חידושים ב- GPS מינימלית עבור איסוף נתונים שדה Easier

המהפכה השקטה בכיס שלך: כמה קבלנים GPS ממיניסטרולטיביים מעצבים מחדש את אוסף הנתונים של שדה

במשך עשרות שנים, איסוף נתונים גיאוגרפיים מדויקים שנועדו להובלת ציוד רב עוצמה לאתרים מרוחקים של שדה.חוקרים נתקלו לעתים קרובות במסחר בין דיוק ויציבות, עם מקלטים מתקדמים הדורשים תמיכה לוגיסטית משמעותית.מציאות עברה באופן דרמטי.הצעדה הבלתי פוסקת של מוליכים למחצה, יחד עם פריצות דרך בעיצוב האנטנה וניהול כוח, הפיקה מקלטים GPS קטנים מספיק כדי להתאים את הארכיאולוגים האלה רק שיפורי דיוקים חדשים, אך ורק כדי לאפשרות אלה.

האבולוציה של סקר-Grade ל- Pocket-Sized

מתוך Chassis כבד ל-One-Chip Solutions

בתחילת שנות ה-90, מקלט GPS כפול- ⁇ טיפוסי המשמש סקר עשוי למלא תרמיל ולשקול כמה קילוגרמים.האלקטרוניקה הנדרשת רכיבי מודול דיסקרטיים - חזית RF נפרדת מסתיימת, מלוטשים, ומעבדים מרובים - כולם שוכנו במקלטים מחוסנים, בתנאי מזג אוויר.

התפקיד של Multi-Constellation Tracking

המיניגלגליזציה לבדה לא הייתה יכולה לפתוח ביצועים מוכנים ללא התקדמות במקביל בתשתיות לוויין. צ'יפס מודרני עוקב אחר אותות משש מערכות לוויין ניווט גלובליות (GNSS), שיפור דרמטי של זמן-לקוד ראשון, זמינות בסביבה מאתגרת, ומיקום השלמות תחת קאנופי עץ או בתותחים עירוניים. יכולת רב-קונספירציה זו, פעם מוגבל לסקרים יקרים, נמצאת כעת בסטנדרט נמוך, בתנאי דיוק קומפקטיים: 200 מטר פתוח.

טכנולוגיות הנדסיות מובילות למיניסטרציה

CMOS RF ושילוב מעורב-Signal

ההגירה של עיבוד GPS מ GaAs מיוחד (gallium arsenide) substrates ל CMOS סטנדרטי (מינוי מתכת-חמצני-semiconductor) כבר חשובה. CMOS מאפשר שילוב הדוק של לוגיקה דיגיטלית, זיכרון ואלמנטים פאסיביים על מת יחיד, להפחית באופן דרסטי את ספירת הרכיבים החיצוניים של GPS SoCs דורש פחות מ תריסר רכיבים פסיביים - התנגדות, יתרון, קיבולי, ו-קיפה, אך גם לא פחות ממכשירים רדיואקטיביים, אלא גם כן, אלא גם מצמצם את הפחתת כמות גדולה יותר מאשר את רמת אבטחה נמוכה יותר מאשר קיבולת רדיו.

צ'יפ אנטנה פורצת דרך

באופן מסורתי, אנטנה גבוהה או helical היה תורם דומיננטי לגודל המקלט הכולל.מהנדסים פיתחו אנטנות שבבים - קרמיקה זעירה או LTCC (מבנה קרמיקה קצר-זמנית) - כי חסימת GPS L1 ו- L5 להקות תוך לכידת פחות מ -10 מ"מ רבועים של שטח הסיפון.אנטנות אלה משיגות יעילות מקובלת (60–70%) באמצעות מטענים חשמליים לחלוטין, תוך כדי טעינה אוטומטית של שבבים לא מתאים לכדי שבבים, אשר מעצבי שטח.

כוח נמוך A-GNSS וסיוע לרכישת

צריכת חשמל היסטורית הייתה העקב של מערכות GPS ניידות.תהליך של קידוד אותות לוויין חלשים דורש מחזורי עיבוד משמעותיים.התקדמות בסיוע GNSS (A-GNSS) – שבו המקלט מוריד את הנתונים Ephemeris ו- almanac באמצעות חיבור אינטרנט - להפחית את מרחב החיפוש של האות וחתכת זמנים מכמה דקות עד שניות.

