מדידות של GNSS גולמיות

מסגרת Android מספקת גישה למדידות GNSS גולמיות בכמה מכשירי Android.

הכלים נמצאים במאגר GPS Measurement Tools ב-GitHub, שכולל את קוד המקור של גרסה ראשונית של GnssLogger וקובצי הפעלה לאפליקציית GNSS Analysis למחשב ל-Linux, ל-Windows ול-macOS. מדריך התקנה ומדריך למשתמש.

אתגר הדצימטר של Google לסמארטפונים

‫Google, חטיבת הלוויינים של Institute of Navigation ו-Kaggle נותנות חסות לתחרות השלישית Smartphone Decimeter Challenge ב-ION GNSS+. התחרות מתחילה ב-12 בספטמבר 2023 ומסתיימת ב-23 במאי 2024. יותר מ-150 עקבות חדשים שמכילים מדידות GNSS גולמיות, נתוני חיישנים ואמת קרקע (ground truth) מדויקת יהיו זמינים לציבור. התחרות פתוחה לכולם. אנחנו ממליצים למשתתפים לשלוח תקציר לסשן Smartphone Decimeter Challenge שיתקיים בכנס ION GNSS+ 2024.

מידע נוסף, כולל כללים ותקנות, זמין בדף התחרות ב-Kaggle, שיופעל ב-12 בספטמבר 2023 בשעה 15:30 (שעון MDT).

מכשירי Android שתומכים במדידות GNSS גולמיות

חובה לתמוך במדידות GNSS גולמיות במכשירים עם Android מגרסה 10 (רמת API‏ 29) ואילך. ב-Android 9 (רמת API‏ 28) ומטה, חובה לתמוך במדידות GNSS גולמיות בכל מכשירי Android שמכילים חומרה משנת 2016 ואילך. נכון לעכשיו, ליותר מ-90% מטלפוני Android הקיימים יש מדידות גולמיות.

התמיכה בחלק מהשדות של מדידות GNSS גולמיות היא אופציונלית, ויכולה להשתנות בהתאם לערכת השבבים של GNSS שבה משתמשים. דוגמאות לשדות כאלה:

• טווח מדומה וקצב טווח מדומה.
• הודעת ניווט.
• ערך של בקרת הגברה אוטומטית (AGC).
• טווח דלתא מצטבר (ADR) או פאזת גל נושא.
• תמיכה בתדרים מרובים

רוב הטלפונים המובילים של Pixel,‏ Motorola,‏ Samsung,‏ Xiaomi,‏ OnePlus ויצרני טלפונים גדולים אחרים כבר תומכים בתדרי L1 ו-L5. טלפונים מדגמי Pixel וטלפונים אחרים של יצרנים גדולים שלא משתמשים בערכות שבבים של Qualcomm Snapdragon מספקים ADR (שלב הספק) כחלק מהמדידות הגולמיות.

במאמר Crowdsourcing GNSS features of Android devices יש הפניה למסד נתונים של יכולות GNSS במכשירי Android שונים, שהתקבלו מהקהילה.

מידע נוסף על ההגדרות של שדות המדידות הגולמיות שסופקו על ידי מכשירי Android זמין במאמר מערכות לווייני ניווט גלובליות.

יצרני ציוד מקורי (OEM), מפתחים וחוקרים יכולים להשתמש בכלים שבדף הזה כדי לבדוק עיצובים חדשים של טלפונים, לאמת פונקציונליות, לפתח אלגוריתמים חדשים, להעריך שיפורים בהטמעה של מערכת ה-GNSS וגם ליצור אפליקציות עם ערך מוסף.

קוד לדוגמה של לקוח SUPL

‫Suplclient הוא קוד לדוגמה שניגש ל-supl.google.com כדי לקבל נתוני אפמריס בזמן אמת. הכיתה SuplTester מספקת דוגמה לשימוש בפרויקט הלקוח של SUPL. ה-SuplTester מגדיר את מפרטי החיבור של SUPL TCP, ואז שולח בקשת LPP SUPL בקו רוחב ובקו אורך נתונים ומדפיס את התגובה של שרת ה-SUPL.

מידע על כיול האנטנה

החל מ-Android 11 (רמת API‏ 30), אתם יכולים להשתמש במחלקה GnssAntennaInfo כדי לגשת למאפייני האנטנה, כמו: קואורדינטות של היסט מרכז הפאזה (PCO), תיקונים של שינוי מרכז הפאזה (PCV) ותיקונים של הגברת האות. אפשר להחיל את התיקונים האלה על המדידות הגולמיות כדי לשפר את הדיוק.

