Utilice un kit para desarrollar rápidamente aplicaciones de posicionamiento de precisión basadas en GNSS

El uso de los sistemas mundiales de navegación por satélite (GNSS) se ha convertido en una rutina para la navegación básica. Aún así, las aplicaciones emergentes dependen de una precisión de posicionamiento mucho más allá de la capacidad de los sistemas convencionales de navegación por satélite. Aunque puede encontrar métodos de corrección GNSS capaces de entregar información de posicionamiento cada vez más precisa, su implementación presenta múltiples desafíos para garantizar la precisión, confiabilidad, facilidad de integración y seguridad robusta requeridas.

Sin embargo, se está avanzando rápidamente para abordar estos problemas. Veamos un módulo GNSS de alta precisión totalmente integrado en todas las bandas, un kit de evaluación, software y servicios de u-blox, diseñado para ayudarlo a implementar rápidamente sistemas de posicionamiento que requieren una precisión centimétrica.

Por qué diversas aplicaciones requieren precisión posicional más allá del GNSS básico

La navegación basada en GNSS se ha convertido en una parte rutinaria de las aplicaciones de transporte personal y comercial que requieren una precisión de unos pocos metros (m). La disponibilidad de métodos de corrección como el Sistema de Aumento de Área Amplia (WAAS, por sus siglas en inglés) ha reducido aún más la precisión posicional a los 1 a 2 m requeridos para las aproximaciones de precisión en la aviación, pero eso aún no es lo suficientemente preciso para un conjunto más amplio de aplicaciones.

Por ejemplo, los módulos GNSS tradicionales de banda única a menudo carecen de la precisión, velocidad y robustez requeridas, lo que los hace inadecuados para los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) y las funciones de conducción autónoma que requieren precisión a nivel de carril. Del mismo modo, las soluciones efectivas para drones o vehículos terrestres autónomos dependen de la convergencia rápida de la señal, la precisión excepcional y la protección contra interferencias.

Las aplicaciones de agricultura de precisión y equipos pesados requieren una precisión de nivel centimétrico (cm), especialmente en ubicaciones remotas donde los servicios de corrección tradicionales basados en el protocolo de Internet (IP) luchan con brechas de cobertura, rendimiento inconsistente y altos gastos operativos.

Del mismo modo, la infraestructura de telecomunicaciones depende de una sincronización precisa a nivel de nanosegundos (ns), una hazaña desafiante para los módulos GNSS tradicionales que a menudo tienen dificultades con la precisión y la susceptibilidad a la suplantación de identidad y la interferencia.

Las soluciones GNSS convencionales de todas las bandas pueden mejorar la precisión, pero a menudo introducen complejidad, mayores demandas de energía y mayores costos. El módulo GNSS de alta precisión multibanda ZED-X20P de u-blox aborda directamente estos desafíos específicos de la aplicación.

Cómo una solución integral mejora la precisión posicional

Diseñado para proporcionar a las aplicaciones datos de posicionamiento precisos con la cobertura más amplia posible, el módulo ZED-X20P de u-blox captura simultáneamente múltiples bandas GNSS, incluidas L1 de 1559 a 1610 megahercios (MHz), L2 de 1215 a 1252 MHz, L5 de 1164 a 1210 MHz, L6/E6 de 1260 a 1300 MHz y banda L de 1520 a 1559 MHz.

Las capacidades de banda completa del módulo le permiten admitir múltiples constelaciones GNSS, incluido el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), el sistema de navegación por satélite Galileo, el Sistema de Navegación por Satélite BeiDou (BDS), el Sistema de Aumento Basado en Satélites (SBAS), el Sistema de Satélite Cuasi-Zenith (QZSS) y la Navegación con la Constelación India (NavIC). Tenga en cuenta que si realmente necesita limitar el consumo de energía, puede configurar el módulo para recibir solo un subconjunto de constelaciones GNSS.

Para los desarrolladores, el módulo está diseñado para acelerar la integración del sistema y reducir la complejidad, proporcionando una solución directa para el posicionamiento de alta precisión gracias a su arquitectura altamente integrada (Figura 1).

Figura 1: El módulo GNSS ZED-X20P proporciona soporte integral multibanda y multiconstelación, seguridad integrada y algoritmos de convergencia rápida, lo que ayuda a los desarrolladores a optimizar los diseños GNSS de alta precisión. (Fuente de la imagen: u-blox)

El módulo combina su front-end de radiofrecuencia (RF) multibanda con un bloque digital compuesto por un procesador, un motor GNSS, memoria flash integrada y un motor de temporización dedicado con salida de sincronización de pulsos de tiempo configurable. Viene en un paquete compacto de montaje en superficie que mide solo 17,0 × 22,0 × 2,4 milímetros (mm) y, por lo general, consume alrededor de 55 miliamperios (mA) a 3,0 voltios.

Mientras que el analizador de espectro integrado del módulo monitorea el entorno de RF en busca de interferencias, el ZED-X20P también protege contra múltiples amenazas directas. Su defensa de múltiples capas incluye una raíz de confianza con arranque seguro y almacenamiento seguro, detección de interferencias y suplantación de identidad, y soporte para la autenticación de mensajes de navegación de servicio abierto de Galileo (OSNMA) (Figura 2). Galileo OSNMA garantiza una transmisión segura de extremo a extremo desde los satélites Galileo, proporcionando a los usuarios civiles autenticación para sus aplicaciones GNSS críticas para la seguridad.

