Wir haben unsere zwei erfahrenen Embedded Entwickler gebeten, uns einmal das Besondere von GPS in Embedded Geräten näher zu bringen.
Jeder kennt diese Technik und nutzt sie oft täglich. Die Positionsbestimmung ist in unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Ob in der Zeitachse von Google, beim Navigieren mit einer Karte oder in den Meta-Daten unserer Fotos. Wir wissen immer ziemlich genau, wo wir uns befinden ...
Häufig wird für diese Technologie der Begriff GPS verwendet, obwohl dies nicht ganz korrekt ist. NAVSTAR GPS ist nur eines von mehreren Satellitensystemen, die mit der Abkürzung GNSS zusammengefasst werden. Die Technik, mithilfe von GNSS eine Position zu ermitteln, ist gut bekannt. Es gibt kleine, leistungsfähige Module, die in ein Hardware-Design integriert werden können. Z. B. durch Anbindung eines seriellen Interface (UART, SPI, ...) an den Hauptprozessor im System. Das GNSS Modul bringt schon die benötigte Funktionalität in das System mit. Es kann durch Befehle über das Interface parametriert werden (z. B. welche Satellitensysteme verwendet werden sollen, Stromsparmodi, etc.) und die ermittelte Position kann ausgelesen werden. Wenn wir ein Handy betrachten, so hat dieses eine ganze Menge Stromverbraucher und trotzdem genügend Akkukapazität. Bevor sich der Akku entlädt, ist meistens eine Steckdose zum Aufladen in der Nähe.
Betrachten wir hingegen ein kleines Embedded System, das möglichst lange laufen muss und nicht immer und überall die Möglichkeit des Ladens besteht, so müssen Anstrengungen gemacht werden, um den Akku so wenig wie möglich zu belasten und immer noch Positionen ermitteln zu können, die die Anforderungen an Genauigkeit für die Anwendung erfüllen. Dies ist eine Gratwanderung, denn für eine bessere Position muss in der Regel länger gewartet werden, was zu einem erhöhten Stromverbrauch führt. Natürlich bieten die GNSS Module auch eine Vielzahl von Stromsparmodi. Allerdings ist es auch hier so, dass bei hoher Stromeinsparung nicht die beste Präzision erreicht werden kann. Dies kann dazu führen, dass SBAS (Erweiterungssysteme zur Satellitennavigation) nicht genutzt werden können.
GNSS Module bieten des Weiteren die Möglichkeit der Fusion von Messungen verschiedener GNSS Systeme, um eine bessere Position zuerhalten. Jedoch werden die begrenzten Ressourcen (Z. B. Hardware Tracking Kanäle) des GNSS Moduls auf die verschiedenen GNSS Systeme aufgeteilt, die für die Berechnung der Position verwendet werden. Zudem können abhängig von der Gegend, in der die Positionsbestimmung durchgeführt werden soll,verschiedene GNSS Systeme unterschiedlich gute Ergebnisse liefern. Der Designer sollte daher die Wahl der verwendeten GNSS Systeme unter Berücksichtigung der begrenzten Ressourcen des gewählten GNSS Moduls festlegen, damit diese bestmöglich zum Projekt passen. Es ist empfehlenswert, um das zuentwickelnde Embedded System flexibel zu halten - und ohne Softwareänderungen an verschiedene Einsatzbereiche anpassen zu können - eine von außen zugängliche, sichere Parametrierungsmöglichkeit zu geben. Auf diese Weise können die wesentlichen Einstellungen des GNSS Moduls hinterlegt werden, ebensoAnforderungen an die Güte der Position, Geschwindigkeit etc.
Vielen Dank an Jan und Damian für diese Erläuterung!