Jól megígértem, hogy most már akkor lesznek bejegyzések, erre nem annyira jött össze. Na mindegy, mint tudjuk, nehéz a bányászélet. Inkább elmélyülünk egy témában, mintsem pár szót meg egy kis színest reccsentsünk ide. :)
Nos. A terítéken egy kis hardver lesz most, még pedig minden helymeghatározó egység lelke, a GPS csip. Vagy csipszet, bár nehéz ezt már szétválasztani ugye. Arról az integrált áramkörről lesz itt most szó, ami a lényegi munkát végzi a helymeghatározó készülékünkben.
Mint minden kávéfőzőnél bonyolultabb eszközben, a GPS készülékekben is van egy központi processzor. Nincs ez másként a mobiloknál, a PDA-knál, hogy a legtriviálisabbat, a PC-t ne is említsük. A különbség abban rejlik, hogy a helymeghatározó eszközöknél jó régóta nemcsak a számításokat végzi ez a mag, hanem a feladatra optmalizálva található benne egy kis memória, egy rádiófrekvenciás vevőkészülék és a tokon kívüli eszközökkel történő kommunikációhoz jellemzően valamilyen soros interface.
A fenti architektúrát követik szinte a kezdetektől a GPS-ek vevő/vezérlő áramkörei. A fejlesztés iránya egyszerre töbfelé is mutat azonban:
- minél alacsonyabb fogyasztás (mobil eszközök)
- extrém érzékenység (városi környezet, növényzettel borított terep)
- rövid elindulási idők (cél az azonnali rendelkezésre állás)
- extra funkciók (minél több műhold jelének egyidejű vétele, különféle energiatakarékos üzemmódok, gyorsabb kommunikáció, egyszerűbb adatfelület a gyártók számára)
1995-ben San Joseban megalapítják a SiRF nevű céget. Bár nem olvastam a betűszó jelentését, elég könnyű kitalálni, mire is utal. Szilícium, és rádiófrekvencia tuti van benne. :) Az iménti dátum óta igyekeznek a különféle helymeghatározó eszközök vezérlőcsip piacán vezető helyet elérni, és ez az elmúlt pár évben össze is jött nekik. Az igazi nagy áttörés szerintem az volt, mikor a Garmin GPS gyártó, - aki maga gyártotta készülékeihez a vezérlő csipeket - részben 2005 augusztusában szintén átpártolt a SiRF eszközök használatára.
Természetesen nem a harmadik generációval kezdődött a SiRF csipek élete, de mivel manapság már csak ilyen eszközöket lehet kapni, ésszerű erre fókuszálni.
Lássuk mit is tud a kicsike:
- Vízszintes pozíció pontossága: kb. 2m
- Sebesség pontossága: <0.01 m/s, irányra pedig: <0.01°
- Time To First Fix (TTFF):
• Hot start: <1 s
• Warm start: <35 s
• Cold start: <35 s
- Érzékenység:
• Önálló meghatározás: -142 dBm
• GSM / UMTS segédlettel: -155 dBm
- Néhány további fontosabb adat:
• Tracking L1, CA Code
• Maximum 20 csatorna
• 1 Hz frissítés
• Maximum magasság/sebesség: <60,000 láb/<1,000 csomó
• Támogatott protokollok: AI3/F, SiRF Binary, NMEA
- Integrálódás a készülékekbe:
• I/O felület: UART
• Külső órajel lehet: 13, 16.369, 16.8, 19.2, 24.55, 26, 33.6 MHz
- Teljesítményfelvétel (fogyasztás):
• Folyamatos önálló működés esetén: 62 mW
• "TricklePower" 40 mW
- Geometriai méretek:
• Tok mérete: 7 x 10 x 1.4 mm
• Tok footprint: 130 mm2 (BGA)
A belső blokkvázlat:
Nem nehéz észrevenni, hogy a gyártó nem publikálja agyon a csipet. Az itt látható felépítés csak a legfontosabb funkcionális egységeket azonosítja.
