Введение

Компания «Sirf» несколько лет назад выпустила GPS-чип «Sirf III». Этот чип безоговорочно можно считать началом новой эры в GPS навигации. Новый чип обеспечивал потрясающее качество приема и обработки сигнала. GPS-навигаторы, использующие этот чип, могли определять координаты, и в густом лесу, и в условиях плотной городской застройки, и даже в бардачке автомобиля. Теперь не нужно было решать сложную задачу размещения приемника на приборной панели автомобиля – чем ближе к лобовому окну, тем лучше качество приема сигнала, но хуже видимость экрана.
Новый чип сразу получил популярность среди производителей навигационных приемников и конечных пользователей. Использование «Sirf III» стало, в некотором роде, обязательным критерием при выборе навигатора.
Конкуренты достаточно долго не могли предложить достойную альтернативу. Но, за последние несколько месяцев, сразу несколько компаний объявили о разработке и производстве GPS чипов с характеристиками превосходящими  «Sirf III». Более того, некоторые производители GPS навигаторов стали отказываться от чипов «Sirf III» в пользу новых чипов.
В этом обзоре мы попытались сравнить «Sirf III» c «МТК» в различных динамических и статических условиях. В тестах использовались приемники «BT-338» компании «GlobalSat» и «QSTARZ BT-Q818» компании «Qstarz International» . Обращаем внимание, что обзор посвящен сравнению чипов, поэтому далее по тексту, под термином «приемники» следует понимать «чипы».

Чтобы создать одинаковые условия тестирования, в настройках «ВТ-338» мы отключили режим «Static Navigation», который «сглаживает» вычисления позиции. Необходимо также принимать во внимание небольшие ошибки привязки карты Москвы в программе «Google Map».

Динамический тест (хорошие условия)

Под «хорошими условиями» подразумеваются широкие и просторные улицы, где спутниковый сигнал не блокируется зданиями и нависающей листвой деревьев. Маршрут проходил о станции метро «Сокол» до метро «Филевский парк», через Ленинградский проспект, Третье транспортное кольцо (ТТК), Мосфильмовскую и Минскую улицы. Единственный сложный участок, который был специально запланирован – длинный тоннель на пересечении ТТК и Кутузовского проспекта. Приемники были расположены на панели автомобиля у основания лобового стекла

В начале маршрута, оба приемника вели себя хорошо и точно отслеживали путь движения. Но, на абсолютно открытом участке ТТК, на участке от Беговой до пересечения с Звенигородским шоссе трек «Sirf» заметно сместился в сторону на 2 метра и фактически «вылетел» на встречную полосу.

Как и ожидалось, в туннеле оба приемника потеряли сигнал (Sirf — слева). При этом видно, что в начале туннеля переотраженные сигналы со спутников все еще принимаются, но уже не используются в подсчете позиции. В течение этих 10 секунд координатная информация экстраполируется с учетом накопленных измерений, но как только спутниковый сигнал полностью пропал, вычисление координат полностью прекращается. В настройках Sirf можно полностью отключить такую экстраполяцию, тогда он будет переставать вычислять координаты немедленно после потери сигнала, буквально в момент въезда в тоннель.

На последнем отрезке маршрута, оба приемника вели себя одинаково и отклонения от реального пути не превышали одного метра.

Параметр	Sirf	MTK
Измерений:	1226	1226
-фиксированных	1207 (98.4%)	1202 (98.0%)
-нет решения	20 (1.6%)	25 (2.0%)
Спутники:
-в захвате	11.01	10.72
-используемые	7.76	8.06

Из таблицы следует, что в условиях хорошей видимости и приема сигнала, «Sirf III» (слева), в среднем, отслеживал большее количество спутников по сравнению с «МТК», но используемых в подсчете позиции спутников было меньше.

Динамический тест (плохие условия)
Динамический тест связанный с «плохими условиям» проходил по большей части на узких московских улочках, где видимость спутников ограничивается соседними домами и деревьями, растущими по краям тротуаров. В этом случае маршрут проходил от  ул. Герасима Кудрина до метро «Полежевская» по Филевской улице, Шмитовскому проезду и Магистральным улицам.