Integrated IMU ו-Shine Fusion

(מקלטי GPS זעירים יותר ויותר משלבים מערכת מיקרואלקטרוניקה (MEMS) יחידות מדידה לא רצויות (IMUs) - מאידרמונים, גירוסקופים, ומגנטים. אלגוריתמים היתוך חיישנים משלבים נתונים GPS עם תצפיות לא רצויות כדי לשמור על הערכות מיקום במהלך חסימת אותות לוויין (למשל, מתחת לבניינים צפופים או בתוך יכולת זו, פעם אחת לניווט יחידנית, כמו: 0SS) של תאים ריקים של תאים ריקים.

היתרונות של איסוף נתונים

Hyperportability ו- Deploy-at-Scale Logistics

היתרון המיידי ביותר של miniaturization הוא היכולת לשאת מספר מקלטים ללא משקל החבילה גדל באופן משמעותי.ביולוג המתאים GPS צווארוןים על זאבים או שלג leopards עכשיו לארוז תריסר מקלטים קומפקטיים בתיק יבש אחד. צוותים סקרים לפרוס נקודות שליטה הקרקע (GCPs) עבור מיפוי מל"טים יכול להוריד 100 גרם במקומות מדויקים, באופן דרסטי את הזמן הדרוש כדי לבסס רשת של סקרים זה גם עבור פרויקטים סטנדרטיים של שיווק נמוך יותר עבור תוכניות מחקר.

מידע בזמן אמת עם עיבוד

מקלטי GPS קומפקטיים מודרניים כוללים מעבדים המסוגלים להפעיל את RTKLIB קל משקל או מנועי מיקום מותאם אישית.במקום למקם פסאודודורות גלם עבור עיבוד לאחר, החוקרים יכולים להגדיר את המקלט לתקואמים מתוקנים בזמן אמת על פני Bluetooth Low Energy (BLE) או Wi-Fi. זה מבטל את הצורך לשחזר כרטיסי זיכרון פיזיים ומאיץ את המשוב בין תצפית וניתוח עבור דוגמה, באמצעות פרוטוקול בגודל של מולקולה ל-N יכול להתאים באופן מיידי ל- LTE (D) ל-D.

מערכה מקיפה באמצעות אנרגיה

חיי סוללה הגבילו באופן מסורתי את משך ניטור GPS לא מצופה. בשילוב עם תאים פוטו-וולטאיים מיניאו-מסלוליים או גנרטורים תרמואלקטריים, מקלטים חדשים יכולים לפעול ללא הגבלת זמן במצבי מחזור נמוכים.רשת חיישן לחות הקרקע, כל אחד מהם מצויד עם מודול GPS מופעל מטבע-תאים ופאנל סולארי זעיר, יכול להיות בעל עמדות יומני אוטונומיות ונתונים סביבתיים לתקופה של זמן.

ניכוי עלויות ודמוקרטיזציה של Precision

ככל שהכרכים הצ'יפים עלו והבנייה ירדו מתחת ל-50.1 פלטפורמות קוד פתוח, השטר-of-חומרים עבור מקלט GPS רב- ⁇ RTK-capable GPS ירד מתחת ל-50.3. Open-source חומרה כמו FLT:0Spark RTK ExpressFLT:1 ו-Arduino-con-con-conrated GNSS מגנים המאפשרים לחוקרים עם תקציבים מוגבלים להרכיב מערכות סנטימטרות-מחדשניות נדירות של מיפוי חומרים מתחומים קצרים או מתחומים נדירים של קבוצות מסחררמקלטים לא-FLT.

יישומים אמיתיים ברחבי העולם

החקלאות: משדות שדה Boundaries to Variable-Rate Irrigation

מודולי GPS קומפקטיים משולבים ברחפנים וסורקים ידניים מאפשרים לחקלאים לדגימות אדמה גיאוג עם דיוק תת-מטר. כאשר בשילוב עם חיישנים רב-ספקטרום, הקואורדינטים המדויקים מאפשרים יישום משתנה של מים, דשן, וחומרי הדברה, קידוד התשואות תוך צמצום עלויות קלט.מיניסטרולציה גם מאפשרת לנוידים רובוטיים אוטונומיים לנווט בין יבולים באמצעות ktime אמיתי (KRT) תוך התאמה מלאה של אלקטרוניקה קטנה יותר מאשר אלקטרוניקה.

שימור חיות: צווארון ללא פשרות

צווארוןי מעקב בבעלי חיים היו כבדים, מגבילים את השימוש שלהם ליונקים גדולים.מודולים של מקלט GPS מודרני במשקל פחות מחמישה גרם יכול להשתלב צווארוןים עבור ציפורים, לכלוך, ואפילו טורקים. נתונים מה-FLT:0MovebankFLT:1 repository מראה כי נתוני תנועת בקנה מידה בסדר גודל של קומפקטיות אלה מראים כי עיבוד התנהגויות הגירה ומסדרונות יכול כעת לעקוב אחר מינים גדולים של סחבתים ללא הצלחה.

