Сравнение точностных показателей навигационных модулей SinoGNSS K803 Lite и Ublox ZED-F9P в режиме RTK

В первой половине 2022 года производитель профессионального ГНСС-оборудования геодезического класса SinoGNSS выпустил новую линейку навигационных модулей 8-го поколения. Серия K8 отличается компактным размером и малым весом, а широкий модельный ряд представлен как простыми одночастотными модулями, так и многочастотными двухантенными.
Среди модулей 8-го поколения наиболее интересным является бюджетный SinoGNSS K803 Lite. По заявлениям производителя этот двухчастотных модуль легко может составить конкуренцию бюджетным модулям как по цене, так и по достоверности данных.

На данный момент самым популярным бюджетным высокоточным ГНСС-модулем является Ublox ZED-F9P, поэтому нам, как эксклюзивному дилеру по навигационным платам SinoGNSS стало интересно сравнить эти два модуля.

SINOGNSS K803 LITE
  • Китай
  • 965 каналов
  • GPS: L1 C/A, L2C, L2P | BeiDou: B1, B2, B3 | GLONASS: L1 C/A, L1P, L2 C/A, L2P | Galileo: E1, E5b | SBAS: L1
  • RTK: H: 8 мм + 1 ppm V: 15 мм + 1 ppm
  • Размеры: 30 мм × 30 мм × 3.2 м
35000 р.
UBLOX ZED-F9P
  • Швейцария
  • 184 канала
  • GPS: L1C/A, L2C | BeiDou:B1I, B2I | GLONASS: L1OF, L2OF | GALILEO: E1B/C, E5b | SBAS: L1C/A
  • RTK: H: 10 мм + 1 ppm V: 10 мм + 1 ppm
  • Размеры: 17 мм × 22 мм × 2.4 мм
30000-45000 р.
Данные модули похожи как по техническим характеристикам, так и по стоимости. Более подробную спецификацию по ним можно легко найти в сети Интернет.
МЕТОД ПРОВЕДЕНИЯ ТЕСТА
По результатам тестирования нам было интересно сравнить несколько параметров:

  • Процент фиксированного решения
  • Скорость восстановления фиксированного решения
  • Достоверность фиксированного решения

Для включения в тест различных осложняющих условий внешней среды мы решили выбрать автомобильный маршрут с проездом под мостами и эстакадами, в городской застройке и рядом с лесополосой. А чтобы собрать большой объем данных за один раз, было решено записывать данные с навигационных модулей с частотой 5 Гц (5 раз в 1с).
В качестве эталона профессиональный высокоточный ГНСС-модуль SinoGNSS K803 записывал «сырые» измерения для последующей пост-обработки в программном комплексе Waypoint GrafNav.

965 каналов:
GPS: L1 C/A, L2C, L2P, L5
BeiDou: B1, B2, B3
GLONASS: L1 C/A, L1P, L2C/A, L2P
Galileo: E1, E5a, E5b SBAS: L1

RTK:
H: 8 мм + 1 ppm
V: 15 мм + 1 ppm

Размеры:
30 мм × 30 мм × 3.2 мм

Цена: ~120 000 р.




На крыше автомобиля была установлена антенна SinoGNSS AT360, к которой через сплиттер были подключены 3 навигационных модуля, одновременно производившие запись данных с частотой 0,2 Гц.

K803 Lite и ZED-F9P работали в режиме RTK от базовой станции, а NMEA-сообщения с необходимыми данными записывались в лог данных на ПК.

K803 работала в режиме записи измерений с той же дискретностью. Последующая обработка этих данных производила от той же базовой станции.


ОБРАБОТКА ДАННЫХ
1. ПРОЦЕНТ ФИКСИРОВАННОГО РЕШЕНИЯ

Для подсчета результатов данные со всех модулей были приведены так, чтобы они имели одинаковую эпоху начала и конца записи. Количество эпох на каждой плате соответствует числу 12773. За фиксированное решение принимались только данные, содержащие в NMEA-сообщении GPGGA цифру 4, отвечающую за тип решения.

    Как видно из таблицы, процент фиксированного решения на обоих модулях составляет примерно 97%, что является довольно высоким показателем при данных условиях внешней среды.
    2. ПОТЕРЯ РЕШЕНИЯ И СКОРОСТЬ ЕГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ

    В процессе проведения теста был выбран маршрут с потенциально сложными для приема навигационных сигналов местами, где возможны были срывы решения: мосты, эстакады и здания. Всего на тестовом участке мы выделили 3 наиболее явных участка с потерей фиксированного решения.

    Участок 1 — проезд под навесом здания МШУ Сколково с крайне ограниченным открытым небосводом

    В таблице ниже обозначены отрезки времени, на которых происходили потери / восстановления фиксированного решения.


    Из таблицы видно, что пока у платы K803 Lite отсутствовало решение, решение модуля ZED-F9P восстановилось сначала на участке 11:33:30,8-11:33:41,6, а затем с 11:34:25,8, что на 9.2с раньше, чем K803 Lite.

    Чтобы удостовериться в качестве фиксированного решения, координаты тестируемых модулей, полученные в режиме RTK, сравнивались с координатами эталонного многочастотного модуля K803, полученными в результате постобработки.

    Напомним, что пост-обработка данных с многочастотного модуля K803 проводилась в программном комплексе Waypoint GrafNav, в котором предусмотрен разносторонний контроль качества, поэтому часто используется научно-исследовательскими центрами для вычисления высокоточных траекторных. Следует отметить, что некоторые данные K803 были исключены после пост-обработки программой как некачественные, поэтому количество данных в RTK и пост-обработке могут не совпадать. В данном случае сравнение координат ведется по имеющимся данным.

