La plate-forme GNSS coupe l'alimentation, le temps de première correction

U-blox a dévoilé le M10, sa dernière plate-forme GNSS (Global Navigation Satellite System) pour les applications de positionnement à faible consommation. Conçu entièrement en interne, le U-blox M10 s'intègre dans une large gamme d'applications telles que les montres de sport, les trackers pour les marchandises et les étiquettes de bétail, le tout dans un petit facteur de forme et avec une très longue durée de vie de la batterie.

Le M10 est équipé de la technologie Super-S de l'entreprise, qui permet de filtrer le bruit et de distinguer les signaux de positionnement. L'appareil peut acquérir des données simultanément à partir d'un maximum de quatre constellations GNSS, même dans des environnements inhospitaliers, tels que des canyons urbains. Les gratte-ciel bloquent la ligne de mire entre les satellites et les récepteurs, ce qui rend extrêmement difficile pour les récepteurs GNSS de se verrouiller sur les signaux émis par les satellites en orbite assez longtemps pour se localiser en continu. Augmenter le nombre de satellites peut faire une différence significative.

Dans un temps EE interview, Bernd Heidtmann, chef de produit positionnement chez U-blox AG, a souligné comment le M10 est conçu pour consommer 12 mW en mode de suivi continu, une réduction d'environ 5 fois par rapport à la technologie précédente de la société mère (M8).

« La technologie Super-S optimise la consommation d'énergie et la précision avec des signaux faibles ou de petites antennes. Le temps de réponse court (TTFF) garantit une faible consommation d'énergie et la fonction de compensation de signal faible améliore la précision de la position », a déclaré Heidtmann.

Figure 1 : u-blox M10 et u-blox M8 (Source :u-blox)

Plateforme GNSS

Comme nous nous appuyons de plus en plus sur le positionnement par satellite, nous attendons toujours une plus grande précision de positionnement. Grâce à la réduction des coûts de l'électronique matérielle et logicielle, il y a eu une grande expansion en termes d'applications et de cas d'utilisation.

Le système mondial de navigation par satellite Galileo de l'UE permet aux récepteurs GNSS de s'assurer que les signaux satellites proviennent bien des satellites Galileo et qu'ils n'ont pas été modifiés. Cette approche rend plus difficile pour les pirates informatiques de faire leur « travail ». La constellation GNSS européenne sera la première à offrir des messages de navigation authentifiés gratuits aux utilisateurs civils.

Galileo est le système mondial de navigation par satellite (GNSS) européen, développé pour fournir des informations sur la position, la navigation et la météo aux utilisateurs du monde entier. Contrairement aux autres systèmes GNSS, Galileo est géré par un organisme civil, l'Agence spatiale européenne (ESA), et a été conçu pour répondre aux besoins des différentes communautés d'utilisateurs.

Le segment du satellite Galileo implique l'utilisation de 30 satellites (24 opérationnels et 6 de rechange), en orbite à une altitude de plus de 23 000 kilomètres. Les satellites seront répartis uniformément sur trois plans orbitaux et chacun mettra environ 14 heures pour orbiter autour de la Terre.

L'approche de sécurité utilisée consiste à apposer une signature d'authentification cryptée aux messages de navigation GNSS, qui peut être utilisée pour vérifier les messages sur la base d'une approche de clé hybride symétrique/asymétrique. L'authentification des données GNSS jouera un rôle important dans les systèmes avancés d'aide à la conduite, la conduite autonome ou de nombreuses activités commerciales à risque.

Matériel U-blox

L'U-blox M10 est conçu pour consommer 12 mW en mode de suivi continu, en maintenant la consommation faible pour les applications alimentées par batterie. La sensibilité RF accrue du M10 réduit également le temps nécessaire à la plate-forme pour atteindre une première position fixe lors de l'initialisation, fonctionnant bien même avec de petites antennes.

« La taille de la puce U-blox M10 est de 4 × 4 mm dans un boîtier QFN. Le module « MAX » permet une intégration sans aucun composant externe nécessaire. Le facteur de forme « ZOE » a la même fonctionnalité que les modules MAX et NEO. Et c'est un soi-disant système dans un paquet. Il a les mêmes fonctionnalités que le module max, mais emballé dans seulement 20 millimètres carrés », a déclaré Heidtmann.

Figure 2 :les trois modules, à partir de la gauche :package QFN, module MAX et facteur de forme ZOE (Source :u-blox)

Deux tests menés en Australie et en Allemagne ont montré que même dans des environnements difficiles où de grands bâtiments peuvent masquer le signal, Super-S et le mode «Super-E» amélioré permettent une réduction de puissance encore plus importante avec des taux de mise à jour plus faibles, optimisant la mesure où le signal est très faible (figure 3).

