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2021年4月29日 (木)

Sensorstream IMU+GPSを使ってみました

 当方が高精度測位に興味を持ったのは、センチメートル・レベルの測位をしようというような大それた考えではなくて、トランジスタ技術2018年1月号の「書道スキャナ」の記事を見て、一寸面白そうだと思ったのがきっかけでした。

 高精度測位を一寸かじってみましたが、素人にはハードルが高いです。
 その後、下記の記事を見てHUAWEI P10で文字書きが可能であると思い込んで、HUAWEI P10を衝動買いしたのですが、世の中はそれほど甘くなくて、無料のアプリで動作するようなものではありませんでした。

  Performance analysis of GPS+Galileosmartphone raw measurements
  GSA, 30th may2018
  https://www.gsa.europa.eu/sites/default/files/expo/augusto_mazzoni_la_sapienza.pdf
  (p.19参照)

 なお、上記記事の中に出てくる VADASE は絶対座標を検出するのはでなく、相対位置を正確に測定する技術のようでした。
 文字を書くだけであれば、基準点に対する相対位置が判れば、どうにかなりそうな感じです。
 相対位置が判ればよいのあれば、INSの技術が使えそうです。
 昔はINSは超高価だったようですが、現在では、精度は別として、スマホに同様な機能を有するIMUが搭載されているものがあります。
 素人考えですが、原理的には、加速度が判れば2回積分で起点からの相対距離が判る筈です。
 実際にはそう簡単にはいかないようですが、一寸試してみたい気もします。
 
 スマホからGNSS(GPS)のデータとIMUのデータを記録できるアプリを探していたら、以下のアプリを見かけました。

  Sensorstream IMU+GPS - Apps on Google Play
  https://play.google.com/store/apps/details?id=de.lorenz_fenster.sensorstreamgps&hl=en&gl=US
  Updated:February 8, 2013
  Size:252k
  Installs:10,000+
  Current Version:1.0
  Requires Android:2.3.3 and up

  How to Record Data With IMU/GPS Data Application (using Android System)
  https://www.instructables.com/How-to-Record-Data-With-IMUGPS-Data-Application-us/
  
  How to Import and Process Data Recorded With IMU/GPS Data Application (using Android System)
  https://www.instructables.com/How-to-Import-and-Process-Data-Recorded-With-IMUGP/


 ほぼ希望に沿っているようなので、とりあえずHUAWEI Mate 30 Proにインストールして使ってみました。
 なお、ここでは、以下の4種類のセンサの出力をスマホ本体の内部メモリに記録することにしました。
  - Accelerometer
  - Gyroscope
     - Magnetometer
     - GPS Position

以下、記録手順および出力です。

【(01)Toggle Sensorタブで出力を記録するセンサを選択】
01toggle-sensorssensorstream-imugps

 

【(02)PreferencesタブでSD-Card Streamを選択】
02preferencessensorstream-imugps

 

【(03)Log-Fileの名称(デフォルト)を確認→OK】
03set-name-for-sdcard-logfilesensorstrea

 

【(04)Stream送信中】
04stream-established-sendingsensorstream
 

【(05)メインストレージ】
05main-storagesensorstream-imugps

 

出力データはCSVで記録されます。


【(06)MySensorStreams】
06mysensorstreamssensorstream-imugps
 


【(07)mystream_csv(オリジナル)】(画像左クリックで拡大表示)


07mystream_csvoriginalsensorstream-imugp  

 スマホのCSVをメール添付でPCに送信し、エクセルで開きました。
  オリジナルのままでは、データが見にくいです。
  最初の列はタイムスタンプ?


【(08)mystream_csv(修正版)】(画像左クリックで拡大表示)
08mystream_csvmodifiedsensorstream-imugp

 同じ列に同じセンサの出力が表示されるように修正しました。

1:GPS Position
  3:Accelerometer
  4:Gyroscope
5:Magnetometer
6:?
7:?
8:?


