مشکلات تعیین موقعیت دقیق توسط گوشی هوشمند و راه حل آن

مطالعه این نوشته در 10 دقیقه

در نوشته های گذشته به بررسی اپلیکیشن های تعیین موقعیت دقیق توسط گوشی های هوشمند پرداختم . همچنین در نوشته ای جداگانه، اولین گوشی هوشمند مجهز به GPS دو فرکانسه را معرفی کردم. در این نوشته به بررسی مشکلات پیش رو در تعیین موقعیت با دقت سانتی متری توسط گوشی های هوشمند می پردازم. یکی از مهمترین مشکلات موجود در تعیین موقعیت دقیق توسط گوشی هوشمند، Power Duty Cycling می باشد.

Power Duty Cycling

برای تعیین موقعیت دقیق در حد سانتی متری ما نیاز به مشاهده فاز موج حامل داریم. با استفاده از این مشاهده و حل ابهام فاز (Ambiguity) به صورت عدد صحیح که به آن Integer Ambiguity Resolution می گویند، به دقت بسیار بالایی در تعیین موقعیت می رسیم. یکی از مشکلات موجود در گوشی های هوشمند، ناتوانی در اندازه گیری مشاهده فاز توسط چیپست های تعیین موقعیت این گوش ها می باشد.

اندازه گیری مشاهده فاز باید به صورت پیوسته صورت بگیرد. در صورتی که به هر دلیلی، پیوستگی اندازه گیری مشاهده فاز از بین برود، خطای به نام قطع شدن فاز یا Cycle Slip رخ می دهد. گوشی ها هوشمند نمی توانند مشاهده فاز را به دلیل Power Duty Cycling، به صورت پیوسته اندازه گیری کنند. در واقع Power Duty Cycling، چیپست تعیین موقعیت گوشی هوشمند را تنها به مدت کسری از ثانیه فعال می کند و در این کسری از ثانیه است که مشاهده فاز اندازه گیری می شود. دلیل این کار، کم کردن میزان مصرف انرژی و بهینه سازی باتری های گوشی هوشمند می باشد.

تعیین موقعیت دقیق توسط گوشی هوشمند
خطای Cycle Slip در مشاهده فاز

در نتیحه با هر بار اتفاق افتادن Duty Cycle، یک خطای قطع شدن فاز یا Cycle Slip به وجود می آید. در واقع ما در هر اپک مشاهداتی یک Cycle Slip داریم. در نتیجه امکان استفاده از این مشاهده فاز برای روش های تعیین موقعیت دقیق نظیر PPP و RTK امکان پذیر نمی باشد.

آیا در آینده این مشکل برطرف می شود؟

تحقیقات نشان داده است که این مشکل در گوشی های هوشمند، در آینده حل خواهد شد. در حال حاضر در تبلت Nexus 9، فرآیند Duty Cycle غیر فعال شده است و این تبلت می تواند مشاهده فاز را به صورت پیوسته و بدون وقوع خطای Cycle Slip در هر اپک اندازه گیری کند. البته که فرآیند اندازه گیری مشاهده فاز در این تبلت اندرویدی، متفاوت با گیرنده های تجاری موجود در بازار است. ولی، بدون شک، امکان اندازه گیری این مشاهده، گام مهمی در تعیین موقعیت دقیق توسط گوشی هوشمند می باشد.

راه حل دیگر را کمپانی Broadcom ارائه کرده است. این کمپانی با ارائه چیپست جدیدی که با نام BCM47755 امکان اندازه گیری امواج L1 و L5 را برای گوشی های هوشمند فراهم می آورد. در مورد این چیپست و نحوه کار کرد آن در نوشته اولین گوشی هوشمند مجهز به GPS دو فرکانسه توضیح داده ام. اخیرا در آمریکا این چیپست را مورد تست قرار داده اند که در ادامه به بررسی نتایج این تست می پردازم.

تست چیپست BCM47755 کمپانی Broadcom

در این تست از یک گوشی هوشمند اندرویدی سامسونگ مدل Galaxy S7 استفاده شده است. چیپست BCM47755 به کمک یک کابل USB به گوشی هوشمند متصل شده است. همچنین از یک آنتن خارجی (External) نیز استفاده شده است تا بتوان تفاوت بین آنتن داخلی گوشی و نیز آنتن خارجی را مورد ارزیابی قرار داد.

