Введение

Большинство производителей портативных GPS навигаторов и приемников используют  GPS чипы, разработанные другими компаниями. Именно поэтому, популярный чип SiRF III можно встретить и в навигаторах Garmin, и в приемниках GlobalSat.

Все GPS чипы имеют множество параметров, которые позволяют изменить условия приема навигационного сигнала и вычисления позиции. Но не все производители предоставляют пользователя доступ к этим параметрам. Во многом это объясняется тем, что «заводские» настройки имеют оптимальные значения и обеспечивают наилучшее качество работы навигационного оборудования, использующего этот чип. Стоит отметить, что настройки одного и того же чипа, в автомобильном навигаторе и портативном приемнике могут существенно отличаться. Это определяется характером использования оборудования – автомобиль в большинстве случаев движется равномерно по дорогам и не имеет резких ускорений в сторону. Портативный навигатор может использоваться в разных условиях – начиная от пеших походов, заканчивая прыжками с парашютом. Соответственно, некоторые из настроек внутреннего GPS чипа могут быть установлены в разные значения.

Как быть пользователям, которые планируют использовать GPS приемник и для автомобильной навигации и для пеших походов по лесу?  Некоторые из производителей GPS чипов предоставляют программное обеспечение, с помощью которого можно изменить настройки GPS приемников. Используя подобного рода программы можно с одной стороны настроить приемник под свои задачи, а с другой, существенно ухудшить его работу, либо ввести в состояние, из которого его не сможет вывести даже гарантийная мастерская. Поэтому, перед тем, как работать с такими программами, необходимо прочитать инструкцию.

Для чипов компании “Sirf” существует удобная и простая программа «Sirf Tech». В отличие от аналогичной фирменной программы «Sirf Demo» она не содержит графиков и таблиц, но для конфигурации параметров этот недостаток не имеет существенного значения.

Целью данной статьи не является описание всех настроек программы «Sirf Tech» и всех ее возможностей. Более того, описание некоторых функций не подкреплено практическими экспериментами, а основывается только на теоретическом понимании. Именно по той причине, что мы не готовы рисковать работоспособностью собственных GPS приемников. В этой статье, мы хотим описать основные возможности программы и полезные для пользователя функции.

Запуск программы

Установка программы на КПК не требует специальной инсталляции. Достаточно скопировать файл sirftech.exе в любую директории во внутренней памяти, либо на съемном носителей (Storage Card).

Перед запуском программы необходимо убедиться, что GPS навигатор включен и рабочее Bluetooth-соединение создано.

Программный интерфейс

Главное окно
Если начальные настройки приемника не были ранее изменены, то соединение программы “Sirf Tech” с приемником осуществляется по протоколу NMEA. Это протокол, по которому также происходит обмен данными с другими популярными навигационными программами – «Ozi Explorer», « BeeLine GPS », « i-Navi », « iGo » и т.д.

При «удачном» соединении с приемником на главном окне “Sirf Tech” отобразится текущая информация об уровне сигналов (Cn) отслеживаемых спутников (Sv), количество используемых в подсчете позиции спутников (Fix) и навигационная информация. Навигационные содержат точные координаты широты (Latitude), долготы (Longitude), значения высот над уровнем моря (Altitude MLS) и над геоидом (Geoid separation), текущую скорость (Speed) и курс (Course). Геометрический фактор в плоскости (HDOP) позволяет приближенно оценить точность вычисленной позиции — его значение не должно превышать 2. Значение времени указано в шкале UTC и отличается от Московского на 4 часа летом и на 3 часа зимой.

Это же окно приобретает несколько другой вид, если обмен данными между КПК и GPS приемником осуществляется по протоколу SiRF. В отличие от «текстового» NMEA, где данные передаются в обычном ASCII виде, протокол SiRF является «фирменным» бинарным протоколом компании «Sirf».

В данном случае, координаты представлены в формате UTM (Northing, Easting), что несколько отличается от привычных параметров широты и долготы. Данные каждого спутника дополнены информацией о текущем статусе (St), представленной в шестнадцатеричном виде. Параметр HDOP дополнен оценкой вертикальной (EstimatedVerticalPrecisionError) и горизонтальной (EstimatedHorizontalPrecisionError) ошибки. А вместо разницы текущей высоты и высоты геоида, представлено значение высоты используемого эллипсоида (Altitude Ellipsoid)

Это же окно приобретает несколько другой вид, если обмен данными между КПК и GPS приемником осуществляется по протоколу SiRF. В отличие от «текстового» NMEA, где данные передаются в обычном ASCII виде, протокол SiRF является «фирменным» бинарным протоколом компании «Sirf».

