Módulos GPS/GLONASS Dual Band: L1 + L5 combinando melhor precisão e consumo para soluções urbanas

Introdução

O Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) fornece uma maneira amplamente aceita e já utilizada para determinar com precisão a localização. Portanto, ele permite a navegação e o rastreamento de bens e ativos e, com bilhões de dispositivos GNSS já em campo, tornou-se padrão bem difundido. No entanto, as aplicações GNSS são variadas e as empresas e desenvolvedores têm o desafio de encontrar e utilizar soluções adequadas que atendam às restrições de suas aplicações.

No eMobility, no qual este artigo se concentra, as empresas que fornecem soluções pro mercado devem equilibrar cuidadosamente a precisão, o custo, a demanda de energia e o tamanho de um módulo GNSS para garantir que selecionem a solução ideal. Freqüentemente, o GNSS sozinho não é suficiente para apontar a localização de pequenos veículos eMobility, como Scooters elétrica, então as organizações eMobility geralmente melhoram o sistema e posicionamento GNSS com sensores e algoritmos adicionais.

eMobility 

O mercado de micromobilidade compartilhada na China, Europa e Estados Unidos pode atingir de 300 a 500 bilhões de dólares em 2030. eMobilidade engloba carros elétricos e caminhões e transporte público, além de serviços de compartilhamento de caronas, como Uber e Lyft mais micromobilidade soluções como eBikes, eScooters e eSkateboards de empresas como Bird, Lime e Didi, que também são oferecidas pela Uber e Lyft. Além disso, novos tipos de veículos, como robôs de entrega de curta distância, estão enfrentando os mesmos tipos de desafios que o mercado de micromobilidade. A consultoria McKinsey & Company relata que as partes interessadas investiram mais de 5,7 bilhões de dólares em start-ups de micromobilidade desde 2015, com mais de 85% visando a China. 

Desafios GNSS em eMobility 

Todos os serviços são bem-sucedidos ou fracassam com base na experiência do cliente que oferece esses serviços. Isso começa logo na primeira interação, então o primeiro desafio do eMobility é fazer com que o veículo seja fácil de encontrar. Os provedores de compartilhamento de viagens demonstraram que isso pode ser conveniente e simples, mas os carros são dispositivos maiores e podem acomodar recursos GNSS mais caros e maiores do que os eScooters, que normalmente custam 400 dólares, por exemplo. O tamanho reduzido das eBikes e eScooters dificulta ainda mais a capacidade dos usuários de realmente localizar a bicicleta ou patinete. Eles podem ser facilmente escondidos entre carros estacionados, atrás de árvores ou obstruídos por algum objeto na rua. Essa falta de uma visão clara dos satélites, causada por desfiladeiros urbanos, mau tempo ou garagens de estacionamento, torna o fornecimento de uma posição precisa uma tarefa muito difícil para qualquer módulo GNSS. Isso é agravado por efeitos de multicaminho que prevalecem em desfiladeiros urbanos. O desafio de localizar dispositivos também afeta os provedores de serviços. Se os fornecedores de carona não conseguem encontrar seus veículos, eles não podem mantê-los, recarregar baterias e realocá-los para áreas de maior demanda. Isso custa aos prestadores de serviços o tempo desperdiçado do trabalhador e aumenta o tempo de inatividade dos veículos.