המונחים: Crowdsourced Ground Truth

יישומים מתעוררים הטמיעו מקלטי GPS זעירים לתוך שפך קונקרטי, גשר הסיפון מעליות, צינורות מפרקים לפקח על תנועה מבנית לאורך זמן. המקלטים משדרים מיקום מצטבר באמצעות LoRaWAN למאגרי נתונים בענן, מתן אזהרות מוקדמות של התיישבות או עקירה מאוחרת יותר שלהם מאפשר התקנה ללא שילוב של יושרה מבנית, וחיי הסוללה הארוכה שלהם (לעתים קרובות מעל חמש שנים) לחסל עלויות תחזוקה מתמשכים.

לאחר רעידות אדמה או מפולות אדמה, המשיבים הראשונים צריכים להקים רשתות בקרה גיאודוקטיות זמניות כדי לתאם חיפוש והצלה. Handaw מיני מקלטי GPS עם דיוק תת-מטר ניתן לטבול מסוקים או לפרוס על ידי צוותי קרקע בתוך דקות. חיישנים באורך משולב וגובה ברומטרי מספקים לתאם מלא 3D.המודולים, כאשר מחוברים לאספקת חירום, מאפשרים מעקב בזמן אמתי של אספקה של סיוע - להבטיח את האזורים המושפעים ביותר.

אתגרים נוספים במערכות Miniaturized

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

הפיזיקה הבסיסית של אנאנטנות פירושה שגודל הצטמצמות בדרך כלל מגיע עלות של רווח ורוחב הפס.אנטנות שבב קטנות נאבקות בסביבות רב-פתטיות כבדות (למשל, תעלות יער או קניונים עירוניים) שבו אותות חלשים מוצפת על ידי השתקפות.מהנדסים לטפל בזה באמצעות סינון מתקדם, סניפי אנטנה מרובים, ומנועי קורלציה מתוחכמת, אבל משתמשים צריכים לדרג ציפיות: 10 מ"מ"מ × 10 מ"מ"מ"מ"מ"מ לא יהיה לעתים קרובות מתאים לפרוטוקולים בגודל של חומר נפץ, אם הוא לא יהיה צורך של חומר נפץ, אם הוא מגובה של חומר זה.

ניהול תרמי במערכות Embedded

עיבוד RTK גבוה מחזורי מייצר חום, שקשה להתפזר במתחם פלסטיק חתומה המיועד להיקף.כמה מקלטים קומפקטיים במהירות עיבוד תפוקה או להפחית את קצב התפוקה מעל 55 מעלות צלזיוס, פוטנציאל לשילוב המשכיות נתונים. מעצבי נתונים הם ניסויים עם תרכובות תרמיות התנהגותיות ו היברידיות מתכת, אבל משתמשים צריכים לבדוק מכשירים תחת טמפרטורות הצפויות לפני ביצוע פריסה ארוכת טווח.

אבטחת סייבר ואינטגריטי נתונים

מאחר שמקבלי GPS מאמצים פרוטוקולים אלחוטיים לעדכון של נתונים ועדכונים קושחה, הם הופכים פגיעים לפיצות ו-Javamming.Miniaturized המקלטים לעתים קרובות חסרים את אמצעי ההגנה ההצפנה של יחידות בעלות דרגה צבאית. חוקרים שעובדים על פרויקטים רגישים (למשל, מינים בסכנת הכחדה) צריכים להצפין נתונים גולמיים לפני השידור ולשקול מוצרים התומכים ב-FLT:0N-commendided Authens for LT.

קוד פתוח לעומת מפיצים

מערכת אקולוגית קוד פתוח תוססת (RTKLIB, ArduSimple) מציעה גמישות ועלויות כניסה נמוכות, אך היא דורשת קושחה איסוף ואנטנה כי עשוי להרתיע לא-מיוחדים. ולהיפך, פתרונות מ- Trimble או Topcon לספק ביצועים מובטחים אבל בקרן מחיר עם צוותים שדה מנעול-אין צריך לשקול את ההשקעה של תצורה נגד הצרכים של המשימה שלהם.

