Lassen™ iQ

GPS модуль

Новый 12-ти канальный GPS приёмник с параллельной обработкой сигналов обладает сверхмалым энергопотреблением при старте и в режиме слежения. В модуле реализовано два режима чувствительности, нормальная/повышенная чувствительность с автоматическим переключением между ними. В нормальном режиме модуль имеет минимальное время холодного старта. Специальная реализация навигационного фильтра Калмана в процессоре Lassen iQ значительно увеличили чувствительность модуля как в режиме слежения за спутниками (до -140дБм), так и при холодном старте (до -136дБм). В модуле также реализован режим Assisted GPS, позволяющий моментально загрузить в модуль всю необходимую для теплого старта информацию, что позволяет обойтись без введения в систему резервного источника питания. Информационный пакет имеет размер всего лишь 2400 байт, что позволяет базовой станции отправить его с помощью нескольких SMS. В этом режиме время до первого местоопределения составляет 6 секунд (50%). Система защиты антенны определяет разрыв и короткое замыкание в этой цепи. Приёмник в отличие от Lassen SQ имеет два двунаправленных последовательных порта.

Спецификация

Основные характеристики:

• Работающий на частоте L1, использующий C/A код (SPS), 12-канальный GPS приёмник с постоянным отслеживанием спутниковых сигналов
• Частота обновления данных о местоположении
  • 1 Гц (TSIP, NMEA, TAIP)
• Точность
  • Горизонтальная: <5 м (50%), <8м (90%)
  • Вертикальная: <10 м (50%), <16м (90%)
  • Скорость: 0.06 м/сек
  • Время: ±50 наносекунд
• Первоначальное местоопределение (типовые значения)
  • "Холодный" старт: <50 секунд (50%), <84 секунд (90%)
  • "Теплый" старт: <38 секунд (50%), <42 секунд (90%)
  • "Горячий" старт: <10 секунд (50%), <13 секунд (90%)
  • Повторное местоопределение после исчезновения сигнала: <2 секунд (90%)
• Чувствительность
  • В режиме захвата -136 дБм
  • В режиме слежения -141 дБм
• Динамические характеристики:
  • Высота: 18000 м
  • Скорость: 500 м/сек максимум (1860 км/час)
  • Ускорение: 4g (39.2 м/сек²)
  • Толчок в движении: 20 м/сек²
• Ограничения действия (COCOM)
  • Высота не более 18000 м или скорость не более 515 м/сек (не одновременно)
• Виброустойчивость:
  • 0.008 g²/Гц от 5 Гц до 20 Гц
  • 0.05 g²/Гц от 20 Гц до 100 Гц
  • -3dB/octave от 100 Гц до 900 Гц
• Влажность: 5% до 95% без конденсации при +60°C
• Условия эксплуатации
  • Рабочий температурный диапазон: -40°C до +85°C
  • Температурный диапазон хранения: -55°C до +105°C
• Электрические характеристики
  • Первичный источник питания:
    • +3.3 В постоянного тока ± 0.3 В
  • Энергопотребление (номинальное):
    • Приёмник GPS - 86 мВт (27 мА), при 3.3 В
    • Со встраиваемой антенной - менее 103 мВт при 3.3 В
  • Резервный источник питания:
    • +2.5 до +3.6 В постоянного тока
  • Помехозащищенность по цепи питания: 60 мВ ампл. в диапазоне от 1 Гц до 1 МГц
  • Питание антенны: 3.3 В постоянного тока, защита от короткого замыкания и от обрыва в линии
• Интерфейсы
  • Ввод-вывод I/O: 8-pin (2 x 4) штырьковый соединитель ASP 69533-01 или подобный
  • Антенный разъем: H.FL-R-SMT(10), 50 Ом
  • Последовательный порт:
    • 2 последовательных двунаправленных порта
  • PPS: 3.3 В импульс уровня КМОП ТТЛ, синхронизирован с UTC по переднему фронту
• Поддерживаемые протоколы:
  • TSIP (Trimble Standard Interface Protocol) при 9600 бит/с, 8 бит;
  • TAIP (Trimble ASCII Interface Protocol)
  • NMEA-0183 v3.0 с устанавливаемой скоростью(от 2400 до 38400 бод), 8 бит; RTCM SC-104
  • Сообщения NMEA: GGA, GLL, VTG, ZDA, GSV, GSA и RMC
    Пользователь может выбрать с помощью TSIP передаваемые NMEA сообщения и сохранить эти настройки в энергонезависимой памяти модуля
• Исполнение
  • Корпус: Металлический с площадками под пайку на плату
  • Размеры: 26 мм x 26 мм x 6 мм
  • Вес: 6.5 грамм с защитным экраном

GPS модуль Trimble Lassen iQ позволяет вести одновременный прием 12 спутников, работающих на частоте L1 (1575,42 МГц). Обработкой приемного сигнала занимается внутреннее программное обеспечение, которое является интеллектуальной собственностью компании Trimble. Аппаратная радиочастотная часть совместима со стандартными активными GPS-антеннами с усилением 27 дБ. Для подключения внешней активной антенны предусмотрен разъем H.FL. Линии питания и все сигнальные цепи выведены на штырьковый разъем 2х4 с шагом 2 мм. Нумерация и назначение выводов разъема приведены в таблице.