La technologie Super-S répond à deux défis courants rencontrés dans le suivi industriel et les cas d'utilisation de vêtements :des signaux GNSS faibles et un positionnement d'antenne inadéquat, mais également des facteurs tels que le mauvais temps, les vues du ciel obstruées et les canyons urbains affectent négativement la qualité des signaux GNSS atteignant le positionnement récepteur, ce qui réduit les performances de positionnement. La technologie u-blox Super-S combine 2 tailles différentes pour faire face à ces situations.

Les récepteurs GNSS peuvent être en deux phases opérationnelles :la phase d'acquisition et la phase de poursuite. Dans la première phase, la sensibilité est plus élevée, et le temps d'acquisition est réduit en obtenant une position avec une probabilité plus élevée et consommant peu d'énergie. Dans la phase suivante, l'objectif est de maintenir la position.

Figure 3 : Disponibilité maximale de la position avec la réception simultanée de 4 GNSS en Australie (Source :u-blox)

Figure 4 :Compensation de signal faible en Allemagne (Source :u-blox)

« Si vous regardez la photo, à gauche de la figure 3, vous voyez un un et un deux. Avec le numéro un, vous voyez que les bâtiments ne sont pas aussi hauts que dans le numéro deux. Et si vous regardez à droite, vous voyez toutes ces lignes colorées s'enraciner, et le vert est le vrai chemin, vraiment la vraie position. Ensuite, il y a M8 jaune et M10 en bleu. Et pour le numéro un, vous voyez qu'il n'y a presque aucune différence. Ils rapportent essentiellement la situation réelle. Mais si vous regardez le numéro deux, vous voyez une différence. La ligne jaune est à environ 20 mètres du vert. Et la ligne bleue est à environ 10 mètres de la verte. Et là, nous voyons dans un tel scénario où vous avez des bâtiments très hauts dans des zones urbaines profondes, là-bas, cela fait une différence d'avoir 4 GNSS », a déclaré Heidtmann.

Il a ajouté :« Si vous êtes dans cette zone, vous ne pouvez pas voir tous les satellites car les bâtiments vous donneront une ombre. Et si vous pouvez écouter les quatre constellations, vous rattraperez plus de satellites. Et puis, bien sûr, cela vous donne un avantage, car il y a toujours du choix. Ainsi, le récepteur examinera tous les satellites disponibles, puis sélectionnera le maximum de 30 signaux à suivre. Mais bien sûr, dans cette situation, vous n'en avez pas 30, vous avez de la chance si vous en avez huit ou neuf », a déclaré Heidtmann

De petites antennes ou de mauvais emplacements d'antenne entraînent une faible puissance du signal RF. La compensation de signal faible modifie le comportement du récepteur à adopter dans cette situation. "Les tests de conduite ont montré une amélioration de> 25 % de la précision de la position et de la vitesse", a déclaré Heidtmann.

Figure 5 :schéma fonctionnel de M10 (Source :u-blox)

Figure 6 :u-blox M10 et M8 en comparaison (Source :u-blox)

u-blox M10 dispose d'une détection avancée de l'usurpation d'identité et du brouillage. « Les attaques d'usurpation d'identité et de brouillage sont détectées et signalées à l'hôte. Détection d'usurpation basée sur l'analyse de données brutes GNSS et atténuation des attaques d'usurpation d'identité à l'aide d'un signal authentifié (Galileo OS-NMA) », a déclaré Heidtmann.

Les applications critiques doivent savoir à quel point elles peuvent se fier aux données acquises par les récepteurs. Le niveau de protection décrit l'erreur de position maximale et quantifie la fiabilité du système. Ce niveau est influencé par toutes les sources d'erreur qui affectent généralement les solutions GNSS.

« Si, par exemple, un récepteur GNSS détermine sa position avec un niveau de protection de 95 % d'un mètre, il n'y a qu'une probabilité de 5 % que la position signalée se trouve à plus d'un mètre de sa position réelle», a déclaré Heidtmann.

Les innovations dans les systèmes et les technologies liées au secteur GNSS (Global Navigation Satellite System) sont un processus en constante et rapide évolution. La précision instantanée du GPS à ces niveaux était réservée à la défense américaine, mais cela a déclenché la course à la création de systèmes alternatifs plus fiables qui ont donné naissance au GNSS (Global Navigation Satellite Systems) avec des contributions de plusieurs pays à travers le monde, comme le russe GLONASS. , le Beidou chinois et le Galileo européen. Les données Galileo aident à localiser les balises et à secourir les personnes en détresse dans toutes sortes d'environnements.

>> Cet article a été initialement publié sur notre site frère, EE Fois.

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