В данном случае, координаты представлены в формате UTM (Northing, Easting), что несколько отличается от привычных параметров широты и долготы. Данные каждого спутника дополнены информацией о текущем статусе (St), представленной в шестнадцатеричном виде. Параметр HDOP дополнен оценкой вертикальной (EstimatedVerticalPrecisionError) и горизонтальной (EstimatedHorizontalPrecisionError) ошибки. А вместо разницы текущей высоты и высоты геоида, представлено значение высоты используемого эллипсоида (Altitude Ellipsoid)

Коммуникационные параметры ( Comm)
Раздел главного меню «Comm» программы “Sirf Tech” служит для конфигурации параметров коммуникационных портов и сохранения поступающих NMEA (или SiRF) сообщений в файл.

Коммуникационные параметры содержат информацию о номере текущего порта (Comm Port) и его скорости (Baudrate). Стоит отметить, что для NMEA протокола рекомендованная скорость – 38400, для Sirf – 4800.

В окне выводится также статистическая информация – количество полученных сообщений (Messages), общее количество данных в байтах (Bytes) и данные об ошибках (Errors)

При необходимости можно закрыть текущий порт (Close) и, изменив номер активного порта и параметры скорости, заново соединиться с приемником. В реальности, этот режим необходим когда “Sirf Tech”не смог найти GPS приемник и установить с ним соединение. В этом случае, можно воспользоваться общим поиском (Find Port & Baud), при котором будут сканироваться все порты на всех доступных скоростях, либо выбрать определенный порт и найти подходящую скорость (Find Baud). Если соединение прошло успешно, то поля статистики «заполнятся» данными текущего протокола.

Все поступающие из GPS приемника в «Sirf Tech” сообщения можно сохранять в файл. Для анализа NMEA сообщений существует большое количество программ, которые могут отображать данные в графическом виде и вычислять статистическую информацию с оценкой точности, погрешностью изменений и т.п. Для анализа SiRF сообщений можно воспользоваться «фирменной» программой компании «SiRF» — “Sirf Demo”.

С помощью кнопки «Open» раздела «Log File» необходимо указать путь на КПК где будет открыт файл. Закрытие файла (Сlose) завершает процедуру записи данных.

Параметры NMEA
Раздел «NMEA» главного меню содержит набор настроек, которые доступны при условии, если активным протоколом обмена данными является NMEA. Список доступных параметров ограничен спецификацией протокола, но при этом содержит ряд «фирменных» NMEA сообщений и команд компании «SiRF».

Подраздел « Navigation Initialization» предназначен для инициализации чипа Sirf. Необходимо очень аккуратно использовать функции этого подраздела. Процедура инициализации связана с полной или частичной «очисткой» памяти приемника. Поэтому рекомендуется использовать некоторые из типов инициализации только в крайних случаях, когда другие способы восстановления работоспособности GPS приемника уже не помогают.

В NMEA протоколе “Sirf Tech” поддерживает следующие типы инициализации:

• «Перезахват» (Snap Start) – Рестарт GPS приемника с использованием данных, хранящихся во внутренней памяти: время, позиция, альманах и эфемериды
• «Горячий» старт (Hot Start) — Рестарт GPS приемника с использованием данных альманаха и эфемерид, хранящихся во внутренней памяти:
• «Теплый» старт с инициализацией (Warm Start, init) – При рестарте, GPS приемник использует данные альманаха и информацию, введенную пользователем – координаты, время, ошибка внутренних часов.
• «Теплый» старт (Warm Start) — Рестарт GPS приемника с использованием данных альманаха, хранящегося во внутренней памяти.
• «Холодный» старт (Cold Start).  – Рестарт происходит при полной «очистке» памяти. Удаляются данные координат, времени, эфемериды и альманах. Используются только данные временного сдвига внутренних часов
• «Заводской» ресет (Factory Reset) – Удаляется вся информация, хранящаяся в памяти, в том числе и сдвиг часов. Восстанавливаются значение параметров, измененных пользователем.

Более подробно об эфемеридах, альманахе и различных типах стартов приемника можно прочитать в отдельной статье .

