Schnelles Satellitentracking ist ein spannendes Thema. Haben Sie sich schon einmal gefragt, warum aktuelle JAVAD GNSS-Empfänger so extrem schnell alle Satellitensignale vollständig empfangen und selbst nach einem Reset aller Navigationsdaten in weniger als 30 Sekunden TTFF (Time to First Fix) eine präzise Position ausgeben?
Hierzu holen wir etwas aus…
Welchen Zweck erfüllen die einzelnen Elemente für die Bestimmung der Satellitenorbits?
Die Ephemeriden (ephemeris):
– enthalten Informationen über die Wochennummer, die Genauigkeit der Bahndaten und den Zustand der Satelliten, das Alter der Daten, die Korrekturkoeffizienten der Satellitenuhr und die Orbitalparameter;
– sind gültig zwei Stunden vor und zwei Stunden nach dem Zeitpunkt der Ephemeriden (time of ephemeris = toe). Die toe kann als der Zeitpunkt angesehen werden, zu dem die Daten im GNSS-Kontrollsegment berechnet wurden;
– werden für die Echtzeitberechnung der Satellitenkoordinaten verwendet, die für die Positionsberechnung des Nutzers erforderlich sind.
Der Almanach:
– enthält weniger genaue Orbitalinformationen als die Ephemeriden;
– ist gültig für einen Zeitraum von bis zu 90 Tagen;
– wird verwendet, um die Zeit bis zur ersten Positionsbestimmung zu verkürzen;
– Die Almanach Informationen werden mit den Satellitensignalen ausgesendet. Da jeder Satellit die vollständigen Almanach-Daten der jeweiligen GNSS-Konstellation aussendet, benötigt es auf Grund der geringen Bandbreite bei der Aussendung eine gewisse Zeit, bis alle Daten für ein GNSS vollständig übertragen werden (z.B. GPS: 12,5 Minuten, Galileo: 5 Minuten)
– Die Almanach-Daten sind nicht notwendig, aber nützlich, denn sie beschleunigen beim Einschalten des Empfängers die Suche nach den Satellitensignalen, indem der zu durchsuchende Bereich eingegrenzt wird.
Neu beim aktuellen JAVAD TRIUMPH-Chip der 3. Generation:
Die Funktion “Fast Acquisition” im ASIC benötigt aufgrund der automatischen Korrelation mit dem empfangenen Signal keine Almanach-Daten mehr. Dies ist ein entscheidender Vorteil von aktuellen professionellen JAVAD GNSS-Empfängern.
Detaillierte Information:
Der neue Triumph3-Chip baut auf den besten Eigenschaften der vorherigen Generationen der Triumph-Technologie auf und basiert auf einer neuen internen Struktur, um den aktuellen Herausforderungen (wie z.B. das Tracking von bis zu 874 Satellitensignalen in Echtzeit mit einer Positionsberechnung bis zu 200Hz) gerecht zu werden. Dieser neue Chip basiert auf 28 nm CMOS-Technologie und ist in einem 484-Ball HFC FBGA-Gehäuse untergebracht.
Der Triumph3-Chip verfügt über 864 universelle GNSS-Kanäle und 10 zusätzliche QZSS LEX-Kanäle. Jeder Allzweckkanal besteht aus 10 Korrelatoren und einer Memory-Code-Engine, die den Empfang aller vorhandenen GPS-, GLONASS-, Galileo-, QZSS-, WAAS-, EGNOS- und BeiDou-Signale mit BOC- und Alt-BOC-Fähigkeit ermöglicht. Die Speichercode-Engine ist sowohl für bestehende PN-Code-Signale als auch für zukünftige Signale ausgelegt.
Bevor das Navigationssignal die GNSS-Kanäle erreicht, durchläuft es ein hochentwickeltes RF-Datenverarbeitungsmodul. Dieses Modul führt eine digitale Filterung der Eingangssignale durch, um das Spektrum in mehrere Frequenzbänder (L1, L2, L5 usw.) zu unterteilen. Dieser Ansatz ermöglicht die Vereinfachung des analogen HF-Teils bei gleichzeitiger hochleistungsfähiger digitaler Datenverarbeitung. Außerdem enthält dieses Modul zwei Spezialfilter. Der erste ist ein Anti-Jamming-Filter, der auf einem adaptiven LMS-Algorithmus basiert. Diese Funktion ermöglicht die Unterdrückung von Mehrfrequenz- oder Swapping-Störsignalen bis zu 60 dB. Der zweite ist ein klassischer FIR-Filter, der zur Unterdrückung statischer Störungen verwendet wird. Für jeden Filtertyp gibt es 16 identische Module.