A regulamentação é o próximo grande obstáculo. A adoção de eScooters e eBikes está crescendo rapidamente e isso está causando preocupação para as autoridades municipais que procuram restringir o uso nas calçadas. A restrição de calçadas é um desafio significativo para eMobility por causa da demarcação muito limitada entre estradas e calçadas. Os fornecedores do eScooter enfrentam o desafio de como lidar com isso. Embora tenham a capacidade de soar alarmes ou até mesmo desligar o motor e travar o veículo, alarmes falsos terão um impacto negativo na experiência do usuário. A precisão é, portanto, vital, pois a restrição na calçada provavelmente se tornará um requisito regulamentar. O papel do GNSS melhorado por tecnologias de posicionamento adicionais se tornará cada vez mais importante. Um desafio mais estabelecido é o geofence para evitar que os veículos eScooters entrem em áreas não autorizadas. Algumas cidades aprovaram o uso de eScooters enquanto outras não, quando um eScooter atinge o limite da cidade, ele precisa ser impedido de entrar na cidade vizinha onde está proibido. Este também é um problema que afeta áreas específicas de uma cidade. Em Los Angeles, por exemplo, os eScooters não podem andar no píer de Santa Monica, mas as pessoas fazem isso o tempo todo. A cidade quer restringir isso para que os provedores de mobilidade tenham que decidir por onde começar a cerca virtual do cais. Quanto mais satélites um eScooter puder ver, melhor será o desempenho da solução GNSS. O acesso a um bom sinal GNSS de várias constelações de satélites, além do aumento da contagem de canais, é fundamental. 

Mike Horton, da HYFIX, fornecedora de soluções de posicionamento para o mercado de eMobility, enfrentou todos os desafios. “Minha experiência pessoal com as eBikes reflete exatamente o problema que os clientes no mercado articularam, que é encontrar a bicicleta”, diz ele. “A localização informada no aplicativo costuma ser ambígua e incorreta, então a bicicleta não pode ser encontrada facilmente.” “Os municípios agora estão procurando maneiras de impor restrições sobre onde as pessoas podem usar esses veículos”, acrescenta. “Será vital alertar com precisão os usuários sobre áreas aprovadas e não aprovadas. Se errar, será intrusivo e, em última análise, poderá causar problemas às autoridades. Talvez o maior desafio seja a natureza desses veículos. Eles são conduzidos em todos os tipos de condições difíceis perto de edifícios e sob pontes e a antena GNSS é muito pequena e o corpo humano pode atrapalhar. A vibração também afetará negativamente o desempenho do GNSS em uma scooter típica. Eu estimaria que um eScooter ou eBike só pode se conectar a 50-60% dos satélites aos quais um carro no mesmo local poderia se conectar.

A solução para eMobility

Em condições ideais, quando o céu está claro e não há obstruções no caminho, o GNSS pode dizer aos usuários exatamente onde está um eScooter. No entanto, raramente existem condições ideais e os veículos de micromobilidade, portanto, dependem de métodos adicionais para aumentar o desempenho do GNSS para localização. O cálculo de navegação estimada resolve muitos dos problemas combinando a velocidade da roda e os dados da unidade de medição inercial (IMU) – normalmente acelerômetro e informações giroscópicas – com GNSS. A precisão da posição pode ser afetada por questões como mudanças na pressão dos pneus, vibração da estrada e diferenças atmosféricas que podem afetar o desempenho do engine de navegação estimada quando o GNSS é desafiado. No eMobility, o cáculo de navegação estimada é idealmente adequado e fornece grandes melhorias para o posicionamento em desfiladeiros urbanos profundos, como aqueles no distrito financeiro de San Francisco. Nos dados do drive test na Figura 2, você pode ver claramente a melhoria em relação ao GNSS L1 + L5 autônomo em verde e roxo de GNSS L1 + L5 com DR (Dead reckoning), que está oferecendo uma melhoria de 10x na precisão de localização.

Figura: Localização da eScooter no centro da cidade de San Francisco mostrando a utilização de L1 + L5 GNSS em verde versus L1 + L5 GNSS + DR em roxo.

O módulo LC79D GNSS

O LC79D é um receptor GNSS multiconstelação de banda dupla L1 / L5 que oferece um form factor ultrabaixo com dimensões de 10,1 mm × 9,7 mm × 2,4 mm, tornando-o ideal para projetos com restrição de espaço, como veículos eMobility. 