«Холодным» и «заводским» стартом рекомендуется пользоваться, если после длительного хранения в выключенном состоянии, SiRF чип не смог поймать спутники и определить местоположение. Это объясняется тем, что при поиске спутников могут использоваться устаревшие данные эфемерид и альманаха. Аналогичная ситуация возникает, если выключенный приемник был перевезен на расстояние несколько тысяч километров. SiRF чип будет исходить из своего «старого» местоположения и соответственно искать спутники, которые по альманаху должны находиться в его полушарии.

В полях для инициализации есть поле «Channel», которое определяет количество, используемых для слежения за спутниками, каналов. Несмотря на то, что SiRF III является 20-канальным приемником, пользователю доступны только 12 каналов.  При попытке ввести в это поле число 20, программа «Sirf Tech» предупреждает, что значение параметра должно лежат в диапазоне от 1 до 12.

Вполне возможно, что это программное ограничение можно обойти, отправив соответствующее NMEA сообщение c помощью страницы «Development Data».

К сожалению, не удалось найти возможность, которая бы позволяла восстанавливать настройки приемника, измененные пользователем, без использования режима “Factory start”. Зачастую, в процессе экспериментов, иногда бывает трудно отследить — какие параметры были изменены и чему соответствовали их первоначальные значения.

Подраздел « Sеt Message Rate» позволяет установить список генерируемых приемником NMEA сообщений и изменить период их генерации. По «умолчанию», список NMEA сообщений чипа Sirf содержит данные – GGA, GSA, GSV, RMC, с установленным периодом – 1 секунда.

$GPGGA,100643.000,5522.9036,N,03710.1282,E,1,07,1.6,209.9,M,14.9,M,,0000*52

$GPGSA,A,3,31,01,23,20,11,30,14,,,,,,2.1,1.6,1.4*35

$GPGSV,3,1,12,20,84,187,41,01,49,067,46,23,46,238,45,31,45,073,50*7B

$GPGSV,3,2,12,11,25,194,34,13,16,240,,04,15,319,30,17,14,273,21*7A

$GPGSV,3,3,12,30,10,026,33,14,05,063,22,05,04,009,25,25,03,195,*7F

$GPRMC,100643.000,A,5522.9036,N,03710.1282,E,0.16,119.11,200507,,*0D

Для большинства популярных навигационных программ, этого набора данных достаточно. В сообщениях содержится информация о текущих координатах и скорости, оценке точности, расположении спутников на небе и уровне принимаемых сигналов.

Иногда для более детального анализа измерений приемника может понадобиться расширенный набор данных. Для этого достаточно отметить в списке нужные сообщения, установить период генерации и нажать “Set”. Поле «Use checksum» определяет, будет ли сообщение дополняться полем, которое используется навигационными программами для проверки целостности полученного сообщения.

Ниже представлен список NMEA сообщений, генерируемый приемником в соответствии с новыми настройками.

$GPGGA,100833.000,5522.9076,N,03710.1270,E,1,07,1.3,222.4,M,14.9,M,,0000*53

$GPGLL,5522.9076,N,03710.1270,E,100833.000,A*34

$GPGSA,A,3,31,01,23,20,11,30,17,,,,,,2.1,1.3,1.6*31

$GPGSV,3,1,12,20,84,180,43,01,49,067,47,23,47,238,45,31,45,072,49*77

$GPGSV,3,2,12,11,24,193,26,13,16,240,26,04,15,319,24,17,13,273,31*78

$GPGSV,3,3,12,30,10,025,26,14,04,064,22,25,04,195,,05,04,008,21*7C

$GPRMC,100833.000,A,5522.9076,N,03710.1270,E,0.18,4.86,200507,,*00

$GPVTG,4.86,T,,M,0.18,N,0.3,K*60

$GPZDA,100834.000,20,05,2007,,*5A

Подраздел « Development Data» предположительно предназначен для отправки конфигурационных NMEA сообщений в «ручном» режиме. В этом случае, необходимо знать синтаксис и правила формирования исходящих NMEA сообщений, которые может обрабатывать чип Sirf.

Подраздел « Select Datum» позволяет изменить датум, в котором представлены координаты NMEA сообщений. Кроме общепринятого «WGS-84», в списке доступы 4 датума– «Tokyo Mean», «Tokyo Japan», «Tokyo Korea», «Tokyo Okinawa».

