¿Cómo detectar una ubicación de antena potencialmente deficiente a partir de datos de GPS?

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A continuación se muestran los datos de una ejecución de 6,5 horas que recopilan oraciones NMEA de un u-BLOX NEO-6 módulo GPS ( hoja de datos , especificación de protocolo ) con una antena externa activa a través de Raspberry Pi.

Este es mi primer análisis para ver si hay alguna manera de detectar una mala colocación de la antena a partir de los datos y marcar un usuario si es así. Aquí la antena se colocó muy mal , casi una situación de peor caso con una vista estrecha del cielo y fuertes reflejos entre un par de paredes metálicas.

Cada 30 segundos recolecté 3 segundos de datos en serie, analicé $GNGGA oraciones para lat, lon, alt, HDOP y n_sats, y $GPGSV para C / No (dBHz) y alt / az de satélites usado para soluciones (alt / az aún no analizado). Si entiendo correctamente, la presencia de un valor de SNR para un satélite determinado en una oración determinada (en lugar de un espacio en blanco) indica que el satélite se utilizó para una solución reciente.

Para las coordenadas de GPS, cada punto en la primera gráfica representa los resultados de una oración, ya que aparecieron varias oraciones en la ventana de muestra de 3 segundos, las he trazado todas como un análisis de primer paso.

Pregunta: ¿Qué estrategias puedo probar yo mismo para un esquema de "mala recepción"? Los ejemplos pueden ser:

Si es necesario, Puedo calcular las posiciones de los satélites de forma independiente, pero parece que simplemente debería estar de acuerdo. con los datos de efemérides en el módulo y las oraciones de $ GPGSV.

nota 1: no pregunto sobre informar sobre una precisión , eso se aborda en la siguiente pregunta.

nota 2: las coordenadas E-W y N-S son relativas al valor mediano de todos los datos, Alt es absoluta.

    
pregunta uhoh

1 respuesta

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Aquí hay una estrategia basada solo en la "intensidad de la señal" informada como relación portadora / ruido (C / No), pero no abordaría el problema de tratar de inferir si hubiera reflejos fuertes presentes.

Como aprendí al investigar esta pregunta , un método recomendado es mirar el C / No valores, informados en las unidades llamadas dBHz mencionadas en la Sección 7.4 de la Nota de aplicación de u-BLOX Consideraciones de diseño de RF para receptores GPS u-blox

  

7.4 Prueba de sensibilidad

     

Verifique los valores de C / No en los mensajes $ GPGSV o UBX-NAV-SVINFO. Bajo cielo abierto, un buen diseño debe alcanzar hasta 50 dBHz para las señales más fuertes. Si alcanza 45dBHz, todavía puede ser aceptable, pero se debe investigar la fuente de la reducción (por ejemplo, una pequeña antena, ...).

     

Los diseños con una intensidad de señal máxima por debajo de 40dBHz generalmente proporcionan un rendimiento degradado (tiempos TTFF largos, menor cobertura, precisión, dinámica).

Este documento también brinda una discusión del parámetro y la Impacto de los valores bajos en los resultados del GPS.

  

5. Señal de pérdida y C / No

     

En los últimos años, se han desarrollado técnicas inteligentes para extraer pequeñas señales GNSS del ruido de fondo. Pero, la limitación fundamental de lo que se puede lograr está limitada por la relación entre la ganancia del elemento de la antena y el ruido total del receptor, referido a la entrada, o "G / T". Este es un indicador absoluto principalmente del rendimiento de la antena más la interfaz y determina el valor final de C / No para un nivel de señal determinado. C / No es la relación entre la potencia de la portadora y la potencia de ruido mezclada con la señal, en un ancho de banda de 1Hz. Esto define en última instancia un límite para la sensibilidad del receptor GPS. Por lo tanto, en pocas palabras, la ganancia de la antena debe maximizarse (la "G"), y el ruido del LNA debe minimizarse ("1 / T"); Una forma complicada de afirmar lo obvio.

     

Si la relación C / No disminuye por cualquier causa, ya sea por limitaciones de ancho de banda o por un aumento en la cifra de ruido de LNA, la sensibilidad del GNSS se reducirá en la misma cantidad. Una vez deteriorado, no hay forma de recuperar C / No para un receptor dado. Incluso la ganancia adicional no hace nada porque C y No se amplifican por igual, y así es en vano.

NEP está en unidades de potencia por frecuencia de raíz cuadrada, por lo que, por ejemplo, la potencia de ruido en un ancho de banda de, por ejemplo, 10 MHz sería de 35 dB con respecto a la potencia en 1 Hz. Si la señal en ese ancho de banda tiene una potencia similar a la del operador, es posible que desee un C / No de orden 35 o 40 dB, como se menciona en los documentos anteriores.

Los datos muestran que la mayoría de las veces, la mayoría de los satélites utilizados en una solución determinada tenían valores de C / No muy por debajo de los 45 a 50 dB recomendados anteriormente y por lo menos algo sobre la antena o situación de alimentación es sub-óptima. Dado que el OP menciona que la ubicación de la antena es deliberadamente deficiente para esta ejecución, estos resultados son consistentes.

    
respondido por el uhoh

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