В начале маршрута, который проходил через дворы, окруженные высотными зданиями поведение обоих приемников было одинаково устойчивым. Не было потери «позиции»  которая обычно связаны с такими сложными условиями.
Но уже на прямом участке ул. Кастанаевской в измерениях «МТК» опять появился сдвиг, который уводил трек с дороги на 2 метра.

Вообще, если присмотреться к поведению «МТК» на крутых поворотах, то можно заметить некую «инерциальность» в треках.  Если «Sirf» проходит повороты строго в соответствии с пройденным путем, то в треках «МТК» наблюдаются искажения, связанные с увеличением радиуса поворота.

При проезде под новой эстакадой (не указана на карте), после кратковременной потери сигнала, вычисленная «МТК» позиция имеет небольшой «скачок» в сторону

Статистические данные эксперимента

Параметр	Sirf	MTK
Измерений:	1419	1419
-фиксированных	1419 (100%)	1419 (100%)
-нет решения
Спутники:
-в захвате	10.73	10.57
-используемые	6.24	6.65

Анализ статистических результатов представленных в таблице, показывает, что и в этом случае «Sirf» (слева) имеет больше спутников в захвате, но в использует в подсчете позиции измерения меньшего количества спутников чем  «МТК»

Статический тест (плохие условия)

Запись данных осуществлялась в течение 30 минут, в условиях, которые можно назвать «плохими» — внутренний двор, окруженный 5-7 этажными домами. К сожалению, густой листвы, которая могла еще сильнее ухудшить условия тестирования, найти не удалось (апрель на дворе)
Результаты анализа полученных результатов сведены таблицу

Параметр	Sirf	MTK
Измерений:	1800	1800
-фиксированных	1800 (100%)	1800 (100%)
-нет решения
Точность позиции
- Нrms	1.25	1.19
- Vrms	2.90	6.65
- 3D rms	3.16	1.47
Спутники
- в захвате	12	10.60
- используемые	9.28	8.81

Несмотря на «тяжелые» условия приема сигнала, оба приемники показали 100% фиксацию.

Анализ результатов вычисленной позиции демонстрирует интересную особенность (Sirf-слева). В горизонтальной плоскости («плане») среднеквадратическое отклонение измерений позиции обоих приемников примерно равны. Но присмотревшись к графикам, можно увидеть, что измерения координат «Sirf» имеют «нормальное» математическое распределение, в то время как измерения «МТК» подвергаются какой то внутренней обработке. Это говорит о том, что в настройках «МТК» активирован режим, аналогичный режиму «Static Navigation», который в «Sirf» был специально отключен на период эксперимента.

Вполне возможно, что это объясняет то, что СКО по высоте (Vrms) в «МТК» значительно меньше аналогичного показателя «Sirf» (слева). Из теории, Vrms примерно в два раза превышает Hrms. Это объясняется особенностью геометрического расположения спутников на небе.

Поэтому значение СКО в пространстве (3Drms) приемника «Sirf» значительно хуже 3Drms, вычисленного для «МТК», но он отображает реальные измерения, которые не были подвержены «сглаживанию» с помощью специальных алгоритмов.

К сожалению, мы не нашли программное обеспечение, которое бы позволило бы отключить этот режим в «МТК» и сравнивать оба приемника в равных условиях для оценки точности. В любом случае, эта настройка никак не влияет на чувствительность приемника и его способность ловить, отслеживать и использовать сигналы спутников.

С помощью данных альманаха, можно получить реальную информацию о количестве и расположении спутников в определенный период времени. Используя программу «Mission planning» от компании «Trimble» можно видеть что на момент проведения эксперимента (с 9-24 по 9-54), общее количество доступных GPS спутников ровнялось 13

Количество видимых, тестируемыми приемниками, спутников меньше реального значения. Это объясняется тем, что некоторые из них полностью блокировались соседними зданиями, либо уровень их сигнала был достаточно слаб.