Figura 2: El soporte del módulo GNSS ZED-X20P para Galileo OSNMA garantiza una transmisión segura de extremo a extremo desde los satélites Galileo, proporcionando a los usuarios civiles autenticación para sus aplicaciones GNSS críticas para la seguridad. (Fuente de la imagen: u-blox)

Para aplicaciones de posicionamiento de precisión, el módulo admite tanto la corrección cinemática en tiempo real (RTK) con representación del espacio de observación (OSR) como la corrección cinemática precisa de posicionamiento puntual en tiempo real (PPP-RTK) con representación del espacio de estados (SSR).

Las mediciones de corrección RTK con OSR llegan como mensajes de la Comisión Técnica de Radio para Servicios Marítimos (RTCM) transmitidos por proveedores de datos de corrección a través de Internet utilizando el transporte de red de RTCM a través del protocolo IP (NTRIP). El modo de operación RTK del módulo proporciona una solución sencilla para aplicaciones de línea de base relativamente corta construidas con RTK de red (nRTK) o RTK de una sola estación. Con nRTK, el módulo utiliza correcciones RTCM de un proveedor de servicios de estación de referencia virtual (VRS) que opera una red VRS. En RTK de una sola estación, la estación de referencia es local y transmite datos de corrección al receptor móvil.

Por ejemplo, una aplicación de cortacésped robótico puede usar fácilmente RTK de una sola estación, donde un módulo ZED-X20P sirve como estación de referencia que proporciona correcciones a un segundo ZED-X20P que funciona como receptor móvil (Figura 3).

Figura 3: Utilizando el soporte nativo de RTK con OSR, se pueden configurar rápidamente dos módulos ZED-X20P para admitir aplicaciones de línea de base corta, como cortadoras de césped robóticas. (Fuente de la imagen: u-blox)

PPT-RTK con SSR también utiliza el protocolo NTRIP, pero en lugar de proporcionar datos de corrección específicos, este protocolo transmite modelos centrados en satélites, incluyendo órbitas, relojes y sesgos de señal, al receptor utilizando el formato Secure Position Augmentation for Real-Time Navigation (SPARTN). Utilizando los datos transmitidos, un PPT-RTK con receptor SSR calcula las correcciones locales por sí mismo utilizando los datos contenidos en los mensajes SPARTN transmitidos a través de Internet móvil o a través de la transmisión por satélite en banda L.

Debido a que este protocolo de corrección combina velocidades de datos muy bajas con correcciones calculadas por el receptor, es particularmente efectivo para aplicaciones de línea de base larga con ancho de banda de comunicaciones limitado. Con sus capacidades de receptor de banda L y soporte nativo para SPARTN / SSR, el módulo ZED-X20P es adecuado para aplicaciones como vehículos aéreos no tripulados (UAV), equipos agrícolas y sistemas de logística / transporte, donde las conexiones móviles a Internet pueden ser irregulares en el mejor de los casos. Para adquirir información de corrección, puede aprovechar el servicio de corrección PointPerfect Flex PPP-RTK de u-blox, que ofrece planes rentables basados en el uso que admiten mensajes en formato SPARTN transmitidos a través de conexiones móviles a Internet o conexiones satelitales de banda L.

Con acceso a datos de corrección confiables recibidos a través de una antena de alta calidad como la ANN-MB2-00 de u-blox, el módulo ZED-X20P logra una precisión de posicionamiento RTK de 0,6 cm + 1 parte por millón y una precisión de posicionamiento PPP-RTK de <6 cm con tiempos de convergencia típicos de <7 segundos (s) y <40 s para RTK y PPP-RTK, respectivamente.

Los recursos de desarrollo aceleran la evaluación y la integración

Si bien las capacidades funcionales del módulo ZED-X20P ayudan a simplificar la integración del sistema, el kit de evaluación EVK-X20P-00 de u-blox (Figura 4) lo ayuda a acelerar la evaluación del módulo. Junto con cables y una antena ANN-MB2-00, el kit incluye una placa que implementa un receptor GNSS completo diseñado en torno al módulo ZED-X20P.

Figura 4: El kit de evaluación EVK-X20P-00 simplifica la creación de prototipos y la integración de GNSS, proporcionando una plataforma de hardware y software fácil de usar para un desarrollo rápido. (Fuente de la imagen: u-blox)

Para acelerar la evaluación de las aplicaciones, el paquete de software de evaluación GNSS u-center 2 de u-blox incluye herramientas de servidor/emisor y cliente NTRIP para que pueda ejecutar una configuración de base local y rover con OSR a través de RTCM o conectar el cliente a PointPerfect Flex para PPP-RTK con SSR.

Conclusión

Muchas aplicaciones emergentes de robótica, uso automotriz, agricultura, logística y temporización necesitan datos de posicionamiento de clase centimétrica que el GNSS básico y la conectividad IP desigual no pueden proporcionar de manera confiable. Una combinación de soluciones u-blox, incluido el módulo GNSS ZED-X20P, el kit de evaluación EVK-X20P, el software u-center 2 y el servicio de corrección GNSS PointPerfect Flex, ofrece una ruta rápida hacia la implementación de aplicaciones sensibles a la posición y al tiempo.