כשמשתמשים ב-GnssAntennaInfo, חשוב לזכור את ההתנהגויות הבאות של המערכת. הם נועדו לשפר את פרטיות המשתמשים.

• המאפיינים שמתקבלים מה-API הזה הם ספציפיים לדגם המכשיר, ולא למכשיר מסוים.

רישום מדידות גולמיות ביומן

אתם יכולים להשתמש ב-Android Studio כדי ליצור אפליקציה שמתעדת מדידות GNSS גולמיות ונתוני מיקום אחרים, ומתעדת אותם בקובץ. דוגמה לקוד מקור של אפליקציה כזו זמינה במאמר כלי מדידה של GPS.

‫GNSSLogger של Google היא אפליקציה לדוגמה שפותחה עם הפונקציונליות הזו. כדי לקבל פלט GNSS באמצעות האפליקציה לדוגמה, המכשיר צריך לתמוך במדידות GNSS גולמיות.

אחרי שמתעדים את יומן ה-GNSS באמצעות GNSS Logger, אפשר להעתיק את קובצי היומן מהמכשיר למחשב כדי לנתח אותם לעומק. מתוך GNSS Logger, אתם יכולים לשלוח את הקבצים לעצמכם באימייל או לשמור אותם ב-Google Drive. לחלופין, אתם יכולים לשמור את הקבצים באמצעות האפליקציה לניהול קבצים במכשיר, או להשתמש ב-Android Debug Bridge‏ (ADB) כמו שמוסבר במאמר העתקת קבצים למכשיר או ממנו.

ניתוח המדידות הגולמיות

אפליקציית GNSS Analysis קוראת את המדידות הגולמיות של GPS/GNSS שנאספו על ידי GNSS Logger, ומשתמשת בהן כדי לנתח את ההתנהגות של מקלט ה-GNSS, כפי שמוצג באיור 1.

אפשר להוריד את האפליקציה למערכות Linux,‏ Windows ו-macOS.

איור 1. האפליקציה GNSS Logger אוספת את המדידות שאפשר להשתמש בהן ב-GNSS Analysis.

אפליקציית GNSS Analysis מבוססת על MATLAB, אבל לא צריך להתקין את MATLAB כדי להפעיל אותה. האפליקציה עוברת קומפילציה לקובץ הפעלה שמתקין עותק של MATLAB Runtime.

לוח הבקרה של GNSS Analysis

לוח הבקרה של GNSS Analysis, שמוצג באיור 2, מאפשר לכם לנהל את התכונות של האפליקציה, כמו:

• בוחרים אילו לוויינים יוצגו.
• שליטה במיקום, במהירות ובזמן (PVT) של קובץ העזר שמשמשים לחישוב שגיאות המדידה.
• ליצור דוחות ניתוח.
• מגדירים חלון בנתונים בין זמני ההתחלה והסיום.

)

איור 2. לוח הבקרה של GNSS Analysis

תרשימים אינטראקטיביים של ניתוח GNSS

באפליקציה GNSS Analysis מוצגים תרשימים אינטראקטיביים שמסודרים בעמודות של תדרי רדיו (RF), שעונים ומדידות, כמו שמוצג באיור 3.

)

איור 3. אפליקציית GNSS Analysis שמציגה תרשימים אינטראקטיביים.

בעמודה RF מוצגים הנתונים הבאים:

• לכל קבוצת לוויינים, ארבעת הלוויינים עם האותות החזקים ביותר.
• לכל לוויין, תרשים הזמן של צפיפות הגל הנושא לרעש (C/No).
• תרשים השמיים של מיקומי הלוויינים.

בעמודת השעון מוצגים הנתונים הבאים:

• הטווחים המדומים.

• תדירות ההיסט של שעון המקלט, שמחושבת באמצעות אחד ממיקומי הייחוס הבאים:

  • מיקום ממוצע שמחושב באופן אוטומטי.
  • קו רוחב, קו אורך וגובה שהמשתמש הזין.
  • קובץ National Marine Electronics Association (NMEA) עם נתוני PVT של קובץ עזר.

• ההיסט של שעון ההמתנה ששומר על הזמן כשהמקלט מאפס את מחזור הפעולה של המתנד הראשי.