Подраздел « Set Serial Port ( Switch to Sirf)» позволяет переключить текущий протокол обмена данными из NMEA на SiRF.  По «умолчанию» для соединения установлена скорость 4800. Переход в «SiRF» протокол осуществляется с помощью кнопки «Set». Появляющееся при этом информационное сообщение можно проигнорировать, нажав «Yes». После того, как Sirf соединения будет установлено, в поле «Sirf Time» будет представлено текущее UTC время.

Стоит отметить, что описанные выше подразделы меню «NMEA» при установленном протоколе «Sirf» работать не будут

Параметры Sirf
По аналогии с «NMEA», раздел главного меню «SiRF» содержит набор настроек, которые доступны для конфигурации с использованием протокола «SiRF».

Подраздел « Poll Software Version» позволяет получить номер текущей «прошивки» Sirf чипа. Например, «GSW3.2.2_3.1.00.12-SDK003P1.01a».

Подраздел « Initialize Data Source» аналогичен по содержанию подразделу «Navigation Initialization» протокола «NMEA», за исключением некоторых отличий.

• Инициализация «Snap Start» и «Factory Reset» не доступна для чипов «SiRF XTrac»
• Добавился новый тип инициализации – «System reset»
• Добавились служебные настройки

В подразделе « Mode Control» особый интерес вызывают параметры «Dead Reckoning Timeout» и «Track Smoothing».

Первый параметр определяет период времени в течении которого будут экстраполироваться навигационные измерения в случае пропадания GPS сигнала. Из приведенного ниже рисунка видно как ведет себя “SiRF“ при въезде в туннель на пересечении Кутузовского проспекта и ТТК. 10 красных точек обозначают моменты, когда вычисление позиции основывалось не на измерениях GPS сигнала, а на результатах экстраполяции измерений. Количество точек соответствует установленному времени в поле «Dead Reckoning Timeout» — 10 секунд.

Параметр «Track Smoothing» предназначен для «сглаживания» координат. В этом режиме все «выбросы» позиции, связанные с воздействием многолучевости и внешних помех, существенно уменьшаются, либо полностью устраняются.

Подраздел « Static Navigation» содержит самый полезный для пользователя параметр. При этом не нужно путать этот параметр с описанным выше параметром «Track Smoothing».

Многие пользователи замечали, что при медленном движении, текущее положение на карте отличается от реального и изменяется неравномерно. Эта особенность связана с режимом «Static Navigation», при котором скорость меньшая 1.2 м/c не рассматривается как движение, а «списывается» на ошибки определения позиция. И только если значение текущей скорости превысит 1.4 м/c, координаты будут отображать реальное значение. Этот режим в большей степени предназначен для автомобильной навигации, чтобы исключить «дрожание» позиции на перекрестках, светофорах и т.п. Но этот режим абсолютно не подходит для использования в пеших походах, когда скорость перемещения близка к граничному значению — 1.2 м/c. Отключить  «Static Navigation» можно просто убрав галочку из соответствующего поля.
Ниже представлены два графика измерений позиции, записанных одновременно в статическом режиме (на одном месте) в течение 30 минут. На правом графике режим «Static Navigation» включен. Видно, что в отличие от левого графика, измерения координат были подвергнуты дополнительной обработке и несколько отличаются от реальных данных

Подразделы « DOP Mask», « Elevation Mask», « Power Mask» содержат параметры, ограничивающие условия слежение за спутниками и подсчет позиции.
На странице «DOP mask» можно установить граничные значения геометрических факторов (HDOP, VDOP, GDOP) и выбрать из списка одно из условий. Если текущее значение выбранного геометрического фактора, связанное с расположением спутников на небе, превысит установленное значение, то Sirf не будет вычислять позицию. Таким образом, происходит фильтрация плохих измерений, которые ведут к ошибкам в определении позиции.

В отличие от страницы «DOP» на страницах «Elevation» и «Power» можно установить два пороговых значения. Первое определяет условия, при которых спутник будет отслеживаться чипом SiRF, второе – условие при котором спутник будет использоваться в подсчете позиции. Таким образом, можно исключить из подсчета позиции «низкие» и «слабые» спутники, измерения которых могут приводить к ошибкам. При этом ничто не мешает установить минимальные пороговые значения для слежения за спутниками. Единственное на что это влияет – это загрузка процессора и чуть большее потребление энергии.