Нумерация и назначение выводов разъема модуля Lassen iQ

Номер вывода	Обозначение	Описание
1	TXD A	Последовательный порт A, передатчик, 3,3 B TTL CMOS
2	GND	Общая земля (сигнал и питание)
3	RXD A	Последовательный порт A, приемник, 3,3 B TTL CMOS
4	PPS	Выход импульсов синхронизации (1 импульс в секунду), 3,3 В TTL CMOS
5	TXD B	Последовательный порт B, передатчик, 3,3 B TTL CMOS
6	RXD B	Последовательный порт B, приемник, 3,3 B TTL CMOS
7	Prime Power (VCC)	Основное питание, 3.3 В ± 0.3 В
8	Battery Backup Power	Вход для резервного питания +2.5 B… + 3.6 B Сохранение данных в памяти и питание часов реального времени( RTC)

Приемник полностью экранирован, и может монтироваться посредством SMD ответной части разъема или соединения гибким кабелем). При использовании гибкого кабеля его длина не должна превышать 15 см. Для установки модуля на печатную плату нужно использовать ответную часть сигнального разъема SMD-типа. Компания Trimble рекомендует использовать SMD разъем производства фирмы Samtec (CLP-104-02). При монтаже модуля на печатную плату с применением разъема SMD-типа необходимо подключить антенный разъем до фиксации модуля на печатной плате, т.к. после установки модуля антенный разъем будет недоступен. Неиспользуемые выводы портов RXD A, RXD B должны быть подключены к линии питания через резисторы 1…100 кОм.

Кабельное соединение

Типичное значение потребляемого тока для модуля Lassen iQ составляет 33 мА, без учета потребления активной антенны. Разработчик должен помнить, что внутренний генератор модуля работает на опорной частоте 12,504 МГц ± 3 кГц. В этом узком диапазоне частот помехи на линии питания не должны иметь амплитуду более 1 мВ. Порядок подачи и снятия напряжения питания не является критичным, однако модуль готов принимать TSIP команды только через 2,1 сек после подачи питания.

Для сохранения данных об альманахе, эфемерисе и последних координатах может использоваться внешняя батарея питания, которая подключается к выводу 8. При использовании резервного питания время до первого определения координат (Горячий старт) составляет менее 10 секунд. При использовании в качестве источника резервного питания литиевой батареи напряжением 3,6 вольт, ориентировочное время сохранения данных в памяти составляет 3 года. Компания Trimble не рекомендует использовать ионистор в качестве источника резервного питания.

Поддерживаемые протоколы

Помимо TSIP, TAIP и NMEA 0183 модуль поддерживает также RTCM SC-104 - интерфейс для приема дифференциальных поправок, передаваемых стационарными GPS-базовыми станциями. При использовании дифференциальных поправок точность определения координат может быть не хуже 2 метров. Приемник Lassen iQ по умолчанию работает с двунаправленным протоколом TSIP на последовательном порту 1, на выход порта 2 подаются сообщения протокола NMEA 0183, со входа порта 2 модуль принимает корректирующие данные в формате протокола RTCM SC-104 V2.1.

Установки коммуникационных протоколов приемника Lassen iQ по умолчанию

Номер порта	Протокол приема сообщений	Установки по умолчанию	Протокол выдачи сообщений	Установки по умолчанию
1	TSIP	Скорость: 9600 бит/сек Битов данных: 8 Контроль четности: нечетность Стоп бит: 1 Контроль потока: нет	TSIP	Скорость: 9600 бит/сек Битов данных: 8 Контроль четности: нечетность Стоп бит: 1 Контроль потока: нет
2	RTCM	Скорость: 4800 бит/сек Битов данных: 8 Контроль четности: нет Стоп бит: 1 Контроль потока: нет	NMEA	Скорость: 4800 бит/сек Битов данных: 8 Контроль четности: нет Стоп бит: 1 Контроль потока: нет

Приемник Lassen iQ может быть сконфигурирован для выдачи сообщений по протоколу TAIP. Любая коммуникационная программа, такая как Windowa Terminal или TELEMAX может использоваться для отображения сообщений, выдаваемых по протоколам NMEA или TAIP. Протокол TSIP выдает данные в двоичном коде и не может быть отображен в удобном виде в вышеуказанных программах. Возможна выдача избранных информационных сообщений по запросу (Query Mode), либо с периодичностью 1 или 5 секунд (Automatic Mode).

Для отображения данных передаваемых по протоколу TSIP компания Trimble бесплатно предоставляет программу iQ_Monitor

Скриншот окна программы iQ_Monitor:

Программа iQ_Monitor предоставляет удобный графический интерфейс для мониторинга всех параметров GPS-модуля - выходных данных, статуса и конфигурационных параметров (рис .3). В этой программе отсылка стандартного командного пакета заменяется выбором какого либо пункта из выпадающего меню. Разработчику доступны исходные коды программы на языке С, что позволяет быстро разрабатывать собственные приложения, основываясь на проверенном ПО. Установки протокола сохраняются в резервной статической памяти (требуется резервный источник питания!). Эти данные могут также быть сохранены в энергонезависимой Flash-памяти с помощью команды TSIP-протокола 0x8E-26.