とりあえず、加速度データが出力できるようになったので、これから相対位置を求める計算手順を調べる予定です。

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2021年4月25日 (日)

手帳型スマホケースのマグネットが磁気センサに与える影響

 2周波GNSS実験用に購入したHuawei Mate 20 Proは、今まで使ってきたスマホに比べて外筐の角が丸まっているので、手から滑りそうな感じがします。
 スマホ保護用に手帳型スマホケースを買うことにしたのですが、今まで使ったことがあるものはベルト式だったので、スマホを使用するときにベルトが一寸邪魔になります。
 Amazonで調べてみるとベルト無しのタイプもあるようなので、あまり考えずに発注しました。
 届いた製品は、見たところ特に問題がないようでしたが、ケースの裏側に埋め込まれたマグネットがかなり強力であるのが一寸気になりました。
 試しにニッパを近づけてみると吸着固定されます。

【(01)スマホケースに磁気吸着されたニッパ】
01_20210425180401


 当方は、スマホと磁気カードは分けて携帯するので、磁気データ消失の心配はありませんが、別の観点で強力マグネットが一寸気になります。
 スマホによる測位は、一般にGNSSと無線ネットワークからの位置情報に基づいて行われることが一般的ですが、地下室などの電波が受信できない場所では測位できません。
 この問題を解決するための手段として、IMU(inertial measurement unit)の利用が検討されているようです。

  IMUと地磁気センサーを組み合わせて、ストラップダウン方式の慣性ナビゲーション・システムを構築
  https://www.analog.com/jp/analog-dialogue/articles/strapdown-inertial-navigation-system-based-on-an-imu-and-a-geomagnetic-sensor.html#

  手に保持されたセンサを用いた 歩行者向けデッドレコニング ...
  https://ipsj.ixsq.nii.ac.jp/ej/?action=repository_action_common_download&item_id=72822&item_no=1&attribute_id=1&file_no=1


 また、事前に作成された磁気マップと磁気センサ出力を比較して位置を求める測位技術もあるようです。

  地磁気を用いた高精度屋内位置情報サービスを提供開始
  https://www.nttdata.com/jp/ja/news/services_info/2018/050101/

 
 現在当方が利用している測位アプリには、磁気センサの出力を利用しているものは無いようですが、磁気センサ対応の測位アプリが利用できるようになった場合には、ケースのマグネットが問題になるかもしれません。

 下記のアプリ"GNSS/IMU Logger"の説明には、"For the Sensor logging, the application can log Accelerometer (m/s2), Gyroscope (rad/s) and Magnetometer (μT) data."と書いてあるので、磁気センサ出力のログ取得が可能なようです。

  GNSS/IMU Logger
  https://play.google.com/store/apps/details?id=com.ista.android.apps.location.gps.gnsslogger
  更新日:2020年12月19日
  サイズ:7.8M
  インストール:1,000+
  現在のバージョン:v1.0.0.1
  Android 要件:7.0 以上


【(02)GNSS/IMU Logger】
02gnss_imu-logger

【(03)Magnetometer】
03magnetometer

 


 実際にケースのマグネットが磁気センサ出力に影響を与えるのか否を調べてみました。

 

【(04)カバー開閉時の磁気センサ出力(x,y,z)の変化】

 表示されたグラフを見ると、カバーの開閉に同期して磁気センサ出力が変化しているので、影響があることは間違いないです。
 マグネットは裏側のカバーに埋め込まれていますが、表側のカバーに埋め込まれた磁性体が移動することにより磁界分布が変化して磁気センサの出力に変化が生じたものと思われます。

 なお、Huawei Mate 20 Proで使用されている磁気センサは、akm-09918のようです。


【(05)3軸電子コンパスIC akm-09918】
05ic-akm09918

  AK09918C (3-axis electronic compass IC)
  https://www.akm.com/content/dam/documents/products/electronic-compass/ak09918c/ak09918c-en-datasheet.pdf


