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.

Данные модули похожи как по техническим характеристикам, так и по стоимости. Более подробную спецификацию по ним можно легко найти в сети Интернет.

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).

На крыше автомобиля была установлена антенна SinoGNSS AT360, к которой через сплиттер были подключены 3 навигационных модуля, одновременно производившие запись данных с частотой 5 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.

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.

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.

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.

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

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%.

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.