Néhány megállapítás azért tehető. A rendszer fixen 1M RAMmal rendelkezik tokon belül, ami valószínűleg a többi funkcionális egységgel történő kommunikációban kap szerepet pufferként, vagy cache-ként ha úgy tetszik. A rendszer lelke egy univerzális ARM processzor, hasonlók kerültek-kerülnek a mai PDA-kba.
Külön egységet alkot a tuner (RF core) és a specifikus GPS funkciókat ellátó GPS core.
Kis méretű eszközök esetén az "f" verzióban helyet kap még 4 mega flash memória. Helytakarékos megoldás, mobiltelefonokban, illetve még kisebb eszközökben ez jól jöhet.
Mi kell még egy kézbe vehető eszközhöz?
Órajel és táp kell minden épkézláb digit áramkörnek, eddig nincs semmi meglepetés. Kell még antenna (nahát) és kapcsolat a készülék többi részével (serial data). Szükséges lehet külső memória csatlakozása, és kb. ennyi is. Látható, hogy szinte minden szükséges és lehetséges összetevő a csipben kap helyet, így a végső készülék is kompakt tud maradni.
Mi az ami ebből kimaradt és ki is fog? Természetesen ha látni is szeretnénk valamit az egészből, akkor egy kijelző és az azt meghajtó áramkör nagyon kell.
Továbbá a ma már elengdhetetlen kényelmi funkciók, pl. a naplózás (tracklog), különféle naptárműveletek, kedvenc helyek mentése, és persze adatkapcsolat pl. PC felé. Ezek más áramkörök feladatai, így az igazi különbség a készülékek között a SiRF csipen kívül vannak.
Konklúzió:
Mára úgy néz ki, hogy a kommersz (értsd: közforgalmú) bármely GPS készülékben már ezeket az IC-ket találjuk meg. Az okok a specifikációban keresendőek:
- a nagyon kis fogyasztás és a fejlődő akkuk miatt egészen kiváló mobileszközök születnek,
- a nagyon nagy érzékenység miatt egyre rosszabb körülmények között is lehetséges a navigáció,
- a készülékek a fél perc körüli warm start-tal egész gyorsan fognak pozíciót,
- a csip területe egészen viccesen kisebb egy négyzetcentinél.
A fent felsorolt előnyök már egészen kiváló mobileszközöket eredményeznek, de a fejlesztés természetesen nem áll meg. Az irányokat látjuk, a cél az, hogy a végtelenségig menjen egy akkutöltéssel az eszközünk, és gyakorlatilag azonnal legyen kész a navigációra. Mindezt pedig minél kisebb méretben.
A közeli jövőben várható, hogy extrém helyeken is febukkannak a SiRF STAR 3 csipek utódai, szinte bármilyen kis eszköz képes lesz a saját helyzetét megálapítani, ezzel párhuzamosan az árak lefelé fognak mozdulni. Ez a GPS rendszer licenszdíjai miatt viszont nem feltétlenül fog a kész eszközök áraiban megmutatkozni.
Mi lesz a következő?
Már készen van az új csip, a neve SiRF Prima. Amennyit ki lehet bogozni a blokkvázlatából, egy jóval komplexebb eszközről van szó.
A tokban helyet kap a grafikus csip is (méretspórolás), támogatja az épp csak készülődő Galileo rendszert, és újabb, gyorsabb ARM11 processzor lesz benne.
Miért jó ez? Sokkal gyorsabb és sokkal kisebb eszközök jönnek, szerintem lesz GPS-es MP3-lejátszó nagyon vékony kivitelben. Sőt, egyáltalán mindenben GPS lesz.
Én már várom! :)
Március 7.: leadási határidő. A szakdolgozaté. Formai követelmény: 60-70 oldal. Rendelkezésre álló idő: nettó 1 hónap. Mission: completed.
Magyarul: mostantól lesznek bejegyzések. :) Aki várja, annak kösz!