כיוונים עתידיים: איפה המיניגלגליזציה היא הבאה

מערכת מלאה-on-Package (SoP) אינטגרציה

עיצובים הדור הבא נעים ממערכת-on-chip ועד מערכת-על-חבילה, שבו בסיס GPS, קו החזית RF, MEMS IMU, מיקרו-בקר, וניהול כוח IC מוערמים בחבילה 3D קטן יותר מאשר חותמת דואר. חברות כמו סוני ממסחרות מודולים כאלה עבור הרחפנים ושוק הרובוטיקה.אינטגרציה זו תסלקה הפסדים בין-שותפים, תפחית עוד כוח, ותגרום ל-PS, שלא ניתן להטמיעו כל מעצב סטנדרטי.

מינוף בינה מלאכותית ל-A Ambient Positioning

מודלים של למידת מכונות מאומנים לזהות דפוסים של קידוד אותות הנגרמים על ידי מזג אוויר, foliage, ובניית גיאומטריה. מקלט מיני חדש עשוי לחזות תיקונים אמפימיס או לעבור קבוצות לווינים באופן הסתגלות בהתבסס על תנאים מקומיים ידועים. GPS מונע AI יכול גם לבצע על-ידי פיזור של מדידות גולמיות, דוחף את הדיוק של מקלטים בעלות נמוכה לתוך טווח יחיד-גבוה ללא תשתית יקר.

ספין-או עם LEO Satellite Messaging

מסלול תקשורת נמוך לכדור הארץ (LEO) קבוצות תקשורת כמו Iridium הבא, Globalstar ו- Starlink הם זורקים יחד עם מקלטי GPS ב- 100g גורמים טופס.התכנסות זו תאפשר נתונים שדה להיות מועבר ישירות מהמקבל לענן ללא כל רשת ביניים או Wi-Fi - פלטפורמה "רשומות וממסר" אוטונומית אמיתית.

גלי GPS משולבים וזמניים

החוקרים חוקרים מקלטי GPS על בסיס אלקטרוניקה אורגנית מודפסת המתמוססת לאחר תקופה שנקבעה מראש.למרות שלב מוקדם, מכשירים כאלה יכולים לשמש כדי לתייג חרקים נודדים או לפקח על התפשטות של זרעים מוזנים בפרויקטים של התחדשות, עם דרישה של אפס חומרה retrieval. Power יבוא מתאים ביו דלק או סוללות transient, ואת המכשיר כולו היה מכווץ בתוך שבועות.

ניסיון מעשי לאימוץ GPS מיני-מעור

קבוצות שדה בהתחשב מתג למקלטים קטנים יותר צריך להתחיל עם אימות בצד צדדי: לרוץ מקלט קומפקטי לצד יחידת סקר המסורתית של סקר-כיתה במשך כמה ימים של פעולות אופייניות. אווה רב-אופטיות חוסן, זמן-ל-ראשון תחת canopy, ו-Sypation מודולים כי תומך מעקב רב-constellation ולפחות כפול GPS (L1 / 5) כדי להפחית את ה-Fi-ret-ret-t-to-to-t-t-t-t-to-to-t-t-t-a-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-Fi לעתים קרובות יותר אלקטרוניקה שלך לאפותחריד-to-tualt-to-t-t-t-t-t-t-titet-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-t-to-in-tialtialtret-to-to-to-to-titeize אלקטרוניקה, לעתים קרובות יותר אלקטרוניקה אלקטרוניקה, הם לעתים קרובות יותר

מסקנה

מקלטי GPS מיני-אורונדיים התפתחו מסקרנות הנדסית נישה ועד כלי יסוד לאיסוף נתונים מודרני.על ידי הקטנת גודל, הורדת עלויות, וצמצום צריכת החשמל מבלי להקריב את הדיוק שמדענים וסקרנים מסתמכים עליו, מכשירים אלה מפצירים גישה לאינטליגנציה המיקום - בין אם מעקב אחר נתיב הטיסה של ציפור מגרה, ממיפוי הקצוות של קרחונים קלים יותר, או מדריך דיוק קומפקטי, כמו גם חומרים מקודמים בלתי נראים לעין, כמו "מדומים" עם קומפקטיים" (או"מקלט"מקלט" (Fight) לא יזרזים"מאט"מאט"מאט"מחדש"מאט" (Fight) לא יזרזים) עם קומפקטיים" (Fight) עם זרם האלקטרומגנטיים) עם זרם האלקטרומגנטיים"מחדש"מאט" (Fight) עם זרם האלקטרומגנטיים) עם מטושטשים) עם זרם האלקטרומגנטיים, לא יזרזים של ציפור מפלט בלתי נראים יותר מפלט" (GPS, לעתים קרובות יותר, לא יזרז" (GPS, או "מסוגלכאורה לא יזרזים) של מטושטשים) לא יזרז" (GPS,