычисления текущих координат.

Не все производители указывают все три значения. Да и эти три могут измеряться в разных условиях. Если для прибора указывается только одно значение, то, скорее всего, это самое оптимистичное – Tracking Sensivity.

О рекордной чувствительности SiRFStarII/LP сказано выше. Для реальных приемников на нем указываются от 140 до 143 dB. Чипсет магеллановских Эксплористов Baldur ATM0540 имеет чувствительность старта -137dB, удержания -145 (в других источниках 150). То есть он должен быть не намного, но лучше второго сирфа. Реально же устойчивость приема и позиционирования у Магелланов гораздо лучше, чем у приемников на SiRFStarII/LP. Скорее всего сказываются более серьезные антенны и менее шумящая высокочастотная часть.

SiRFStarIII имеет чувствительность холодного старта -144 dB. Чувствительность удержания заявлена -159dB. Аналогичные параметры имеет давно выпускаемый фирмой Atmel чипсет Antaris 4 – 146/158.

Кажется, для технологии сегодняшнего дня, это уже близко к пределу. Иначе параметры разработанного в этом году нового набора микросхем ATR0663 были бы выше. Но чипсет навигаторов, идущих на смену Эксплористам, имеет те же 144/159 dB. Будут ли они принимать сигналы лучше иксовых гарминов, покажет время.
Чувствительность приёмника определяется шириной сквозной полосы пропускания и коэффициентом шума. Полоса пропускания соответствует полосе частот принимаемого сигнала. И сигнал разный для «холодного» и «горячего» старта, то есть в приёмнике меняется ширина полосы пропускания (для «холодного» старта объём информации больше, полоса шире, примерно, в 100 раз, чувствительность соответственно ниже). С полосой пропускания поделать ничего нельзя (она зависит от полосы сигнала), но можно понизить собственные шумы приёмника. Этим и занимаются разработчики микросхем, и шумы на сегодняшний день близки к идеальным.
Ожидать резкого повышения чувствительности не стоит. Производители часто лукавят, не указывая при каком соотношении сигнал/шум замерялась данная чувствительность. Для различимости сигнала сигнал, как правило, должен превышать собственные шумы приемника минимум в 2 раза (это соотношение сигнал/шум 3db), а иногда и в 10 раз, это соотношение сигнал/шум 10 db. Соответственно чувствительность будет разниться на 7db. Ещё есть масса других параметров влияющих на приём сигнала.

[dr.b]

Нет гармонии в природе... При высокой чувствительности, чем меньше скорость движения, тем причудливей отображение его траектории...

[M.F.]

ИМХО подход ребят написавших статью, ссылку на которую дал spacer наиболее правильный.
Сейчас поясню почему так считаю. Как совершенно верно отметил captan000 не всё так просто, так как существует ещё уйма параметров которые стоит учитывать и чем больше разбираешься, тем всё сложнее, при этом не все производители указывают эти параметры, а те что указывают тоже можно ставить под вопрос, так как нет полной уверенности, что измерения были произведены в идентичных условиях, а не "подстроены" под самые красивые цифры.
Так вот нам, как конечным пользователям, по большому счёту всё равно как там разработчики "танцевали с бубном", чтоб добиться результата и как они настраивали железяку и софт, нам важен результат. То есть берём несколько девайсов и пишем треки в одной машине и потом анализируя треки судим о корректности записи треков, сравнивая между собой. Поэтому и считаю, что подобный подход наиболее правильный с позиции пользователя и нас как рисовальщиков карт.

[M.F.]

Ещё порылся в интернете, но что-то не наковырял как говорится "полевых испытаний" сравнения Атласа 4 и Атласа 5. Чисто по теоретическим выкладкам последний должен быть куда лучше, так как заявлен более быстрый обмен данными (передача данных по шине в 1,5 раза быстрее) и вроде как улучшен софт (Instant Fix II на аппаратном уровне и прочее), что должно было привести к повышению точности позиционирования с 15м, до 8м. Но могу предположить, что раз таких сравнительных тестов не делали, то либо различия не столь заметны и ни как не в разы, а на пару процентов, либо это не выгодно исходя из PR стратегии производителя (возможно из-за известных проблем 5-ого атласа с видео большого разрешения, с голубым зубом и тд).

Таблица сравнений двух Атласов:

Табличку взял вот здесь.

[captan000]

Для нас обычных пользователей,  когда нужно доехать до нужного адреса, записать трек и по нему откорректировать дорогу, найти в лесу какой-то объект и т.д., точности любого приемника хватит выше крыши. Наверное не стоит превращать эту проблему в вещь в себе. Для понимания нужно разобраться досконально, но это для особо любознательных. А для практического применения.... Нам не запускать ракету в форточку Бен Ладена.

[PortableCDBox]

А мен вообще не понятны рассуждения о точности, если в саму систему GPS для гражданского применения вносится систематическая ошибка???

[M.F.]

to captan000
В целом согласен. По моим наблюдениям отличия заметные только в холодном старте (для бытового использования немного неудобно, но совершенно не критично, можно и подождать 10-15 минут) и в поведении в сложных условиях приёма (опять же не удобно, но при наличии головы на плечах не фатально).

to PortableCDBox
Не путай точность и чувствительность, это совсем разные вещи. Про точность упомянул, только при сравнении атласов двух, к теме не имеет отношение. Речь не о точности, а скорее о том на сколько быстро осуществляется холодный старт зверька и на сколько точно рисуется трек в условиях плохого приёма. Предел точности, в соответствии с гражданскими стандартами давно уже достигнут, это и так понятно. Собственно и предел чувствительности уже практически достигнут.

P.S.: тему затеял, чтобы один раз обсудить вопрос и далее к нему в случае возникновения вопроса у пользователя не возвращаться, а просто дать человеку ссылку, чтобы человек почитал и сам всё понял, а то вопрос периодически поднимается, но всё как-то разрознено. А так в одном месте, всё разжёвано, понятно и с ссылками.

[yurikvelo]

Данный параметр позволяет судить о времени поиска (холодного старта) спутников.

Тема чувствительности не так проста, как здесь описали.
Этот параметр не позволяет судить о времени поиска (холодного старта).

Повышение чувствительности можно делать тремя разными направлениями:
1. Увеличение времени экспозиции (применимо только для систем связи где многократно повторяется сигнал передатчика. GPS как раз к таковым относится)
2. Снижение фактора шумов приемника
3. Увеличение эффективности антенн и фидерных устройств

п.3 не рассматриваем, т.к. он уже относится к конструктивному исполнению завершенных устройств, а не комплектующих, да и особой разницы там не будет, направленные антенны применять нельзя, поэтому все +- одинаковые.
 [spoiler](резерв в приемнике разве, что в реализации многих MIMO входов - для использования многих антенн как активной фазированной решетки, две антенны дадут до +6 дБ, четыре до +12 и т.д.
для GPS приемников смысла такое делать нету - габариты увеличиваются резко (расстояние между антеннами должно быть 1/2 волны или более), а выигрыш в 2-4 раза (в лучшем случае) мелкий по сравнению с тем, что экспозицией можно увеличить в 10-100-1000 раз.
[/spoiler]

п.2 достигается сужением полосы пропускания, применением малошумящих комплектующих, а в супергетеродинных приемниках также снижением шумов гетеродинов (повышение спектрального качества сигнала генератора).

Полосу пропускания менять мы не можем, т.к. она определена самим стандартом GPS, применяемыми в нем протоколами передачи данных, модуляциями.

А все вместе собственные шумы приемника, даже если их полностью преодолеть (сферический приемник в вакууме при абсолютном нуле) не позволяют поднять SNR из-за наличия на антенне шумов из естественного фона окружающего нас эфира.

Как уже было написано в теме - предельно возможные факторы шума уже достигнуты электроникой давно, а разница если и есть, то счет идет на единицы или доли децибела.

Поэтому главным резервом повышения чувствительности является увеличение времени выдержки/экспозиции.

Нету никаких доказательств что у приемника с -160 дбм собственные шумы ниже чем у приемника с -140 дбм. Вполне возможно что более современные и более чувствительные приемники/чипы обладают худшим SNR чем старые.

Прогресс с улучшением чувствительности чипов однозначно связан именно с увеличением вычислительной мощности ЦОС (DSP) фильтров селекции и демодуляторов, которые позволили сильно увеличить время экспозиции.

Увеличенные объемы оперативной памяти и процессорной мощности (чтобы обработать увеличенный объем данных за то же время) позволили сильно удлинить время холодного старта.

Если старый приемник за короткое время (на которое хватало его вычислительной мощи) не смог набрать достаточную экспозицию GPS сигнала, значит он не стартует. Вообще.

Более новый приемник может ждать дольше, и в конце-концов таки стартонет, там где не смог старый.

Из этого никак не следует, что в условиях где смог стартонуть старый приемник, новый стартонет быстрее. Не исключено, что у нового приемника собственные шумы выше и в равных условиях ему требуется более длительная экспозиция.

Conventional GPS receivers integrate the received GPS signals for the same amount of time as the duration of a complete C/A code cycle which is 1 ms. This results in the ability to acquire and track signals down to around the −160 dBW level. High Sensitivity GPS receivers are able to integrate the incoming signals for up to 1,000 times longer than this and therefore acquire signals up to 1,000 times weaker. A good High Sensitivity GPS receiver can acquire signals down to −185 dBW, and tracking can be continued down to levels approaching −190 dBW.

Традиционный приемник GPS (в режиме трекинга) интегрирует принятый сигнал на протяжении времени трансляции полного цикла C/A кода, который составляет 1 мс. Это позволяет принимать сигналы с уровнем мощности -160 dbW.
Высокочувствительные приемники GPS позволяют интегрировать сигнал в 1000 раз дольше, таким образом принимать сигналы в 1000 раз слабее. Хороший высокочувствительный GPS приемник может принять сигнал вплоть до -185 dbW, а слежение может сохраняться при уровнях приближающихся к -190 dbW.