Itt az új év, és már majdnem beszáradt a billentyűzet, úgyhogy ideje kicsit ismeretterjedni. Több téma is eszembe jutott az elmúlt időszakban és a címben jelzett navigációs segédrendszerre, illetve a hozzá hasonló megoldásokra esett a választásom.
Nos, miről is van szó?
A GPS rendszer, mint olyan jónéhány pontatlanságtól terhelt. Ezek sokféle csoportba sorolhatóak és többféle okra vezethetőek vissza.
Egyrészt a GPS, mint navigációs rendszer katonai eredetű. A polgári "kommersz" felhasználás gyakorlatilag pénzkereseti lehetőség az USA kormánya számára. (Tudtátok pl., hogy a rendszer használatáért fizetni kell, és hogy ezért kerülnek a készülékek ennyire sokba?) Szóval ott tartottam, hogy az USA alapvetően katonai célú navigációs rendszert épített, és mint ilyet, nem feltétlenül szeretné pl. az ellenségei kezébe adni. De legalábbis nem annyira pontos rendszer formájában, mint amilyen a katonai változat. Igen, a mi számunkra korlátozott a rendszer pontossága, sokszor ideális feltételek mellett sem csökkenthető a hiba 20 méter alá.
A másik nagy probléma a másfél GHz körüli frekvenciával van (nem nagyon lehetne amúgy jobbat kitalálni erre), mégpedig az, hogy a légkörben előforduló szennyezettség, illetve a földközeli tárgyak befolyásolják ezen hullámok terjedését. Pl. sűrűn beépített városi környezetben a legjobb vevők se tudnak komoly pontosságot produkálni, de ugyanez igaz pl. egy szurdokban a szabadban.
Ez mind semmi, ott van még Murphy is. Tudjátok, ami elromolhat, az el is romlik egyszer. Itt most a műholdakra gondolok. Mivel manapság a világ egyre inkább támaszkodik a globális helymeghatározásra, fontosabb, mint valaha, hogy tisztában legyünk a rendszer működőképességével - integritásával. Természetesen erre beépített önellenőrző mechanizmus áll rendelkezésre, földi megfigyelő állomások ellenőrzik folyamatosan a műholdak állapotát (health status). Csakhogy ezek viszonylag lomhák, akár több óra is eltelik, mire a rendszer a vevők felé jelzi, hogy pl. egy műhold "rosszul tudja az időt".
Kérdezhetnétek, hogy miért érdekel ez engem? Nézem a kijelzőt, azért ha rossz utcában vagyok az hamar észrevehető, és még a ládákat is a "geoösvény" alapján keressük az utolsó pár méteren, nem a műszerrel.
Hát azért, mert egy halom olyan helyen használják a polgári GPS rendszert, ahol lehet, hogy nem kéne ennyire támaszkodni rá. Ilyen a polgári repülés pl., vagy a hajós navigáció. Aztán pl. az életmentő csapatok, akik eltűnt embereket keresnek elhagyatott terepen...
A fenti problémákra próbálnak megoldást felmutatni a különféle segédrendszerek, mint pl. Európában az EGNOS [European Geostationary Navigation Overlay Service]. Az amerikai WAAS és a japán MSAS rendszerekkel együtt korlátozott területű, de javított pontosítást és integritást biztosítanak a GPS rendszernek. Mindezt ingyenesen. Kvázi. Merthogy a vevőkészülékeknek támogatniuk kell a szolgáltatást.
Lássuk, hogy működik!
Először is. A GPS rendszer ugye 24+3 NAVSTAR műholdból áll, amik majdnem 20km magasan föld körüli pályán keringenek. Naponta 2x meg is kerülik a sárgolyót. A földi állomások jellemzően azt figyelik, hogy ezek a műholdak milyen állapotban vannak, a rendszer koordinálásában vesznek részt.
Az EGNOS nem önálló rendszer, hanem a GPS navigációt egészíti ki. Három geostacionárius, vagyis "egy helyben álló" műholdból áll, amelyeket nem is emiatt lőttek fel eredetileg, több más funkciót is ellátnak. A három műhold: IOR-W, AOR-E, ESA ARTEMIS.
