Зиновьев Алексей Евгеньевич
Главный конструктор направления ГНСС
Зиновьев Алексей Евгеньевич окончил МИИГАиК по специальности астрономо-геодезия. По окончании института работал в РНИИКП (Российский Научно-Исследовательский Институт Космического Приборостроения), где занимался задачами, связанными с ГЛОНАСС. Затем работал в московском представительстве компаний Ashtech Inc. и Javad Positioning Systems Inc., занимаясь разработкой встроенного программного обеспечения для высокоточных ГНСС приёмников. С 2001 года - в компании Topcon Positioning Systems CIS, LLC, где занимал должность руководителя отдела разработки встроенного ПО для ГНСС продуктов. С 2018 г - в компании НТЛаб-СК. Является руководителем двух рабочих групп ГЛОНАСС и NavIC(IRNSS) в RTCM SC-104
Выступления:
СЕКЦИЯ КОНГРЕССА «СФЕРА» Синергия: использование системы ГЛОНАСС совместно с системами связи и системами мониторинга
«Режим позиционирования PPP в ГНСС приёмниках НТЛаб»
Приведены параметры текущей линейки ГНСС модулей серии НТЛ100 компании НТЛаб. Приведена информация по качеству ГНСС измерений и точности позиционирования для ГНСС приёмников геодезического класса точности производства НТЛаб: данные характеристики соответствуют лучшим мировым образцам при одновременном сохранении технологической цепочки, в соответствии с которой все ключевые элементы ГНСС приёмников (цифровая и аналоговая СБИС, схемотехника, встроенное программное обеспечение и т.д.) разработаны компанией НТЛаб, и, соответственно, не содержат в себе каких-либо «черных ящиков» - тем самым означая полный контроль над компонентами, определяющими точностные характеристики ГНСС аппаратуры.
Все модули серии НТЛ100 имеют в своем составе 9-осевой инерциальный датчик малого размера и массы, выполненный по МЭМС-технологии и включающий в себя 3-осевой гироскоп (датчик угловой скорости), 3-осевой акселерометр (датчик линейного ускорения) и 3-осевой магнитометр. Наличие МЭМС-датчика позволяет реализовать алгоритмы инерциальной навигации с последующим комплексированием спутниковых и инерциальных навигационных решений с помощью расширенного фильтра Калмана, что обеспечивает непрерывность и надежность получения фиксированных решений. Процедура калибровки позволяет учесть влияние основных источников систематических погрешностей, что значительно улучшает точностные характеристики ГНСС аппаратуры.
Мультисистемность (GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou, NavIC) и многодиапазонность поддерживаемых ГНСС сигналов (L1, L2, L5, S) обеспечивают высокую устойчивость и стабильность работы ГНСС модулей даже в неблагоприятных условиях.
ГНСС модули выпускаются в двух вариантах исполнения: OEM и корпусированном с обеспечением защиты от воды и пыли по стандарту IP67.
В настоящее время в ГНСС модулях НТЛаб поддерживаются два режима высокоточного позиционирования: RTK и PPP, работающие на такте 20 Гц. Поддерживается как совместная работа по всем системам и сигналам (ГЛОНАСС/GPS/…, L1/L2/L5/…) так и работа только с отдельными навигационными системами (ГЛОНАСС, GPS и т.д.). Во всех конфигурациях обеспечивается получение RTK решения, включая возможность определения RTK решения исключительно по двухчастотным сигналам индийской навигационной системы NavIC.
НТЛаб – одна из немногих компаний в мире, поддерживающая слежение за сигналом NavIC в S-диапазоне (2492.028 МГц).
Используемые в составе ГНСС модулей алгоритмы RTK и PPP разработаны «с нуля» и являются интеллектуальной собственностью НТЛаб.
В основу разработки была положена концептуальная модель, реализованная в среде MATLAB/Octave, которая затем была описана на языке программирования C++. Алгоритмы портируются практически на любую программно-аппаратную платформу и не содержат машинно-зависимых фрагментов исходного кода. Для возможности работы с максимально большим количеством исходных данных, которые могут быть представлены в различных форматах, для режима постобработки используются файлы в универсальном бинарном формате, в который могут быть преобразованы все наиболее часто используемые ГНСС форматы (RINEX, RTCM 3.X, BINEX, CMR и т.д.).