В статическом эксперименте «Sirf» (слева) показал лучшие характеристики по захвату сигала. И если в кинематических тестах, «Sirf» проигрывал «МТК» по количеству используемых в подсчете позиции спутников, то в статическом режиме, этот показатель значительно улучшился и даже превысил результаты «МТК»

На графиках можно видеть, что уровень сигналов спутников, приемника «МТК» на 2-3 Дб выше уровня «Sirf» (слева). Но в данном случае, это может свидетельствать о разных алгоритмах подсчета энергетического потенциала спутников, чем о разнице в чувствительности приемников

Статический тест (хорошие условия)

В качестве «площадки» для статического теста с хорошими условиям было выбрано Ходынское поле. Оно находится на этапе застройки, но пока еще есть места, где расстояния до ближайших зданий превышают 300 метров. Деревья и прочая растительность тоже отсутствует. Правда, есть бдительные экипажи ППС. И особое их любопытство вызывают автомобили, одиноко стоящие посередине Ходынского поля. Но услышав слова — «журналисты», «тестирование», «статьи» и «Интернет» — они сразу потеряли интерес.
Результаты анализа полученных результатов сведены таблицу

Параметр	Sirf	MTK
Измерений:	900	900
-фиксированных	900 (100%)	900 (100%)
-нет решения
Точность позиции
- Нrms	0.55	0.54
- Vrms	1.01	0.37
- 3D rms	1.14	0.66
Спутники
- в захвате	9	9.45
- используемые	8.56	8.79

Данный тест наглядно демонстрирует отличие режима «Static Navigation» от обычных «сырых» измерений. На графике «Sirf» (слева) явно видно хаотичный разброс точек, который можно описать «нормальным» математическим распределением. В то время, как правый график «МТК» подчиняется другим законам. Видно, что вычисленные координаты «сглаживаются» — в них отсутствуют явные «выбросы» и «скачки». Более того, эти обработанные измерения представляют собой прямые линии.

При всем при этом точность Hrms в плане, у обоих приемников имеет одинаковое значение. Как и в предыдущем примере, Vrms приемника «Sirf» соответствует «сырым» измерениями позиции, а Vrms «MTK» больше похоже на «скорректированные» измерения.

Стоит обратить внимание, что в хороших условиях, связанных отсутствием внешних ухудшающих факторов в виде домов и деревьев, общее количество видимых и используемых спутников оказалось меньше, чем в «плохих» условиях предыдущего эксперимента. Используя данные альманаха можно видеть, что реальное количество доступных спутников на момент проведения эксперимента (с 12-15 по 12-30) меньше чем для предыдущего теста. Этим и объясняется эта разница

Показатели, связанные с захватом и использованием спутников на этот раз оказались лучше у «МТК» (справа).

Как и в предыдущем тесте, видно что уровень сигнала приемника «МТК»

Выводы

В процессе эксперимента мы хотели протестировать два GPS-чипа разных производителей, сравнить их чувствительность, качество захвата и использования сигналов со спутников, оценить поведением измерений в сложных условиях и вычислить ошибки измерений позиций. Но настройки «МТК» внесли некоторые коррективы в ход проведения эксперимента и анализ полученных данных.

Чувствительность «Sirf» оказалось несколько лучше по сравнению с «МТК». «Sirf» отслеживает больше спутников в динамических и «плохих» статических условиях. При этом, в «хороших» статических условиях, показатели «МТК» оказались несколько выше.

Интересен тот факт, при меньшем количестве видимых спутников, «МТК» более эффективно использует полученные измерения и количество спутников используемых в подсчете позиции больше

К сожалению, из-за невозможности отключения режима «Static Navigation» в «МТК» не получилось сравнить два приемника по точности. Но, с другой стороны, можно визуально сравнить результаты вычисления позиции в при использовании «сырых» измерений и в режиме «Static Navigation». На графиках видно, что в динамических тестах «Static Navigation» приводит к некоторой «заторможенности» вычисления реального значения координат – повороты имеют больший радиус и треки не всегда проходят по реальному маршруту. В статических тестах  режим «Static Navigation» сглаживает все «выбросы» и «скачки» и значительно снижает ошибку по высоте.

P. S.

Учитывая неравные условия тестирования, мы не можем объективно сравнить точностные характеристики приемников. Более того, не охвачены тесты, связанные с оценкой времени «горячего» и «холодного» старта. Поэтому, пока мы не делаем окончательных выводов и обязательно вернемся к этой теме в наших новых статьях.
А пока хотим выразить благодарность:

• Валерию Козину ( gantt) — за предоставленный приемник
• Kirill Limping —   за помощь в проведении эксперимента
• Экипажу ППС – за понимание

Источник: gpsportal.ru