Smartpho­nes met Ga­li­leo

Ga­li­leo in smartpho­nes

C’t Magazine - - Inhoud - Mi­chael Link

El­ke smartpho­ne biedt sa­tel­liet­na­vi­ga­tie met de sys­te­men GPS en Glonass. Van­af eind 2016 is ook het Eu­ro­pe­se sys­teem Ga­li­leo ac­tief. Wat zijn de voor­de­len daar­van? We gaan gra­ven in de we­reld van ci­vie­le sa­tel­liet­na­vi­ga­tie.

De sex­tant, het kom­pas, gps: het zijn al­le­maal uit­vin­din­gen waar­mee de mens zich steeds moe­di­ger in het on­be­ken­de kon stor­ten – of het nu ging om een nieu­we zee­weg naar In­dië te zoe­ken of al­leen een tank­sta­ti­on. Ook al be­te­kent 'links!' en 'rechts!' soms niet voor ie­der­een het­zelf­de, we na­vi­geer­den hon­der­den ja­ren lang pri­ma met een kaart, kom­pas en rich­tings­bord­jes. Het lijkt er­op dat die vaar­dig­heid lang­zaam aan het uit­ster­ven is, net zo­als hoofd­re­ke­nen. Vol­gens een en­quê­te van het KiM (Ken­nis­in­sti­tuut voor Mo­bi­li­teits­be­leid) had in 2015 91% van de au­to­mo­bi­lis­ten al een na­vi­ga­tie­sys­teem in huis en 34% zelfs meer dan één ty­pe – bij­voor­beeld een zelf­stan­dig sys­teem en een smartpho­ne met na­vi­ga­tie-app. Rond 2020 zul­len er vier we­reld­wij­de sa­tel­liet­na­vi­ga­tie sys­te­men be­schik­baar zijn met meer dan 100 sa­tel­lie­ten. Het be­ken­de Glo­bal Po­si­ti­o­ning Sy­s­tem (GPS) van de VS heeft on­der­tus­sen ge­zel­schap ge­kre­gen. Sys­te­men als GPS, Glonass, Bei­dou en Ga­li­leo wor­den ook wel GNSS (Glo­bal Na­vi­ga­ti­on Sa­tel­li­te Sy­s­tem) ge­noemd en wor­den al­le­maal on­der de noe­mer 'gps' ge­schaard. Smartphon­echips kun­nen nu al en­ke­le tien­tal­len GNSS-sa­tel­lie­ten raad­ple­gen. Een kor­te uit­leg over hoe po­si­tie­be­pa­ling daar­mee werkt staat in het ka­der 'Drie­maal is scheeps­recht' op de laat­ste pa­gi­na van dit ar­ti­kel.

Het na­deel van GPS

Tij­dens oor­lo­gen was het ge­brui­ke­lijk om rich­tings­bord­jes te ver­draai­en, ver­val­sen of weg te ha­len om de vij­and om de tuin te lei­den. Maar om­dat de ei­gen troe­pen daar ook last van had­den, be­gon het Ame­ri­kaan­se le­ger in 1973 met het ont­wik­ke­len van een sa­tel­liet­na­vi­ga­tie­sys­teem, het Glo­bal Po­si­ti­o­ning Sy­s­tem (GPS). Dat moest in­di­vi­du­e­le sol­da­ten snel en be­trouw­baar hun po­si­tie la­ten be­pa­len. In 1978 werd de eer­ste GPS-sa­tel­liet ge­lan­ceerd, maar het duur­de door fi­nan­cie­rings­pro­ble­men nog tot 1995 voor­dat het sys­teem goed bruik­baar was. Er draai­den toen 24 GPS-sa­tel­lie­ten plus en­ke­le re­ser­ve­sa­tel­lie­ten in zes ba­nen om de aar­de op 20.200 ki­lo­me­ter hoog­te.

Pas na­dat in 1983 een Ko­re­aan­se lijn­vlucht werd neer­ge­scho­ten door Sov­jet­ge­vecht­vlieg­tui­gen, stel­de de Ame­ri­kaan­se re­ge­ring plaats­be­pa­ling via GPS be­schik­baar voor bur­ger­doel­ein­den. Tot 2 mei 2000 was het na­vi­ga­tie­pijl­tje op een GPS­toe­stel hoog­uit tot op 100 me­ter nauw­keu­rig. Op die dag liet de re­ge­ring van de VS het fout­sig­naal SA (Se­lec­ti­ve Avai­la­bi­li­ty) uit­scha­ke­len. Met een nauw­keu­rig­heid van vijf tot tien me­ter werd het sys­teem plot­se­ling voor veel meer doel­ein­den ge­schikt. Het was nu mo­ge­lijk om een na­vi­ga­tie­pijl­tje op de kaart op de juis­te straat te po­si­ti­o­ne­ren. Stra­ten­boe­ken en pro­vi­so­risch op­ge­vou­wen we­gen­kaar­ten kon­den plaats­ma­ken voor TomToms en voor apps als Goog­le Maps op smartpho­nes.

Sinds eind 2014 biedt GPS naast de sig­na­len voor ci­vie­le en mi­li­tai­re doel­ein­den nog een der­de sig­naal. Dit L5 moet de be­trouw­baar­heid voor niet-mi­li­tai­re toe­pas­sin­gen ver­der ver­be­te­ren en is ook be­stemd voor nood­dien­sten.

Toe­ne­men­de con­cur­ren­tie

Om de af­han­ke­lijk­heid van het Ame­ri­kaan­se GPS te ver­min­de­ren, ont­wik­kel­den ver­schil­len­de lan­den ei­gen we­reld­wij­de sys­te­men, bij­voor­beeld China met zijn Bei­dou. Er wer­den ook lo­ka­le sys­te­men ge­pland zo­als QZSS (Ja­pan) en INRSS (In­dia).

Glonass: Het Rus­si­sche sys­teem be­gon als ver­volg op het Ci­ca­da-sys­teem van laag­vlie­gen­de sa­tel­lie­ten. In 1982, tij­dens de Kou­de Oor­log, draai­de de eer­ste Glonass-sa­tel­liet zijn rond­jes. Der­tien jaar la­ter was het sys­teem vol­le­dig ope­ra­ti­o­neel met 24 sa­tel­lie­ten in drie ba­nen op 19.000 ki­lo­me­ter hoog­te. De val van de Sov­jet­U­nie leid­de bij­na tot het ein­de, maar in 2007 stel­de de Rus­si­sche pre­si­dent Poe­tin Glonass be­schik­baar voor ci­viel ge­bruik. Mo­men­teel zijn er 27 sa­tel­lie­ten in de ruim­te, waar­van er 23 ac­tief zijn.

Glonass-sa­tel­lie­ten ver­stu­ren de­zelf­de co­de op 25 ver­schil­len­de fre­quen­ties. Ze ge­brui­ken een fre­quen­tie-mul­ti­plex­me­tho­de (FDMA). Daar komt ech­ter ver­an­de­ring in, want de nieu­we Glonass K-sa­tel­lie­ten ge­brui­ken CDMA. Dat wordt ook ge­bruikt door GPS, Glonass en Bei­dou. Bij de­ze co­de-mul­ti­plex­me­tho­de (CDMA) ge­brui­ken al­le sa­tel­lie­ten de­zelf­de fre­quen­tie en kan de ont­van­ger ze on­der­schei­den door de ge­bruik­te co­de.

Het Chi­ne­se Bei­dou start­te in 2000 als een lo­kaal sys­teem. In 2011 werd het uit­ge­breid tot een we­reld­wij­de dienst. Mo­men­teel zijn er 20 sa­tel­lie­ten ge­lan­ceerd. In 2020 moet het net­werk van Bei­dou in de ruim­te be­staan uit vier ge­o­sta­ti­o­nai­re sa­tel­lie­ten, twaalf sa­tel­lie­ten in schui­ne ge­o­syn­chro­ne ba­nen en ne­gen sa­tel­lie­ten die op cir­ca 22.000 me­ter hoog­te rond­krui­sen.

Kort voor de eeuw­wis­se­ling werd be­slo­ten het Eu­ro­pe­se pro­ject Ga­li­leo te ont­wik­ke­len. De eer­ste test­sa­tel­liet vloog eind 2005 rond. Kort daar­na wa­ren er pro­ble­men rond­om de fi­nan­cie­ring, het pro­ject werd uit­ein­de­lijk met over­heids­bij­dra­gen ge­red. Qua to­ta­le kos­ten wordt ge­spro­ken over 11 mil­jard eu­ro. In 2011 kwa­men de

eer­ste of­fi­ci­ë­le Ga­li­leo-sa­tel­lie­ten IOV-1 en IOV-2. Daar­na sta­pel­den de pro­ble­men zich op: bij een ra­ket­lan­ce­ring in 2014 wer­den twee sa­tel­lie­ten ver­keerd ge­po­si­ti­o­neerd en in ja­nu­a­ri 2017 vie­len in de sa­tel­lie­ten tien atoom­klok­ken uit.

In no­vem­ber 2016 werd een Ari­a­ne 5-ra­ket ge­lan­ceerd die vier Ga­li­leo-sa­tel­lie­ten in een om­loop­baan bracht. Op 15 de­cem­ber 2016 gin­gen de open­baar toe­gan­ke­lij­ke dienst, de ver­sleu­tel­de Pu­blic Re­gu­la­ted Ser­vi­ce (PRS) en de zoek- en red­dings­dienst of­fi­ci­eel van start. Om het net­werk te com­ple­te­ren, moe­ten in 2017 en 2018 nog meer sa­tel­lie­ten vol­gen. Dan moet het sys­teem zijn af­ge­rond. De EU hecht veel be­lang aan Ga­li­leo, want van­af 31 maart 2018 moe­ten al­le Eu­ro­pe­se au­to­fa­bri­kan­ten hun nieu­we au­to's uit­rus­ten met eCall. Dat is een on­ge­val­len­sys­teem dat ge­bruik­maakt van Ga­li­leo.

Sa­tel­liet-ver­taal­slag

De komst van Ga­li­leo moet voor smartpho­ne­fa­bri­kan­ten geen ver­ras­sing zijn. De plan­ning en de spe­ci­fi­ca­ties zijn al lang ge­noeg be­kend. Toch zijn er nog maar wei­nig smartpho­nes die Ga­li­leo-sig­na­len ont­van­gen – zie het ka­der op de vo­ri­ge pa­gi­na. Een 'Ga­li­leo-com­pa­ti­be­le' chip in een smartpho­ne is ook nog geen ga­ran­tie dat die de Ga­li­leo-ge­ge­vens ook ge­bruikt. Chip­fa­bri­kant Qu­al­comm maak­te in ju­ni 2016 be­kend dat een reeks Snap­dra­gon­chips­ets di­rect van de Eu­ro­pe­se sa­tel­liet­na­vi­ga­tie­dienst ge­bruik kon ma­ken, maar daar is soms wel eerst een firm­wa­re-up­gra­de voor no­dig. Een ont­bre­ken­de up­da­te is de re­den dat Ga­li­leo-ont­vangst bij de Ame­ri­kaan­se en Chi­ne­se ver­sie van de Sams­ung Ga­laxy S7 (met Snap­dra­gon 820) wel werkt, maar bij de OnePlus 3 met de­zelf­de chips­et niet.

Qu­al­comms Snap­dra­gon-chips pro­be­ren om 15 sa­tel­lie­ten te vin­den. Ze zoe­ken eerst naar GPS-sa­tel­lie­ten. Ont­bre­ken­de plek­ken wor­den op­ge­vuld met Glo­nasssa­tel­lie­ten. Pas als met GPS en Glonass geen 15 sa­tel­lie­ten ge­von­den wor­den, pro­beert de chip Bei­dou-en Ga­li­leo-sig­na­len er­uit te fil­te­ren. Die werk­wij­ze moet het ener­gie­ver­bruik van de chip be­per­ken. Als je een smartpho­ne van BQ op een la­der of po­wer­bank aan­sluit, kun je hem ech­ter dwin­gen om voort­du­rend naar Bei­dou en Ga­li­leo te zoe­ken.

Ont­wik­ke­laars kun­nen bij de Snap­dra­gon-SoC kie­zen uit twee op­ties. Door da­ta van ver­schil­len­de sys­te­men af­zon­der­lijk te ver­wer­ken, kun­nen ze con­tro­le­ren of een sys­teem een sto­ring heeft. De twee­de op­tie is al­le ont­van­gen GNSS­da­ta mid­de­len om daar­uit een po­si­tie af te lei­den.

Die laat­ste op­tie ge­bruikt Broad­com bij zijn chips­et BCM4774. Zo­als ge­brui­ke­lijk zijn vier sa­tel­lie­ten vol­doen­de om de lo­ca­tie te be­pa­len, maar de chip com­bi­neert daar da­ta van GPS, Glonass, Bei­dou en Ga­li­leo voor. Met na­me de Ga­li­leo-da­ta moe­ten fou­ten be­per­ken die wor­den ver­oor­zaakt door meer­weg­ont­vangst (mul­ti­path-er­ror) of io­no­sfe­ri­sche sto­rin­gen. De spe­ci­a­le ver­sie voor de iPho­ne 7, de BCM 47734, is in prin­ci­pe ge­schikt voor Ga­li­leo, maar de be­tref­fen­de sen­sor­hub wordt niet ge­bruikt door Ap­ple om­dat de A10-pro­ces­sor in het toe­stel zijn ei­gen sen­sor­hub heeft.

De HiSi­li­con-chips Ki­rin 955 en 960 die in ver­schil­len­de Hua­wei-smartpho­nes zit­ten, zijn ge­schikt voor Ga­li­leo. Fa­bri­kant Me­diatek wordt vaak over het hoofd ge­zien als het gaat om chips­ets die met Ga­li­leo wer­ken, maar chips van die fa­bri­kant zit­ten in meer dan 200 mo­del­len smartpho­nes en ta­blets. Zo'n chip is bij­voor­beeld de He­li­os X30 met tien co­res en Ga­li­leo-ont­vangst. Die zit on­der meer in de Chi­ne­se smartpho­nes Ule­fo­ne T3 en Ver­nee Apol­lo 2.

Van­af An­droid Nou­gat kun­nen GNSS­sen­so­ren recht­streeks be­na­derd wor­den via de API an­droid.lo­ca­ti­on (zie de link on­der­aan dit ar­ti­kel). Daar­mee kun­nen apps be­schik­ken over een reeks ru­we da­ta, zo­als ont­vangst­kwa­li­teit en fout­mar­ges. Voor­heen kon­den app-ont­wik­ke­laars al­leen com.goog­le.an­droid.gms.lo­ca­ti­on van de Goog­le Play-ser­vi­ces ge­brui­ken, maar dat le­ver­de al­leen de meest es­sen­ti­ë­le da­ta op zo­als de lo­ca­tie.

Op de di­ver­se test-apps kun je dan ook niet ver­trou­wen. De be­ken­de app GPS-Test van Chart­cross her­ken­de op de Ga­laxy S6 bij­voor­beeld Ga­li­leo-sa­tel­lie­ten, ter­wijl de S6 die he­le­maal niet kan ont­van­gen. Ook hard­wa­re­ma­tig zijn er kin­ken in de ka­bel: Qu­al­comms chips­ets van de 6xx-reeks en bij­na de ge­he­le 8xx-reeks le­ve­ren de ru­we da­ta aan op een ma­nier waar de nieu­we An­droid-API niets mee kan. Al­leen bij de Nexus 9 zijn die ge­ge­vens be­perkt bruik­baar. Kijk je en­kel naar GPS-sa­tel­lie­ten, dan zijn de Nexus 5x, 6P en Pixel en Pixel XL bruik­baar.

In de prak­tijk

De eer­ste smartpho­ne die stan­daard met Ga­li­leo werk­te was de BQ Aqua­ris X5 Plus (zie c't 05/2017, p.20). Bij een kor­te test bleek Ga­li­leo geen op­val­len­de ver­be­te­ring te zijn, maar we hiel­den goe­de hoop.

Met apps als GNSS View (voor iOS en An­droid) kun je voor elk tijd­stip de zicht­ba­re con­stel­la­tie van bruik­ba­re sa­tel­lie­ten la­ten weer­ge­ven. Via fil­ters kun je het aan­tal van 40 tot 55 sa­tel­lie­ten in de aug­men­te­dre­a­li­ty-weer­ga­ve uit­dun­nen. Het aan­tal Ga­li­leo-sa­tel­lie­ten dat ge­du­ren­de de dag zicht­baar is, va­ri­eert van vier tot tien. Dat geldt al­leen bij vrij zicht op de ho­ri­zon – en dat heb je zelfs in het vlak­ke Ne­der­land zel­den. Be­grens je het zicht­veld in de app op 20 gra­den, dan wor­den al­le sa­tel­lie­ten ver­bor­gen die dicht bij de ho­ri­zon staan. Je ziet dan al re­gel­ma­tig ga­ten val­len, waar­bij zelfs min­der dan drie Ga­li­leo-sa­tel­lie­ten zicht­baar zijn.

Voor een prak­tijk­test van de ont­vangst heb­ben we ver­schil­len­de ap­pa­ra­ten ge­bruikt: een GPS-ap­pa­raat (Gar­min Etrex 20, in­ge­steld op GPS), vier smartpho­nes (Hua­wei P10, BQ Aqua­ris X5 Plus, Sams­ung Ga­laxy S7, iPho­ne 7 Plus), een ca­me­ra (Olym­pus µTough TG-4) en een spor­t­hor­lo­ge (Gar­min Fe­nix 5). Ze had­den al­le­maal toe­gang tot GNSS-sig­na­len en bij­ge­werk­te A-GPS-ge­ge­vens. Op een ge­o­gra­fi­sche re­fe­ren­tie­lo­ca­tie werd bij al­le ap­pa­ra­ten de lo­ca­tie­trac­king ge­start.

De eer­ste die een po­si­tie had be­paald was de Gar­min Etrex 20, ge­volgd door de Fe­nix 5, BQ Aqua­ris X5 Plus, Hua­wei P10 en Sams­ung Ga­laxy S7. De iPho­ne 7 Plus had wat meer tijd no­dig en de ca­me­ra was de hek­ken­slui­ter. Tests op an­de­re tijd­stip­pen had­den een ver­ge­lijk­baar re­sul­taat.

Bij het eva­lu­e­ren van de vast­ge­leg­de gps-tracks met de app Os­mand of het pc­pro­gram­ma GPS-Vi­su­a­li­zer liet de Etrex slechts en­ke­le da­ta­pun­ten zien, ter­wijl de BQ Aqua­ris er heel veel toon­de en daar veel­vul­dig tus­sen heen en weer sprong. Het was ook dui­de­lijk dat de ap­pa­ra­ten GNSS-blok­ken met ver­schil­len­de tus­sen­po­zen vast­leg­den. Al­le ap­pa­ra­ten kon­den ech­ter in en­ke­le se­con­den een lo­ca­tie be­pa­len en de tracks kwa­men snel uit op de re­fe­ren­tie­lo­ca­tie.

Bij een twee­de prak­tijk­test werd ge­test hoe de lo­ca­tie­be­pa­ling ver­liep met het sce­na­rio 'slech­te ont­vangst tus­sen ho­ge ge­bou­wen'. Daar­bij had de Gar­min Etrex tot wel drie mi­nu­ten no­dig als hij al­leen GPS-sa­tel­lie­ten ont­ving. Pas toen ook Glonass-ont­vangst ge­ac­ti­veerd werd, ging het zo­als ver­wacht veel snel­ler.

Al­le smartpho­nes die da­ta van ver­schil­len­de GNNS-sys­te­men kun­nen com­bi­ne­ren, had­den aan een klein stuk­je zicht­ba­re he­mel ge­noeg om mi­ni­maal vier bruik­ba­re sa­tel­lie­ten te vin­den. Maar een zicht­ba­re Ga­li­leo-sa­tel­liet le­ver­de in slechts twee ge­val­len een bij­dra­ge aan de ge­slaag­de lo­ca­tie­be­pa­ling.

Con­clu­sie

Geen en­ke­le smartpho­ne ge­bruikt Ga­li­le­o­sa­tel­lie­ten als eer­ste keus, maar soms wel als ex­tra da­ta­bron. Bij vol­doen­de GPS- en Glonass-da­ta zijn smartpho­nes met Ga­li­leo niet nauw­keu­ri­ger of snel­ler qua po­si­tie­be­pa­ling. Wel le­vert el­ke ex­tra GNSS-dienst voor­deel op in si­tu­a­ties met slech­te ont­vangst om­dat da­ta van ver­schil­len­de sys­te­men dan ge­com­bi­neerd kun­nen wor­den.

(mdt)

De BQ Aqua­ris X5 Plus met GPS, Glonass én Ga­li­leo re­gi­streert 1296 da­ta­pun­ten. Na wat aan­van­ke­lijk heen en weer sprin­gen wordt het re­fe­ren­tie­punt be­reikt.

De plaats­be­pa­ling door een Gar­min Etrex 20 in GPS-mo­dus toont slechts 15 da­ta­pun­ten, maar na­dert wel snel de wer­ke­lij­ke po­si­tie.

De Sams­ung Ga­laxy S7 (EU-uit­voe­ring) kan GPS en Glonass ont­van­gen. De track toont maar 45 da­ta­pun­ten, maar die sprin­gen wel snel heen en weer.

Newspapers in Dutch

Newspapers from Netherlands

© PressReader. All rights reserved.