Алгоритм работы PPP тестировался как в режиме статики, так и в кинематике.
Точность PPP алгоритмов в статике проверялась по файлам, взятым из сети IGS, используя SP3 файлы, содержащие точные орбиты и часы. Выборка IGS станций включала в себя станции, расположенные в Европе, Азии, Северной Америке, Австралии. Для работы алгоритмов PPP в режиме реального времени реализована поддержка RTCM SSR сообщений, с помощью которых обеспечивается возможность работы с открытыми потоками SSR данных, реализованными организациями, входящими в состав IGS: CNES, CODE, BKG и другие. В кинематике алгоритмы PPP проверялись в условиях автомобильной динамики - в качестве референсной была принята траектория, полученная по RTK решению. Точность позиции в режиме PPP характеризуется величинами 5 и 10 см, соответственно, в горизонтальной плоскости и по высоте при времени сходимости меньшем 30 минут. Для режима статики на интервалах времени порядка суток точность PPP решения повышается до уровня нескольких миллиметров.
Реализация режима RTK в линейке OEM модулей НТЛаб получила дальнейшее существенное развитие. Особое внимание уделялось возможности поддержки всех существующих навигационных систем и сигналов, а также обеспечению надёжной работы в наиболее сложных условиях (ограниченная видимость спутников, наличие многочисленных скачков в фазовых измерениях вследствие проезда мимо препятствий, работа на длинных базовых линиях и т.д.). Одновременно для двухантенных модулей поддерживается режим расчета точных угловых параметров на предопределенной базовой линии (курс и тангаж), способный работать на такте 20 Гц параллельно с RTK режимом. Точность RTK решения соответствует уровню лучших образцов ГНСС оборудования – сравнения производились с приёмниками производства Trimble и u-blox.
Отдельно следует отметить, что модули серии НТЛ10Х поддерживают концепцию Открытой Платформы на базе микроконтроллера STM32H7, в рамках которой у пользователя появляется возможность реализации собственных алгоритмов постобработки сырых ГНСС измерениям и измерений от инерциального датчика.
Таким образом, пользовательские алгоритмы, предназначенные, например, для высокоточного позиционирования, могут работать в составе НТЛ10Х модулей, как если бы они были частью встроенного программного обеспечения этих модулей.
Суммируя, в настоящее время в линейке ГНСС модулей, которые включают в себя ключевые аппаратные компоненты собственной разработки компании НТЛаб, поддерживаются режимы высокоточного позиционирования RTK и PPP, а также режим определения точных угловых параметров (для двухантенных модулей) работающие на такте 20 Гц. Это открывает большие возможности по использованию данных продуктов для широкого спектра приложений, включая работу в труднодоступных районах, открытом море и т.п. В то же время, наличие микроконтроллера, доступ к сырым ГНСС измерениям и измерениям от инерциального датчика позволяет пользователю реализовать концепцию Открытой Платформы в рамках пользовательского интерфейса (API).
Все модули серии НТЛ100 имеют в своем составе 9-осевой инерциальный датчик малого размера и массы, выполненный по МЭМС-технологии и включающий в себя 3-осевой гироскоп (датчик угловой скорости), 3-осевой акселерометр (датчик линейного ускорения) и 3-осевой магнитометр. Наличие МЭМС-датчика позволяет реализовать алгоритмы инерциальной навигации с последующим комплексированием спутниковых и инерциальных навигационных решений с помощью расширенного фильтра Калмана, что обеспечивает непрерывность и надежность получения фиксированных решений. Процедура калибровки позволяет учесть влияние основных источников систематических погрешностей, что значительно улучшает точностные характеристики ГНСС аппаратуры.
Мультисистемность (GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou, NavIC) и многодиапазонность поддерживаемых ГНСС сигналов (L1, L2, L5, S) обеспечивают высокую устойчивость и стабильность работы ГНСС модулей даже в неблагоприятных условиях.
ГНСС модули выпускаются в двух вариантах исполнения: OEM и корпусированном с обеспечением защиты от воды и пыли по стандарту IP67.