A földön telepített állomások nélkül a fent "álló" három kávédaráló viszont semmit sem érne. 34 állomás (RIMS) figyeli az integritást, melyeket 4 főállomás fog össze, a kiszámított hibajel-információt pedig hat darab uplink állomás tudja felsugározni a műholdakra.
A működés jellegzetességei:
1.: A műholdak fedélzetén nincs elsődleges jelgenerátor, nem önálló jelforrások
2.: A jelfeldolgozás a földön történik
3.: A földi állomások küldenek fel jelet, és a visszaérkező jel hordoz információt
4.: A RIMS állomások figyelik az EGNOS műholdak pozícióját és összevetik a GPS információkkal
5.: A kettőből hibajelet (offset) képeznek, amelyet a 4 főállomásra továbbítanak földi adattovábbítás segítségével
6.: A főállomások meghatározzák az adatokból a GPS rendszer aktuális pontosságát
7.: Ha kész, a minden hibát tartalmazó kompozit jelet még mindig a földön továbbítják az uplink állomásoknak, amelyek felküldik azt a 3 EGNOS holdnak
8.: Az EGNOS holdak a korrekciós jeleket sugározzák vissza az alkalmas földi vevőkészülékeknek
9.: A kompatibilis vevőkészülékek figyelembe tudják venni ezen információkat, így pontosabb helyzetinformációt biztosíthatnak gazdájuknak.
Jó, akkor ez most már tuti tökéletes rendszer?
Természetesen nem. Egyrészt a polgári GPS rendszer 20 méter körüli pontosságát így is csak két méterre lehet leszorítani. Ez nem lenne rossz, de ráadásul ez nem is mindig igaz.
A legnagyobb gond eme korrekciós rendszerekkel, hogy pont a pontosságot előnytelenül befolyásoló domborzati/beépítettségi viszonyok tesznek be ezeknek is. Ráadásul ez a probléma földrajzi helyszíntől is függ: nem mindegy, hogy a geostacionárius pályán dekkoló műhold milyen szögben látszik az adott helyről. Ha ugye pont alatta állunk, akkor a domborzat és az épületek nem nagyon árnyékolnak be, míg a hatóterület határa felé távolodva a helyzet folyamatosan romlik, tulajdonképpen ezek az objektumok árnyékolnak. Szemléletes cikk szól erről a problémáról itt.
Van-e magyar vonatkozása a történetnek?
Persze, mindennek. :) Az EGNOS haszna természetesen nem elsősorban a geocaching terén elentkezik. Egyrészt a GPS rendszer pontossága az EGNOS révén főleg a függőleges pozíció meghatározásában javul drámaian. Ez természetesen a légiforgalom szempontjából fontos. Az EUROCONTROL nevű nemzetközi szervezet foglalkozik a tökéletesen egységes európai légiirányítás megszervezésével és ezen belül az EGNOS élesben történő használatának tesztjével is.
Ebben a munkában Európa műszaki egyetemei vállalnak nagy szerepet, ezen belül a BME is. 2003-tól egy kombinált GPS-EGNOS inspekciós állomás működik a főépület Petőfi-híd felőli oldalán a tetőre szerelve. Messziről látszik, elég feltűnő kedvenc Combinóinkról is könnyen kiszúrhatóak a kültéri eszközök. A BME tehát egyfajta kontrolling tevékenységben nyújt segítséget, a cél az, hogy minél megbízhatóbbá tegyék az egyébként még mindig tesztfázisban működő EGNOS rendszert.
A jövő
A jövőben - ami nem tudni, hogy mikor fog eljönni -, lesz egy önálló európai GPS rendszerünk, amely Galileo névre hallgat. Ha igaz, az EGNOS egy az egyben integrálódni fog ebbe, illetve a megszerzett tapasztalatokat hasznosítani lehet a majdani önálló európai helymeghatározó rendszerben.
