lunedì 26 ottobre 2015

GPS : L1, L1+WAAS, L1+Raw, L1+L2

In questo post vengono riassunte un po' di esperienze su vari tipi di posizionamento GPS con antenne di costo medio e basso (dove per antenna si intende l'accoppiamento della ricevente piu' l'orologio interno al sensore)


(nella figura i risultati di una prova; in giallo i due punti medi di una acquisizione con Garmin 12 XL in modalita' Raw con la sua area di errore in rosso, in blu i dati del Garmin 12 XL in modalita' NMEA e in verde l'area di un MTK3339 in modalita' non WAAS; l'andamento a griglia deriva da una interpolazione delle cifre significative del dato)

Antenna L1 : i ricevitori con antenna L1 (1575.42 MHz) si trovano comunemente per cifre comprese tra i 10 ed i 20 euro. Hanno una connessione seriale con in uscita stringhe in protocollo NMEA e non hanno nessun tipo di correzione. I dati non possono essere post-processati perche' il dato NMEA puro non puo' essere post-processsato in quanto gia' derivante da un algoritmo di calcolo interno al ricevitore che varia da antenna ad antenna e da produttore a produttore. Il sensore MTK3339 senza la correzzione WAAS attivata ha una ellisse degli errori (espressa come standard deviation) pari a circa 3.5 m in Latitudine e 7.5 m in Longitudine (vedi paragrafo successivo per confronto)

Antenna L1 + WAAS : una versione migliorata di un sensore L1 (ma sempre con i limite della non possibilita' di fare post-processing) e' quella che implementa la ricezione dei segnali di correzione (EGNOS per noi europei, WAAS per il Nord America). In caso di funzione WAAS attivata il sensore MTK3339 (Adafruit GPS Breakout) mostra una ellisse degli errori pari a 1.88 m in Latitudine e 0.61 m in Longitudine. Il costo sale verso circa 50 euro. Attenzione : questo dato viene espresso come standard deviation attorno al punto medio e non come nel caso successivo come Sigma95%. Se si osserva la nuvola dei punti la dispersione dei punti e' molto ampia al pari del caso precedente





Antenna L1 + Raw data: in questo caso l'acquisizione non prevede solo la trasmissione delle stringhe NMEA ma anche i dati di pseudorange. Tali dati possono essere post processati e si ha un incremento notevole della precisione. Lo stesso sensore (Garmin 12 XL) fatto lavorare in modalita' NMEA ha mostrato una ellisse degli errori di circa 7 m per asse. In modalita' raw data, con acquisizione corta ovvero inferiore ai 10 minuti non si ha un reale miglioramento della distribuzione dell'errore con assi dell'ellisse intorno a 5-6 m; passando ad acquisizioni piu' lunghe, ovvero oltre l'ora, sono stati misurati errori di 1.2 e 1.1 m rispettivamente su Latitudine e Longitudine. Il costo di un ricevitore L1 con possibilita' di Raw Data parte da 80 euro per andare su qualche centinario di euro

Antenna L1+L2 : e qui, come ho trovato scritto su un forum, bisogna vendersi un rene per fare misure GPS in doppia banda L1 + L2 (1227.60 MHz) perche' i costi vanno verso le migliaia di euro (diciamo a partire da 5000 euro). Il posizionamento e' pero' di estrema di precisione ovvero al centimetro con tempi di acquisizione di qualche decina di secondi

A costi ragionevoli l'unica strada percorribile sembra essere quella di usare un sistema L1+Raw con post processing:

Ho fatto una prova eseguendo in due giorni differenti con lo stesso ricevitore una acquisizione di circa un'ora e 20 minuti

I risultati sono stati
Acquisizione 1 : Lat 43°50'0.5968" +- 2.195 m  Lon 11°18'37.9074" +-1.248 m
Acquisizione 2 : Lat 43°50'0.6584" +- 1.219 m  Lon 11°18'37.7559" +-1.149 m

Si vede che l'area dell'errore (calcolato come 95% Sigma) e' molto modesta. Andando a calcolare pero' la distanza in metri tra i due punti si osserva che e' di circa 4. Considerando l'ellisse dell'errore le due misure, peraltro vicine, non si sovrappongono. Quindi il metodo tende ad essere preciso ma non necessariamente accurato (non ho una antenna L1+L2 per verificare la posizione al centimetro)