В настоящее время в ГНСС модулях НТЛаб поддерживаются два режима высокоточного позиционирования: RTK и PPP, работающие на такте 20 Гц. Поддерживается как совместная работа по всем системам и сигналам (ГЛОНАСС/GPS/…, L1/L2/L5/…) так и работа только с отдельными навигационными системами (ГЛОНАСС, GPS и т.д.). Во всех конфигурациях обеспечивается получение RTK решения, включая возможность определения RTK решения исключительно по двухчастотным сигналам индийской навигационной системы NavIC.
НТЛаб – одна из немногих компаний в мире, поддерживающая слежение за сигналом NavIC в S-диапазоне (2492.028 МГц).
Используемые в составе ГНСС модулей алгоритмы RTK и PPP разработаны «с нуля» и являются интеллектуальной собственностью НТЛаб.
В основу разработки была положена концептуальная модель, реализованная в среде MATLAB/Octave, которая затем была описана на языке программирования C++. Алгоритмы портируются практически на любую программно-аппаратную платформу и не содержат машинно-зависимых фрагментов исходного кода. Для возможности работы с максимально большим количеством исходных данных, которые могут быть представлены в различных форматах, для режима постобработки используются файлы в универсальном бинарном формате, в который могут быть преобразованы все наиболее часто используемые ГНСС форматы (RINEX, RTCM 3.X, BINEX, CMR и т.д.).
Алгоритм работы PPP тестировался как в режиме статики, так и в кинематике.
Точность PPP алгоритмов в статике проверялась по файлам, взятым из сети IGS, используя SP3 файлы, содержащие точные орбиты и часы. Выборка IGS станций включала в себя станции, расположенные в Европе, Азии, Северной Америке, Австралии. Для работы алгоритмов PPP в режиме реального времени реализована поддержка RTCM SSR сообщений, с помощью которых обеспечивается возможность работы с открытыми потоками SSR данных, реализованными организациями, входящими в состав IGS: CNES, CODE, BKG и другие. В кинематике алгоритмы PPP проверялись в условиях автомобильной динамики - в качестве референсной была принята траектория, полученная по RTK решению. Точность позиции в режиме PPP характеризуется величинами 5 и 10 см, соответственно, в горизонтальной плоскости и по высоте при времени сходимости меньшем 30 минут. Для режима статики на интервалах времени порядка суток точность PPP решения повышается до уровня нескольких миллиметров.
Реализация режима RTK в линейке OEM модулей НТЛаб получила дальнейшее существенное развитие. Особое внимание уделялось возможности поддержки всех существующих навигационных систем и сигналов, а также обеспечению надёжной работы в наиболее сложных условиях (ограниченная видимость спутников, наличие многочисленных скачков в фазовых измерениях вследствие проезда мимо препятствий, работа на длинных базовых линиях и т.д.). Одновременно для двухантенных модулей поддерживается режим расчета точных угловых параметров на предопределенной базовой линии (курс и тангаж), способный работать на такте 20 Гц параллельно с RTK режимом. Точность RTK решения соответствует уровню лучших образцов ГНСС оборудования – сравнения производились с приёмниками производства Trimble и u-blox.
Отдельно следует отметить, что модули серии НТЛ10Х поддерживают концепцию Открытой Платформы на базе микроконтроллера STM32H7, в рамках которой у пользователя появляется возможность реализации собственных алгоритмов постобработки сырых ГНСС измерениям и измерений от инерциального датчика.
Таким образом, пользовательские алгоритмы, предназначенные, например, для высокоточного позиционирования, могут работать в составе НТЛ10Х модулей, как если бы они были частью встроенного программного обеспечения этих модулей.
Суммируя, в настоящее время в линейке ГНСС модулей, которые включают в себя ключевые аппаратные компоненты собственной разработки компании НТЛаб, поддерживаются режимы высокоточного позиционирования RTK и PPP, а также режим определения точных угловых параметров (для двухантенных модулей) работающие на такте 20 Гц. Это открывает большие возможности по использованию данных продуктов для широкого спектра приложений, включая работу в труднодоступных районах, открытом море и т.п. В то же время, наличие микроконтроллера, доступ к сырым ГНСС измерениям и измерениям от инерциального датчика позволяет пользователю реализовать концепцию Открытой Платформы в рамках пользовательского интерфейса (API).