Das Fast Acquisition Modul kombiniert vier unabhängige Module, von denen jedes sehr lange Navigationssignale (bis zu 16284 Symbole) mit einer Empfindlichkeit von -150 dBm suchen kann und als Äquivalent zu 130.000 Korrelatoren läuft.
Eine neue Funktion zur Speicherung von RF-Daten ermöglicht es, jedes GNSS-Signal on-the-fly zu speichern, um es anschließend in der CPU zu verarbeiten. Diese Funktion wird insbesondere für die Spektrumsanalyse von aktuellen Signalen und Interferenzen verwendet.
Um die Navigationsdaten einiger neuer breitbandiger GNSS-Signale wie GPS L5, Galileo E5a+b, BeiDou B3 und zu empfangen, verfügt die Triumph3 über mehrere hardware-implementierte Datendecoder. Für diese Aufgabe stehen die Decoder Viterbi, Reed-Solomon, CRC und LDPC zur Verfügung. Diese Möglichkeit verringert die Gesamtlast der CPU.
Das Verarbeitungsmodul des Triumph3 ASIC basiert auf einer leistungsstarken SPARC-V8 32-Bit Quad-Core Symmetric Multi Processor (SMP) CPU in Kombination mit einer 64-Bit FPU nach IEEE 754 Standard. Die Harvard-Architektur, die fortschrittliche 7-stufige Pipeline mit Verzweigungsvorhersage, 64 kB L1-Cache und 128-Bit-Datenzugriff auf den internen Speicher ermöglichen eine außergewöhnliche Leistung dieses Prozessors. Der gesamte verfügbare interne Speicher für die CPU beträgt 16 MB.
Zur Kommunikation mit externen Geräten sind verschiedene Schnittstellen wie UART, CAN, I2C und SPI in den Chip integriert. Darüber hinaus werden drei PPS- und drei Event-Signale für externe Timing-Operationen mit einer Auflösung von etwa 2,5 ns verwendet.
Der Triumph3-Chip enthält ein sehr flexibles Leistungssteuerungsschema, das den Stromverbrauch in Zeiten, in denen nicht die volle Leistung benötigt wird, erheblich reduziert.
Der Triumph3-Chip steht an der vordersten Front der GNSS-Technologie
Der Triumph3-Chip steht an der vordersten Front der GNSS-Technologie und ermöglicht den Aufbau eines breiten Spektrums von Geräten.
| Features | TRIUMPH Chip 1 | TRIUMPH Chip 2 | TRIUMPH Chip 3 |
| Release Year | 2007 | 2013 | 2021 |
| RF data record module | No | No | Yes |
| Overall GNSS channels number | 216 | 864 | 874 |
| QZSS LEX channels number | 0 | 0 | 10 |
| Anti-Jam filters number | 5 | 24 | 16 |
| AGC channels number | 16 | 24 | 16 |
| Event inputs number | 3 | 19 | 3 |
| Calibrator channels number | 0 | 10 | 32 |
| Fast Acquisition data length | 2048 | 2048 | 16384 |
| Fast Acquisition number | 1 | 1 | 4 |
| Viterbi Decoder number | 1 | 1 | 1 |
| R-S decoder module | No | No | Yes |
| LCPD decoder modules number | 0 | 0 | 1 |
| CPU type | LEON3+FPU | LEON3+FPU | LEON4+FPU |
| CPU cores number (SMP) | 1 | 2 | 4 |
| CPU clock frequency | 260 MHz | 380 MHz | 800 MHz |
| CPU (SMP) memory available | 4 MB | 12 MB | 16 MB |
| CPU (One Core) Cache size | 128 kB | 4×32 kB | 4×128 kB |
| CPU Frequency switching (for adaptive power control) | No | No | Yes |
| Package | TFBGA400 | 725-ball HFCBGA | 484-ball HFC FBGA |
| Package size | 17×17 mm2 | 23×23 mm2 | 19×19 mm2 |
| Power consumption, All Turned ON, Fmax, Tc = +25C | 1.5 W | 4.5 W | 2.5W |
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