בעמודת המדידות מוצגים הנתונים הבאים:

• תוצאות המיקום של הריבועים הפחותים המשוקללים שהתקבלו מטווחים מדומים גולמיים. השקלול מתבצע באמצעות אי-הוודאות המדווחת של כל מדידה, שהיא חלק מהמפרט של ה-API למדידה גולמית.
• השגיאות של כל טווח מדומה לכל מדידה.

• השגיאות של כל קצב פסאודו-טווח לכל מדידה.

דוח בדיקה של GNSS Analysis

בעזרת GNSS Analysis אפשר ליצור דוח בדיקה, כמו שמוצג באיור 4, שמעריך את הטמעת ה-API, האות שהתקבל, התנהגות השעון ודיוק המדידה. בכל מקרה, האפליקציה מדווחת אם המקלט עבר או נכשל בבדיקה, על סמך הביצועים שנמדדו בהשוואה לנקודות השוואה ידועות. דוח הבדיקה שימושי ליצרני מכשירים, שיכולים להשתמש בו כשהם חוזרים על התכנון וההטמעה של מכשירים חדשים. כדי ליצור את דוח הבדיקה, לוחצים על Make Report.

איור 4. דוח הבדיקה של GNSS Analysis

בכרטיסייה Compare מוצגת השוואה בטבלה (איור 5) של C/No מכמה קובצי יומן של GNSS. ההשוואה הזו שימושית כשמשווים בין ביצועי ה-RF של כמה מכשירים.

איור 5. השוואה בטבלה של נתוני C/No מכמה קובצי יומן

רוצים לראות את קוד המקור? ב-GPS Measurement Tool Project יש דוגמה בקוד פתוח ל-MATLAB, שבה אפשר להשתמש כדי לבצע את הפעולות הבאות באמצעות אותות של מערך לווייני GPS:

• לקרוא נתונים שנאספו באמצעות האפליקציה לדוגמה GNSS Logger.
• חישוב והצגה חזותית של טווחי פסאודו.
• חישוב המיקום והמהירות של הריבועים הקטנים ביותר המשוקללים.
• הצגה וניתוח של שלב הספק.

נתוני גרסה 4.6.0.1 של אפליקציית GNSS Analysis

גרסה 4.6.0.1 של אפליקציית GNSS Analysis כוללת את העדכונים הבאים:

• הכלי GnssAnalysisTool פותח ב-Matlab R2022a, ומאפשר גישה לתכונות חדשות:
• חלון הסטטוס נגלל אוטומטית: הודעת הסטטוס האחרונה תמיד גלויה.
• הוספנו טבלה של השוואות C/N0, לפי קבוצת לוויינים, והשוואה בין L1 ל-L5.
• נוסף תרשים שאריות של קצב פסאודו-טווח.
• הסרנו את הכרטיסיות הנפרדות של Reference PVT Stationary ו-Reference PVT Moving, כדי שיהיה קל יותר לראות איזה סוג של Reference PVT נבחר.
• התוצאות של "יצירת דוח" הועברו מ-HTML לחלון הסטטוס.
• הסרנו את הכרטיסייה "תכנון משימות". צריך להשתמש בכתובת gnssmissionplanning.com/ ‎ או בכתובת www.gnssplanning.com/‎.
• תיקונים שקשורים לניתוח קובץ התצפית של RINEX.
• חזרה למקור האפמריס של NASA CDDIS עבור GPS ו-GLO, כאשר BKG לא פועל.
• מעבר מ-igs.bkg.bund.de אל igs-ftp.bkg.bund.de
• לא לצאת מהניתוח אם ההורדה של נתוני האפמריס של GAL, ‏ QZSS או BDS נכשלת.
• יצירת ניתוח CNo של אנטנה גם אם ערכת השבבים לא תומכת ב-BaseBandCNo

מדריך התקנה ומדריך למשתמש.

שליחת משוב

אנחנו רוצים לשפר את התמיכה ב-GNSS ב-Android. אם נתקלתם בבעיות בתמיכה ב-GNSS ב-Android, אתם יכולים לדווח עליהן באמצעות מעקב הבעיות ב-GNSS. לפני שאתם מפרסמים את הבעיה, כדאי לבדוק אם כבר יש לה פתרון בשאלות הנפוצות.

אם השתמשתם בכלי הניתוח של GNSS, נשמח לקבל מכם משוב באמצעות סקר קצר. אם יש לכם שאלות נוספות או שאתם צריכים תמיכה, תוכלו להיעזר במקורות מידע לתמיכה במפתחים.

אפשר למצוא תשובות לשאלות נפוצות בשאלות נפוצות בנושא כלי ניתוח של GNSS.