Az EGNOS közelebbi hasznosításának látszik a már említett légiirányítási felhasználás. A jövőben javulni fog a repülőgépek irányíthatósága, javítható lesz az autmatikus le és felszállások pontossága. Idővel teljesen automatizált önálló navigációs rendszer válhat az EGNOS-ból, vagy utódjából. Szélsőséges ötletek szerint a toronyból lehet vezérelni (nem irányítani) a gépeket, ezzel kézben tartandó a gyorsan telítődő európai légteret.
Néhány link, amelyek segítettek a bejegyzés készítésében:
Kratochvilla Krisztina és Takács Bence cikke a Kütyü magazinban
ESA oldal az EGNOSról
Forián-Szabó Márton EGNOS elemzése szintén a Kütyü magazinban
Egy nyugodtabb, vidámabb és sok természetjárással tarkított új évet és békés Karácsonyt kívánok minden kedves olvasónak! Remélem egyre többen lesztek és azt is, hogy aki olvassa a kis irományaimat, kedvet kap kivinni a technikát a természetbe. Csak aztán hozzátok is vissza! :)
Kezdjük talán azzal, hogy pl. a falfirkások körében a "taggelés" azt jelenti, hogy a jobb sorsra is érdemes falfelületekre művésznevüket fújják fel. Ezzel jelezve, hogy jelen vannak a környéken, jobb, ha szokják a helyiek a munkásságukat.
Egy kicsit szelídebben közelítve a kérdést, sokunkban felmerül, hogy valamiféle nyomot hagyjunk magunk után a világban. Van erre sokféle mód, de talán az egyik legbarátságosabb, ha képeinket helyezzük el virtuálisan a Föld felületén.Mire jó ez? Hát pl. arra, hogy megmutassuk rokonnak, barátnak merre jártunk. Hab a tortán, ha mondjuk digitális felvételeink a neten is bármikor hozzáférhetőek. Technikailag tehát arról van szó, hogy képeinket földrajzi koordinátákhoz rendeljük hozzá. Persze erre sokféle lehetőség van, a szemlélet az, ami megkülönbözteti egymástól ezeket:
- a gépünkön tartjuk a képeket, és a képekbe integráljuk a koordinátákat
- ugyanez, csak nem a gépünkön tároljuk a képeket (Flickr, Picasa, stb.)
- a GPS készülékkel rögzített útvonalakat hozzuk össze a képekkel.
Lássuk az első megoldást!
Ebben az esetben azt használjuk ki, hogy a JPEG formátumú képeknek (ilyet csinál a fényképezőgépek 110%-a) van egy ún. fejléc része, amelynek egy szakasza EXIF névre hallgat. Normál esetben ebben tárolódik minden infó a képről, pl. milyen záridővel készült milyen géppel, mikor, elsült-e a vaku és így tovább. Szerencsére ez az EXIF rész bővíthető, akár koordinátákkal is. Speciális fényképezőgépek, amelyek integrált GPS-t tartalmaznak, képesek alapból a képbe menteni a poziciót. A helyzet az, hogy ezek a gépek nagyon drágák és nem is túl egyszerű itthon hozzájuk jutni. Úgyhogy magunknak kell megoldani a feladatot.
Remek ingyenes lehetőség a Panorado nevű kiterjesztés Windowsos rendszerekhez. Ez egy DLL tulajdonképpen, megtoldva egy helyi menüben megjelenő menüponttal. Akárhol a gépünkön húzunk egy jobbgombos menüt egy JPG fájlon, a telepített Panoradonak köszönhetően lesz benne egy új menüpontunk.