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Figura: Módulo LC79D GNSS

O melhor preço, desempenho e baixo consumo de energia do módulo LC79D o torna uma solução perfeita e única. Ele pode rastrear bandas L1 e L5 para sistemas de satélite, incluindo GPS, Galileo e QZSS. Na banda L1, o LC79D pode rastrear os sistemas de satélite GLONASS e Beidou e o módulo rastreia o sistema IRNSS na banda L5. A capacidade L1 / L5 oferece grande diversidade e escolha de conexão, mesmo nos locais mais hostis. Em contraste com os módulos GNSS somente L1, o LC79D adiciona a banda L5, o que aumenta muito o número de satélites disponíveis, melhora a precisão da posição e ajuda a mitigar o desafio de multipercurso. A Figura 3 compara o desempenho de rastreamento com L1 apenas em vermelho, L1 e L5 em verde e L1 e L5 mais o cálculo de navegação estimada (Dead reckoning) em roxo para que você possa ver as vantagens. 

“Você precisa de componentes de alta qualidade para atingir a precisão e o módulo LC79D GNSS da Quectel com o software para dead reckoning da HYFIX funciona incrivelmente bem”, diz Horton. “Podemos rastrear por 10-15 minutos através de condições GNSS muito difíceis através de cidades e manter uma precisão de menos de 10 metros, é a solução perfeita.”

Mais valioso para os provedores de eMobility, o chipset GNSS, baseado na tecnologia de processo de 28 nm, é acoplado a uma solução avançada de gerenciamento de baixa potência que permite operação de baixa potência e determinação de posicionamento. Isso torna o módulo adequado para os sistemas sensíveis à energia e alimentados por bateria usados ​​no eMobility.

Figura: Zoom detalhado que mostra a diferença entre o L1 (vermelho), L1 e L5 (verde) e o L1, L5 e o cálculo de navegação estimada (roxo)

Conclusão

 O LC79D permite que a indústria de eMobility, especialmente aqueles envolvidos na micromobilidade, aproveitem a fusão de dados de diferentes sensores em um espaço muito pequeno a um custo incremental muito baixo com precisão incomparável. O LC79D está em produção e amostras e kits de desenvolvimento já estão disponíveis, oferecem recursos L1 e L5 de maneira exclusiva e preenchem a lacuna entre os módulos GPS básicos e os sistemas GNSS de ponta muito caros que têm custos proibitivos e exigem muita energia para uso em eMobility.

Esse texto foi originalmente publicado no link e traduzido para ser publicado no Embarcados.

Sobre a Quectel

A Quectel é o fornecedor líder global de módulos celulares e GNSS, com um amplo portfólio de produtos que cobre as tecnologias sem fio mais recentes como 5G, 4G LTE/LTE-A, NB-IoT/CAT-M, 3G UMTS/HSPA(+), 2G GSM/GPRS e GNSS. Como desenvolvedora de tecnologia IoT e fornecedora de módulos celular, a Quectel é capaz de fornecer serviços completos para módulos celulares IoT e M2M. Os produtos da Quectel têm sido amplamente aplicados nos campos de IoT/M2M, incluindo segmento de pagamentos inteligente, telemática e transporte, energia, cidades inteligentes, segurança, gateways sem fio, indústria, saúde, agricultura e monitoramento ambiental.

Para mais informações, entre em contato conosco através do e-mail [email protected]

(*) este post foi patrocinado pela QUECTEL.

A Quectel é o fornecedor líder global de módulos celulares e GNSS, com um amplo portfólio de produtos que cobre as tecnologias sem fio mais recentes como 5G, 4G LTE/LTE-A, NB-IoT/CAT-M, 3G UMTS/HSPA(+), 2G GSM/GPRS e GNSS. Como desenvolvedora de tecnologia IoT e fornecedora de módulos celular, a Quectel é capaz de fornecer serviços completos para módulos celulares IoT e M2M. Os produtos da Quectel têm sido amplamente aplicados nos campos de IoT/M2M, incluindo segmento de pagamentos inteligente, telemática e transporte, energia, cidades inteligentes, segurança, gateways sem fio, indústria, saúde, agricultura e monitoramento ambiental.

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Leonardo
Leonardo
05/07/2021 08:08

Quanto custa e qual e a previsão do aparelho

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