 意図しない変動は無い方がよいことは間違いないので、そのうちマグネット摘出手術を行うかもしれません。

 

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2021年4月23日 (金)

FRG-965のPLLがUnlock状態になりました

 FRG-965を長年(35年位?)使ってきましたが、最近、遂に受信不能となりました。
 今まで何回か、バックアップ用の内蔵バッテリを交換しましたが、それ以外は実質的な故障はありませんでした。

 1回だけ、電源スイッチをオフにしても蛍光表示管が点灯したままになるという症状が発生したことがありますが、不思議なことに、コンセントを抜いて放置しておいたら自然治癒しました。

 今回発生した症状は、電源スイッチをオンすると、プリセットされている目的の周波数(128.8MHz)が表示されるけれども聞こえるのは雑音だけで、目的の信号は聞こえません。
 最初は、短い周期のフェーディングを伴っていますが、徐々にフェーディングの周期が長くなり、20秒を経過したあたりから断続的に弱い音声信号が聞こえてきます。
 内容は殆ど聞き取れませんが、"cumulus"とか"runway"が微かに聞こえるので、羽田空港のATISが、不安定な状態ですが一応受信できていると考えてよいと思われます。

 短波放送のフェーディングのような感じですが、フェーディングの変化パターンが毎回同じなので、通常とは異なるように思われます。
 受信環境から判断すると、信号(検波出力)のレベルが周期的に変化するということは、周期的に受信周波数が変化していることが考えられます。
 受信周波数が変化しているかどうかの判断は、AMモードでは困難ですが、受信モードをLSBかUSBにしてビート音を発生させれば判断できる筈です。
 実際に試してみました。

【(01)PLLがUnlock状態のFRG-965】

 受信モードがAMの場合は、音声レベルの変化しか判りませんが、USBの場合には、ビート音の周波数変化から、受信周波数が目的周波数を通過して移動しているのが判ります。
 オーディオテストのようなスウィープ音が聞こえますが、低音から高音に変化しているので、受信周波数は下から上に変化していることになります。
 受信機は、目的周波数を中心とした一定周波数幅の中でエンドレスで掃引動作を行っているようです。

 FRG-965はPLLシンセサイザを使用しているので、本来であれば、掃引動作を行いながら、目的周波数と受信周波数とを比較して、両者が一致するように局発用のVCOが周波数制御される筈です。
 ここまでの状況を考えると、チューナのPLLがロックされない感じがします。
 位相比較器やループフィルタを弄ればどうにかなりそうな気がしますが、老眼で基板の半田付けは厳しいかも・・・

 

【余談】
 昔、FRG-965をCAT制御するつもりでFIF-232Cを購入し、色々試行錯誤してきましたが、うまく行きませんでした。
 現在の状況では、残念ながらFRG-965と一緒にお役御免となりそうです。

【(02)CAT SYSTEM FIF-232C】
02cat-systemfif232c

 

【参考外部リンク】
FRG-965 - Yaesu.com
https://www.yaesu.com/jp/manuals/yaesu_m/FRG-965_J.pdf

Yaesu FRG-9600
http://www.rigpix.com/yaesu/frg9600.htm

Yaesu_FRG-9600 VHF-UHF Scanner Reciever_Manual.pdf
http://pdf.textfiles.com/manuals/SCANNERS-S-Z/Yaesu_FRG-9600%20VHF-UHF%20Scanner%20Reciever_Manual.pdf
(CAT SYSTEMあり)p.34-39

FRG 9600_SERVICE.pdf
http://www.fracassi.net/iw2ntf/manuali/FRG%209600_SERVICE.pdf
(CAT TEST PROGRAMあり)

Do you remember the Yaesu FRG-9600?
Feb 21, 2017
https://forums.radioreference.com/threads/do-you-remember-the-yaesu-frg-9600.348650/