Két lehetőségünk van. Az első önmagában is működik, csak egy böngésző kell hozzá. Ha ellátogatunk a Google Maps oldalára, és akárhol a térképen jobbklikkelünk, lesz egy "directions from here" ("Ütvonal innen") menüpont. Ha rákattintunk, fent megjelenik többek között a pont koordinátája is. Gondolom egyértelmű, hogy a fénykép készítésének helyén érdemes kattintanunk, így hozzá is jutottunk az áhított pont koordinátájához. Ha megvan, mehetünk vissza a geotaggelendő képünkhöz, jobb gombos menü => Panorado Flyer => Edit location manually. Itt választhaunk a koordináta típusok közül. Kis odafigyeléssel megtalálható a Google Maps által használt formátum (a legördülő menüben a legfelső). Innentől másolás-beillesztés a feladatunk csupán, illetve, hogy mentsünk. Tulajdonképpen ezzel meg is volnánk a feladattal, benne van a képben a helyzetinformáció.
Van a Panoradoban más lehetőség is. Ehhez viszont telepíteni kell a Google Earth-öt.Ugye ez szintén ingyenes és kicsit egyszerűsíti a munkát. Viszont egy újabb program kerül a gépre... Nos annyi a dolgunk, hogy a kép készítésének helyére navigálunk, és a pontosság érdekében minél nagyobbra nagyítjuk a képet a Google Earth-ben. Hogy ne mozduljon el a mutató, Alt+Tab kombinációval átváltunk a kedvenc fájlkezelőnkbe, majd a már említett jobbgombos menüből: Panorado Flyer => Get location from Google Earth. Ekkor felbukkan egy ablak a koordinátákkal, mi pedig ha elfogadjuk, már menti is a fájlba. Jópofa opció, hogy bármely geotaggelt kép ugyenezzel a jobbgombos menüvel elhelyezhető a Google Earthben. Ott pedig már sok mindent tehetünk vele, de az már egy másik post lesz. :)
Másik elv, éljenek az online fotómegosztók!
Mind a Flickr, mind pedig a Google Picasa nevű fotómegosztó portálja lehetőséget ad geokódolásra. Jellemzően arról van szó, hogy az adott képet - esetleg egyszerre többet - kiválasztva lehetőségünk van egy interaktív térképen elhelyezni őket.Természetesen előtte fel kellett, hogy töltsük őket!
Nos a Flickren annyi a dolgunk, hogy kiválasztjuk fent a menüből az "organize" felíratot. Ekkor bejön a csilivili mahináló felület.Alul vannak a képeink.Hozzáadva a nagy középső felülethez (oda kell húzni őket) máris lehet őket szerkeszteni. Ebben az esetben ez azt jelenti, hogy ugye a térképen akarjuk látni őket. Ehhez annyit kell még tenni, hogy fent a "location" menüből az "add photos to the map" pontot választjuk. Ekkor kapunk egy nagy térképet. Ezt lehet nagyítani, mozgatni, eléggé egyszerű. Ha megtaláltuk a helyszínt, a képe(ke)t húzzuk a pontos helyükre, rá a térképre. Ha mindent jól csináltunk, már készen is vagyunk. A képhez hozzárendelődött készítésének helye.
A Picasa csak egy kicsit más, van hátránya és előnye is.Itt ugye nem olyan csilivili a rendező felület, de azért a háttérben jobb funkcionalitás és sokkal részltesebb térkép van.
Két lehetőségünk van tehát. Vagy az egész albumra vonatkoztatjuk egyszerre a helyzetinformációt, vagy csak egy adott képre. Előbbi esetben be kell lépni a kívánt albumba és az "Edit album properties" linkre kell kattintani.A felbukkanó ablakban van kereső, ami a helységnevek között keres, és lehet kézzel is mozgatni a tüskét a térképen. Ha készen vagyunk, alul a "Save changes" gombra kattintva véglegesíthetjük a bejelölést.
Ha egy képet akarunk a térképre tenni (vagy az albumban mind máshol készült), akkor az adott képet kinyitva jobbra alul lesz egy "Add location" link.Innentől gyakorlatilag ugyanaz az eljárás, a felbukkanó ablakban kell elhelyezni a térképen a képet, majd menteni.
Nos jó szórakozást, aki kipróbálja, garantálom, hogy nem egyhamar fog végezni a sok fénykép elhelyezgetésével. :)