Подразделы « DGPS Source», « DGPS Mode», « SBAS» предназначены для конфигурации кодового дифференциального (DGPS) режима работы приемника на базе чипа SiRF. Принцип DGPS режима основан на совместной обработки GPS измерений и корректирующих поправок, поступающих в реальном времени. В качестве источника DGPS поправок могут выступать системы WAAS/EGNOS, интегрированный приемник дифференциальных поправок, любой другой внешний источник RTCM данных. Для интегрированного приемника также определить параметры несущей частоты и скорости передачи данных.

В реальности, обычный пользователь можно настроить только данные спутниковой системы поправок SBAS, которая включает в себя системы WAAS в Америке и Egnos в Европе. Более подробно об этих системах и использовании EGNOS в России можно прочитать в отдельной статье .  В этой же статье описаны настройки Sirf для использования спутниковых поправок.

Подразделы « Trickle Power», « Low Power», « Advanced Power Management» предназначены для экономии заряда аккумулятора.
«Trickle mode» — это специальный режим, предназначенный для экономии заряда аккумулятора. Принцип его действия заключается в переводе GPS модуля в «спящий» режим работы на очень короткое время – 300 мс каждую секунду. Таким образом, время работы от одного зарядка аккумулятор может быть увеличено на 40%. Этот режим можно использовать в стабильных статических или динамических условиях, когда перезахват сигналов со спутников, после кратковременного отключения приемника, не вызывает затруднений. В случае трудных окружающих условий, этот режим работы не работать, потому что оставшихся 700 мс, может просто не хватить на поиск сигналов.

На практике, попытка установить этот режим для проведения эксперимента, привела к «зависанию» навигатора. И только с помощью «Factory Reset» удалось восстановить его работоспособность.
Начиная с версии «прошивки» 2.3 чипа SiRF III, в настройки был добавлен адаптированный к «тяжелым» условиям режим («Adaptive Trickle mode» ). По некоторым сведениям, новый режим позволяет увеличить время работы на 30% и справиться со сложными условиями перезахвата сигнала (в лесу, вблизи высотных зданий и т.п.). Настройки этого режима доступны на странице «Low Power». Учитывая предыдущий неудачный опыт, мы не рискнули испытывать настройки этого режима.

Страница с расширенными настройками для управления питанием (Advanced Power Management) содержит большое количество разнообразных параметров, которые в большей степени будут интересны разработчикам навигационного оборудования, чем обычным пользователям.

Подраздел « Set Message Rate» служит для изменения набора и периода генерации исходящих сообщений Sirf. В отличие от текстового NMEA протокола, «фирменный» протокол Sirf бинарный и для анализа его сообщений требуется специальное программное обеспечение. Например, «Sirf Demo».
По «умолчанию» базовый набор содержит следующий набор сообщений:

• 004 – Данные слежения за спутниками
• 002 – Данные навигационных измерений
• 009 – Данные производительности
• 007 – Статус внутренних часов
• 027 – DGPS статус
• 041 – Геодезические навигационные данные
• 013 – Информация о видимых спутников

Всего в настройках доступно более 50-и Sirf сообщений с различными типами данных. Для генерации любого из них необходимо установить период в поле «Update Rate» и нажать кнопку «Set» К сожалению, «Sirf Tech» не позволяет этого сделать, возвращая каждый раз сообщение об ошибке.

Подраздел « Switch to NMEA protocol» предназначен для изменения текущего протокола с Sirf на NMEA. В окне устанавливается нужный набор NMEA сообщений, период их генерации и скорость порта.

Переключение в NMEA протокол является необходимым условием по завершению работы с программой «Sirf Tech». В противном случае, большинство навигационных программ просто не смогут работать и получать навигационные данные с GPS приемника.

Заключение
В статье описаны не все функции и возможности программы «Sirf Tech». Мы постарались осветить самые важные и популярные, которые могут пригодиться пользователю при работе с GPS приемниками. Ничто не мешает пользователю самостоятельно разобраться в неохваченных статьей функциях. Мы со своей стороны рекомендуем соблюдать осторожность и прежде чем экспериментировать, прочитать всю доступную в Интернете документацию, инструкцию программы «Sirf Demo» и подробное описание протокола «Sirf».

Источник: www.gpsportal.ru