    В результате сравнения, мы выяснили, что с 11:33:30,8 до 11:33:41,4 координаты, полученные ZED-F9P в фиксированном решении, отличаются от координат эталонного модуля после постобработки
    на 0,5-14,4м, что соответствует точности данных K803 Lite в автономном и плавающем решении.


    На участке 11:34:25,8 - 11:34:34,8 координаты, полученные ZED-F9P в фиксированном решении, отличаются от координат постобработки на 0,1-6,3м, что также не соответствует точности фиксированного решения.



    Только с 11:33:35, когда K803 Lite получила фиксированное решение, разница координат между 3мя модулями достигла сантиметрового значения.

    В результате чего можно сделать вывод о ложном фиксированном решении ГНСС-модуля ZED-F9P как на участке с 11:33:30,8 до 11:33:41,4, так и на участке 11:34:25,8 - 11:34:34,8.

    Несмотря на то, что восстановление решения ZED-F9P было получено раньше K803 Lite, данные явно превышают допустимые значения и не рекомендуются к использованию. Более того маркировка данных фиксированным типом решения может ввести в заблуждение и вызвать непредвиденные ошибки в работе как специалистов, так и алгоритмов работы движения беспилотного транспорта.

    В связи с этим следующие 2 участка с потерей сигнала были проанализированы подобным образом.



    Участок 2 — проезд под эстакадой № 1


    Как и в предыдущем варианте выделим 2 участка, где модулем ZED-F9P получено фиксированное решение, в отличие от K803 Lite.



    На отрезке времени 11:51:33,0–11:51:45,6 фиксированное решение оказалось ложным, поскольку разность координат ZED-F9P и K803 после постобработки составила 0,030–1,500 м.

    На отрезке времени 11:51:55,2–11:52:00,0 фиксированное решение модулем ZED-F9P было получено на 4,8 с раньше, чем K803 Lite, причем разность координат ZED-F9P и K803 после постобработки составила 0,002–0,113 м.


    Участок 3 — проезд под эстакадой № 2


    На этом участке обе платы потеряли фиксированное решение практически в одно время, но ZED-F9P восстановил его спустя 2,8 с, в то время как K803 Lite оставалась в плавающем решении еще 8 с. Ложного фиксирования замечено не было.

    3. ДОСТОВЕРНОСТЬ ФИКСИРОВАННОГО РЕШЕНИЯ

    Для проверки достоверности данных мы решили сравнить координаты ZED-F9P и K803 Lite, полученные в фиксированном решении в режиме RTK с координатами K803 в после постобработки.

    Средние значения разностей координат получились в пределах ожиданий
    Однако для большей наглядности стоит отобразить все значения разностей на графиках от времени, значения на вертикальной оси которых будут соответствовать значениям расхождения с постобработкой в метрах. На графиках приведены разности координат, полученных модулями K803 Lite и ZED-F9P в режиме RTK, и координат модуля K803 после постобработки.

    Как видно из графиков, большая часть значений приближена к среднему значению таблицы, и лишь в сложных местах расхождение увеличивается.
    График разностей координат (N) между K803 Lite в режиме RTK и K803 после постобработки
    График разностей координат (N) между ZED-F9P в режиме RTK и K803 после постобработки
    График разностей координат (E) между K803 Lite в режиме RTK и K803 после постобработки
    График разностей координат (E) между ZED-F9P в режиме RTK и K803 после постобработки
    График разностей координат (H) между K803 Lite в режиме RTK и K803 после постобработки
    График разностей координат (H) между ZED-F9P в режиме RTK и K803 после постобработки

    Если сравнивать попарно графики разностей координат (N), (E) и (H), то можно заметить, что графики с данными модуля ZED-F9P выглядят менее стабильными. Особенно это заметно на графике разностей координат (H).

    В завершение теста был вычислен процент попадания координат, полученных при фиксированном решении, в доверительный интервал 3σ характеристик точности, заявленных производителем.
    Напомним, что в технических характеристиках обычно указано значение доверительного интервала 1σ.

    Следует отметить, что низкий показатель у модуля ZED-F9P связан с высотными значениями. В их недостоверности можно убедиться, посмотрев на график разности ZED-F9P и K803 по координате (H). Если исключить значения по высоте и проверить процент попадания в 3σ только плановых координат, то получим 93,37%.
    ВЫВОД

    По результатам обработки данных можно сказать, что оба модуля неплохо справились с тестированием. SinoGNSS K803 Lite и Ublox ZED-F9P имеют схожие характеристики, физические параметры и стоимость, а точность фиксированного решения в RTK режиме соответствует общепринятой.

    Однако, у модуля ZED-F9P несколько раз было замечено ложное фиксированное решение, при котором точность определяемых координат значительно выходит за рамки допустимых. К сожалению, узнать о том, было ли фиксированное решение достоверным или ложным можно только при проведении дополнительного контроля.
    Модуль K803 Lite показал себя гораздо стабильнее в определении координат, что видно из графика разностей с эталоном. Также стоит обратить внимание на точность высотной координаты, так как для некоторых работ это может быть принципиально, у K803 Lite она чуть выше.

    В остальном можно считать модули взаимозаменяемыми.

    Что касается доступности на рынке, в условиях текущей ситуации модуль U-blox ZED-F9P довольно сложно приобрести, в отличие от модуля SinoGNSS K803 Lite. Поэтому, если для решения задач требуется высокоточный навигационный модуль по бюджетной цене, то однозначно стоит обратить внимание на SinoGNSS K803 Lite.

    Вам понравилась статья?