تعیین موقعیت دقیق توسط گوشی هوشمند

در واقع با این کار یک Zero-Baseline ساخته شده است. Zero-Baseline به بیس لاینی گفته می شود که از اتصال دو گیرنده به یک آنتن تشکیل می شود. در شکل زیر ساختار یک Zero-Baseline را مشاهده می کنید. از این بیس لاین معمولا برای تست نویز گیرنده ها و شرایط Multipath استفاده می شود.

تعیین موقعیت دقیق توسط گوشی هوشمند-Zero Baseline
Zero Baseline

در این تست، با تشکیل مشاهدات تفاضلی دوگانه و به دست آوردن باقیمانده های آن، به این نتیجه رسیده اند که با استفاده از این چیپست، میتوان به انحراف معیار مورد نیاز برای کارهای دقیق نظیر RTK رسید. همان طور که در تصویر زیر مشاهده می کنید، انحراف معیار در حدود 8.6 میلی متر (معادل با 45 milicycle) در نتایج مشاهده می شود و این مقدار برای حل ابهام فاز در RTK مناسب می باشد.

تعیین موقعیت دقیق توسط گوشی هوشمند

سپس در مرحله بعدی برای تست میزان دقت این چیپست، یک پروسه تعیین موقعیت دقیق طراحی شده است و در آن مجموعه زیر را تست کرده اند. در این پروسه از یک گیرنده حرفه ای و یکی گیرنده بادقت بالای دست ساز استفاده شده است. گیرنده با دقت بالا شامل چیپست BCM47755 و یک آنتن به صورت زیر می باشد. با اتصال گیرنده حرفه ای و چیپست BCM47755 به این آنتن، یک Zero-Baseline تشکیل داده اند.

تعیین موقعیت دقیق توسط گوشی هوشمند

سپس با استفاده از دریافت تصحیحات از سرویس RTX کمپانی Trimble، تست تعیین موقعیت دقیق در حالت RTK را برای هر دو گیرنده انجام داده اند. همان طور که در شکل های زیر مشاهده می کنید، هر دو پس از مدت زمان کوتاهی که به آن Convergence Time می گویند، به سمت جواب صحیح همگرا می شوند.

تعیین موقعیت دقیق توسط گوشی هوشمند

تست های دیگری نیز در این زمینه انجام شده است که با توجه به طولانی شدن نوشته، از بیان آن ها در اینجا خودداری می کنم. میتوانید به این مقاله مراجعه کرده و نتایج آن را مشاهده نمایید.

جمع بندی

نتایج تحقیقات نشان می دهد، با توجه به ارائه روش های نوین برای غیر فعال کردن Duty Cycle، و نیز ارائه چیپست های جدید، در آینده ای نزدیک شاهد بهبود دقت تعیین موقعیت در حد سانتی متر در گوشی های هوشمند خواهیم بود. اگر چه هنوز مشکلاتی نظیر Multipath شدید در مناطق شهری و مشکل آنتن گوشی های هوشمند باعث افزایش زمان همگرا شدن نتایج می شوند، ولی نتایج تستهای انجام شده بیانگر این موضوع مهم هستند که:

می توان در شرایط ایده آل، و با استفاده از مشاهدات فاز چیپست های دوفرکانسه و نیز سرویس های کمکی RTK نظیر سرویس RTX کمپانی Trimble و یا حل PPP به دقت سانتی متری رسید. این اتفاق، گام بزرگی در جهت تعیین موقعیت دقیق با استفاده از گوشی های هوشمند می باشد.


امیر اللهویردی زاده
دانشجوی دکترای GNSS دانشگاه Curtin، کارشناس ارشد ژئودزی از دانشگاه اصفهان، مدرس دانشگاه، علاقه مند به سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای، مدیریت پروژه، برنامه نویسی
LinkedinEmailTelegram

متوسط امتیاز / 5. تعداد رای

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *