話說有天沒事晃到敗家總部去找老大哈拉幾句,沒想到總部中堆著三顆BT GPS,聊著聊著就被老大強X要寫測試報告了,唉~真是造孽啊!敗家總部真是個可怕的地方,除了小朋友常常會不小心被拐走外,還不時會被強X,看來以後要少一點去走動比較好,不過話雖這樣說,誰叫總部就開在我辦公室對面,走路不到兩分鐘就到,唉....冤孽啊....
好了,拉完了進入主題吧~剛好我們合作的廠商—力朗科技也提供了一顆BT GPS給我測試,因此就一併來比較囉!

受測對象:四款藍芽GPS,先來張大合照,依照順序分別是--旺普科技(BT-77) Nemerix晶片、Holux長天科技(GR-230+)SiRF晶片、SuperGPS(Bluetooth-700)Xemics晶片、F-tech立朗科技(FGPXBT01) Xemics晶片,


不過經過查證發現SuperGPS(Bluetooth-700)跟F-tech(FGPXBT01)其實是一樣的,應該是F-tech代工的,雖然兩顆是一樣的東西,但本著實驗的精神~就拿來當對照組吧!
孿生兄弟


本次實驗重點是準確度,因此就不強調受測GPS的外觀或是其他設計,不過除了Holux外,另外三顆除了Mark不同外,其餘外觀、電源及電池設計都一樣,似乎算是一個公版的外殼了~因此我想也不太需要多做介紹了。

實驗設備:除四款BT GPS外,使用SONY VAIO SRX7作為NMEA輸出記錄之工具,因為SRX7內建藍芽,所以還滿方便的。

實驗地點:國立成功大學航太所頂樓IAA1量測點

IAA1:本次實驗中所使用的量測點,是經過精密量測所定義出來的一個位置,位於成大航太所的頂樓,採用這個點有兩個主要原因,一是精確座標已知,二是遮蔽物少。



實驗時間:
Part I 2005/02/03 10:00~12:00 PM
Part II 2005/02/04 10:00~12:00 AM

為何要分兩次做測試呢?因為我太閒了~當然不是,因為兩個時間點的衛星顆數、分佈都不同,可以對照一下,另外我選擇Part I 的時間做實驗室因為當時是一天當中衛星顆數最多的時候,由Trimble的 GPS Planning軟體可看出最多有可能收到14顆衛星,正好可以測試所謂16 Channel的晶片,不過可惜的是實驗的時候最多只收到12顆,可能有兩顆角度較低剛好被附近的建築物擋住。Part II的實驗,大都收到8-10顆衛星~剛好可以做一個對比,不過其實沒做之前就知道8顆衛星跟16顆衛星的定位結果其實是差不多的。

名詞解釋:
因為本測試報告用一些比較量化的方式來做表示,可能用到一些可能大家不常接觸的字詞,因此在這邊先稍做解釋。

ENU座標系統:E是East ,N是North,U則是Up簡單說就是向東向北極向上為正的空間座標系統,在本次實驗中,將IAA1的精確座標位置設定為座標系統中的原點,如此經過座標轉換後可較直接的看出各方向(東西向E、南北向N、高度U)的誤差值,經過轉換後,座標系統的單位是公尺。

Standard:統計學上的標準差,高中數學有教過喔,簡單說,值越小越好,表示越不會飄移。

RMS:均方根誤差,實驗值與平均值之間的平均誤差,並非真實誤差,不過GPS接收器所標示的誤差範圍都是指RMS誤差而非真實誤差。2D代表捨去高度的平面誤差,3D則是將高度併入計算。

RSS:真實誤差,本實驗中採用量測值的平均值與精確位置(IAA1)來計算RSS。2D代表捨去高度的平面誤差,3D則是將高度併入計算。

拍謝~囉唆了這麼多~好像還沒看到啥~不好意思~人老了~話會多一點~請大家多多包涵,以下就開始正式進入主題,各位看官有耐心的看下去~看不下去也不要幹譙我~我可是花了很多時間在做實驗、處理數據、寫程式、做圖&打屁~不是是打字~沒有功勞也有苦勞喔

Part I
旺普科技(BT-77)Nemerix晶片
Sky Plot(衛星分佈)

衛星顆數很多(十顆)不過有兩顆衛星角度很低了~

Signal Plot(訊號強度)

訊號強度約都在於35 – 40 dB 左右~不算好~但其實對定位精度沒影響~而且每一家晶片的訊號強度表示法不太一樣,有的會灌水,所以這個應該不是重點。

實驗結果(E、N、U方向誤差及3D位置誤差)

以上數據單位都是公尺( m ),而經過座標轉換後精確位置為原點,所以圖上顯示的ENU數值,直接就是誤差,前三個圖的橫軸是時間,擷取的數據一共五分鐘(300秒)。由上列圖中可看出高度的誤差比較大,平面的誤差都不大~數值及和其他個家的比較~放在後面來討論。

Holux長天科技(GR-230+)SiRF晶片
Sky Plot(衛星分佈)

衛星顆數很多(十顆),且分佈不錯~仰角也不會太低。

Signal Plot(訊號強度)

訊號強度都不錯。

實驗結果(E、N、U方向誤差及3D位置誤差)

本次實驗Holux五分鐘內經緯度及高度數值都沒變過,因此結果就如上圖所示,這樣的結果應該是SiRF晶片的功能,不過以訊號處理的觀點來說這樣的結果不太自然。可以看出這次的結果Holux在高度上的表現來的較好~不過這不能代表他就比較準,高度要準是要靠點運氣的~

SuperGPS(Bluetooth-700)Xemics晶片
Sky Plot(衛星分佈)

由於輪到這顆BT GPS測試時的時間較晚,仰角較低的衛星已經下山了~所以衛星顆數就較少囉,不過這顆BT GPS也只有8個Channel,所以也不需要太多顆了~

Signal Plot(訊號強度)

8個Channel全滿了不過有一顆訊號較差,強度都還OK。

實驗結果(E、N、U方向誤差及3D位置誤差)

在平面上的誤差表現還OK,高度上的誤差就較大了,不過應該都還算是在可接受的範圍之內。

F-tech立朗科技(FGPXBT01)Xemics晶片
Sky Plot(衛星分佈)

衛星分佈還不錯,顆數也滿了(8顆)

Signal Plot(訊號強度)

訊號強度頗不錯,

實驗結果(E、N、U方向誤差及3D位置誤差)

高度上的表現跟SuperGPS的Bluetooth-700差不多~不愧是同一個媽生的,可能是差不多的衛星分佈情況(實驗時間差不多),所以得到的結果差不多,平面的表現滿不錯的,高度的誤差比較不能代表GPS的準確性,因為這是天生不良的。

我想看完以上的測試結果,可能很多人還是不知道比較起來如何,以下我就將四顆BT GPS的定位數據一同畫在同一圖中給大家看一下,比較比較。

經緯度圖:
直接將NMEA輸出的經緯度擷取出來後轉換成”度”,將所有數值直接點在平面座標上。
其中紅色*號代表,IAA1的精確座標,Nemerix是旺普科技的BT GPS、Xemics是SuperGPS的Bluetooth-700、Ftech則是力朗科技的BT GPS,而SiRF代表的就是Holux的GR-230+,由圖中可看出,不管哪一種晶片都有誤差,而三種晶片剛好有三種不同的狀態(Ftech就是用Xemics)。


不過從上面這張圖看不出誤差值到底多少。所以經過座標轉換後,就可以得到以下量化的顯示。


更直接一點的數據,我整理成一個表,表中各項數值所代表的意義在前面有提過,有各方向的標準差、2D的RMS&RSS誤差,不懂的麻煩往前翻一下。其中單位都是公尺,由表可以看出,其實在2D & 3D的表現四顆都非常好誤差值(RMS)大都小於1公尺,SiRF更是好到爆~不過我前面有提過~這是不自然的行為,後面的實驗證實是SiRF的解析度較低,有可能是SiRF故意的~這樣比較不會飄。




Part II
第二次實驗時挑了一個最多10顆衛星的時段來做測試,因為是作對照組,所以我就偷懶每顆約做三分鐘。大部分的東西都跟Part I一樣,所以我就不再多做說明囉~(PS.其實還是想偷懶啦)
旺普科技(BT-77)Nemerix晶片
Signal & Sky Plot

收到十顆衛星訊號,但PRN24及PRN31兩顆衛星訊號不穩定,由Skyplot看出衛星分佈還不錯,所以定位應該滿精準的。

實驗結果(E、N、U方向誤差及3D位置誤差)


Holux長天科技(GR-230+)SiRF晶片
Sky Plot(衛星分佈)

收到八顆衛星訊號,但PRN20衛星訊號較弱,由Skyplot看出衛星分佈還不錯,所以定位應該滿精準的。

實驗結果(E、N、U方向誤差及3D位置誤差)


SuperGPS(Bluetooth-700)Xemics晶片
Signal & Sky Plot

收到八顆衛星訊號,但PRN19、PRN20及PRN28三顆衛星訊號不穩定,由Sky Plot看出衛星分佈不是很好,誤差可能大一點。

實驗結果(E、N、U方向誤差及3D位置誤差)


F-tech力朗科技(FGPXBT01)Xemics晶片
Signal & Sky Plot

收到八顆衛星訊號,但PRN19衛星訊號不穩定,由Skyplot看出衛星分佈不是很好但比之前的Bluetooth-700好一點,所以誤差可能會稍微小一點。

實驗結果(E、N、U方向誤差及3D位置誤差)


經緯度圖


EN座標圖


由上圖可以看出Xemeics不斷的在飄移,不過點跟點之間很連續,距離很短,Nemerix的解析度則略低,且也不太像是一條連續的曲線,像是跳躍的幾個點,而SiRF的解析度很明顯最低,一跳就跳很遠,前次實驗,SiRF所表現出來的是一動也不動,本次實驗則是三分鐘內跳動一次~跳動完就固定在該點,因此推測應該是SiRF的演算法解析度較低,這次的實驗可以推測出三種晶片的解析度由高到低分別是 Xemics > Nemerix > SiRF,至於解析度到底高還是低好~這我也不能下定論,有點類似Papago的鎖路功能~有人喜歡有人罵,各位自行衡量囉~至於SiRF的那個跳動我原先以為是忽然多或少或換一顆衛星所造成的,不過查證原始資料,發現並沒有,所以確定是解析度問題。



總結:以這次的測試結果來說,四顆(三款)BT GPS的定位經度都還算OK,一般原廠規格中所標示的誤差即是RMS的誤差值,這幾顆都有符合,用在汽車導航上我想任何一顆應該都可以,所以選購時應該可以考量其他因素,目前的接收器在定位速度上都有不錯的改善,在冷開機的狀態下應該都可以在兩分鐘內定到位,至於使用GPS的一些注意事項,本站的 “川島和津實”的這篇"在台灣使用衛星導航應有的心理準備"寫得很好,我就不再多說了。
其實這次的測試,不能說是很完善的測試,如果真要嚴格來評比的話,可能需要長時間的測試,並且最好能同時接收資料,因為衛星及大氣的狀況是一直不斷在變化的,但我手邊時在沒那麼多台有BT的NB,加上最近又一堆事,沒辦法作更詳盡的測試~請大家多多包涵。
比較令我驚訝的一點是,F-tech那顆BT GPS過年期間我一直方在車上導航,用了一個多星期居然還有電,規格上寫可使用20小時,原本還半信半疑,沒想到真的如此省電,該BT GPS所使用的GPS模組耗電僅19mAh,這是目前我所找到最省電的模組了,旺普科技的BT GPS似乎也有十小時以上的續航力,而Holux則因為使用SiRF晶片的關係,就無法具備這樣長時間的續航力了。所以說,各家不同的GPS各有優缺點,大家不要問我哪家好,因為目前沒有十全十美的,應該看清楚自己的需求&最重要的~把使用GPS的基本常識建立起來~這樣不管用哪一家的GPS都會很好用低~至於16個Channel到底有沒有比較好~以目前來說~沒有~我很努力的挑了一個可能接收到14顆衛星的時間去實驗~最多還是只收到12顆,完全無法看出16Channel的優點。且我做了另一個測試接收8-9顆衛星及12顆衛星的比較~準度差不多~所以……

這篇報告大致到此告一段落,做完這次測試對我最到的好處是把測試所需要的工具&程式建立起來~希望將來有機會能再多做一些測試~到時就可以比較省時了,若對我的測試報告有意見或是看不懂的~歡迎大家提出來一起討論吧~