Отладочный комплект разработчика

Компания Trimble выпускает отладочный комплект для GPS-модулей Lassen iQ (sQ), который сокращает время и облегчает процесс разработки конечного изделия. Отладочный набор позволяет производить конфигурирование модулей, выполнять необходимые измерения (время старта, потребляемая мощность и т.д.) и даже выступать законченным блоком в прототипе будущей системы. В состав отладочного набора входит следующее оборудование:

• Экранированный GPS-модуль Lassen iQ смонтированный на материнской плате, заключенной в крепкий металлический корпус с двумя интерфейсами RS-232. Отладочный комплект может работать с источником питания широкого диапазона напряжений без риска повреждения приемника - от 9 до 32 вольт. Это облегчает разработку изделий для автомобильных применений. На материнской плате также имеется резервный литиевый источник питания.
• Компактная активная GPS антенна на магнитном основании с кабелем длиной 5 метров.
• Ультракомпактная встраиваемая антенна с кабелем длиной 8 см
• Интерфейсный кабель RS-232 и с разъемами 9-pin
• Сетевой источник питания (Входное напряжение от 100 до 240 В, выходное 12 В)
• Автомобильный адаптер питания в прикуриватель
• Компакт-диск с документацией и программным обеспечением

В технической документации на модуль Lassen iQ можно найти электрическую принципиальную схему отладочного комплекта. Схема включения отладочного комплекта приведена на рисунке.

Схема включения отладочного комплекта для GPS-модулей Lassen iQ

Получение информации о координатах

После первой подачи питания GPS-приемник начинает искать сигналы спутников, не имея никакой предварительной информации об их местонахождении. Эта процедура называется "холодным стартом". Для определения координат необходимо принимать сигналы как минимум от 4 спутников. Несмотря на то, что уже в течение двух первых минут приемник начинает выдавать свои координаты, ему требуется еще примерно 15 минут для получения альманаха, т.е. набора данных обо всех спутниках. Данные альманаха передаются спутниками "порциями" в каждом 30-секундном информационном фрейме. Каждый фрейм содержит информацию об орбите конкретного спутника (эфемерис) и две страницы из 50-ти страничного альманаха. Таким образом, альманах передается за 12,5 минут. Процесс накопления данных альманаха не должен прерываться. Когда GPS приемник имеет данные эфемериса и хранит их в памяти, время первого определения координат (TFF- time to first fix) обычно не превышает 42 секунд для модуля Lassen iQ.

Альманах содержит информацию о каждом спутнике группировки, данные по состоянию ионосферы и специальные сообщения. Альманах обновляется каждую неделю и актуален в течение нескольких месяцев. Эфемерис содержит детальную информацию о текущих параметрах конкретного спутника. Данные эфемериса изменяются ежечасно, но могут быть использованы в течение до 4 часов.

GPS-приемник выполняет процедуру "теплого старта", если модуль был выключен более одного часа, но, благодаря резервному питанию, данные о последних координатах, альманахе и текущем времени были сохранены в памяти. Наличие этих данных сокращает время до первого определения координат. "Горячий старт" имеет место, если приемник был выключен менее 60 минут и сохранил информацию об альманахе, времени и координатах. Благодаря тому, что данные эфемериса еще актуальны, время определения координат GPS-приемником Lassen iQ сокращается до 20 секунд и менее.

Получение информации о точном времени

Во многих случаях необходимо иметь информацию о мировом времени или выдавать сигнал для точной временной синхронизации оборудования, установленного в разных точках земного шара. GPS-приемники компании Trimble могут с успехом применяться в подобных приложениях. Благодаря наличию на спутниках прецизионных атомных часов, GPS-приемник может синхронизировать свой внутренний генератор с очень высокой точностью по радиосигналу. Модуль Lassen iQ выдает (выход PPS) ежесекундные импульсы синхронизации положительной полярности длительностью 4 мкС с точностью ±50 наносекунд относительно Универсального Координированного Времени (UTC). Для синхронизации необходимо использовать положительный перепад имульса (передний фронт). Сигнал PPS присутствует постоянно, однако его точная привязка к UTC осуществляется только после определения координат. С помощью команд протокола TSIP можно отключать выдачу PPS (Always Off mode) или разрешить выдачу сигнала, только при наличии синхронизации (Fix Based).

Протоколы TSIP, TAIP, и NMEA имеют информационные сообщения с текущим значением GPS-времени. GPS-время отличается от UTC на фиксированный сдвиг, который в настоящий момент равен 13 секундам. GPS-приемник также передает в своих сообщениях текущий номер недели относительно базовой недели, которая началась 6 января 1980 года.

Документация:

		1.74 Mb ENG Документация на GPS-модуль Lassen™ iQ
		724 Kb ENG Программное обеспечение для GPS-модуля Lassen™ iQ