FTDI USB CAT Programming Cable Yaesu FRG-100 FRG-965 FRG-8800 FRG-9600 FIF-232c
https://www.ebay.com/itm/FTDI-USB-CAT-Programming-Cable-Yaesu-FRG-100-FRG-965-FRG-8800-FRG-9600-FIF-232c-/164368691383
(使ったことがないので、実際に動作するかどうかは判りません)

 

 

 

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2021年4月13日 (火)

Google Earthで見たGP-102(DGPSモード)の測位結果

 GPSTestのアプリの説明を見ていたら、スマホのGNSS関係の仕様が判る以下のデータベースが紹介されていました。
 
  GPSTest Device Database
   https://bit.ly/gpstest-device-database

 多数のスマホについて、かなり詳細な情報が記載されています。
 理解できない項目が沢山ありますが、次にスマホを購入するときの参考になりそうです。

 項目を眺めていたら、"Supported SBAS"という項目がありました。
 SBAS(DGPS)対応のスマホということだと思いますが、結構数があります。
 今まで、SBAS対応のスマホは見かけたことがなかったのですが、思ったよりも市場に出ているみたいです。
 MSAS,WAASに対応してしていれば日本でも使える?

 今までの経験では、SBASを利用した場合、条件が良ければ(運が良ければ?)1m程度の精度が得られる場合があります。
   GP-102で取得したデータをHUAWEI Mate 20 ProのGoogle Earthで表示してみました。

  GP-102→CanWay(PC)→KML→メール添付→HUAWEI Mate 20 Pro→KMLを開く

【GP-102(DGPSモード)測位結果@日比谷公園第一花壇】
Gp102dgps

 

 

 現在、測位実験用には下記のスマホを使っていますが、両方ともSBASの記載がありません。
  HUAWEI Mate 20 Pro(LYA-L29)
  Xiaomi MI 8
 残念ながらハードウエア的に対応していないということでしょうか?
   アプリによっては、SBASの衛星を指定するボタンが表示される場合がありますが、上記モデルでは機能しない?

 GP-102は実質的に記録専用のGNSSロガーなので、歩きながら地図を見るというようなことはできません。
 SBASで簡単に精度が改善されるのであれば、そのうちSBAS対応のスマホが増えるとうれしいかも・・・

 

 

 

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2021年4月 5日 (月)

Google Earthで見た高尾山(横浜)の一等三角点

  2周波GNSSで高精度測位ができるかもしれないと思って色々試していますが、精度の確認が難しいです。

 現在は、スマホのGNSSアプリのGoogle Earthに表示される測位位置から概略の精度を判断しています。
 しかしながら、下記の資料によれば、Googleは地図の精度を保証していないようなので、正確な精度の判断ができません。
 
  Google Earth Help
  https://support.google.com/earth/forum/AAAA_9IoRZw6-4HUc-bWqk/?hl=en&gpf=d/category-topic/earth/imagery--data--layers/6-4HUc-bWqk
(以下、上記URLから抜粋引用)
-------------------------------
6/25/09
ERC
Google makes no claims as to the accuracy of the coordinates in Google Earth. These are provided for entertainment only and should not be used for any navigational or other purpose requiring any accuracy whatsoever.
 Our imagery varies from sub-meter resolution in major cities to 15 meter resolution for most of the earth's surface, with a global base resolution of 1KM. Since our database is constantly being updated, we cannot state a specific resolution for any geographic region.
-------------------------------
[DeepL翻訳]
 Googleは、Google Earthの座標の正確性を保証するものではありません。これらは娯楽としてのみ提供されており、いかなる精度を必要とするナビゲーションやその他の目的にも使用すべきではありません。
 Google Earthの画像は、主要都市でのサブメートルの解像度から、地球表面の大部分での15メートルの解像度まで様々で、グローバルベースの解像度は1KMです。Googleのデータベースは常に更新されているため、どの地域でも特定の解像度を指定することはできません。
-------------------------------

 保証しないというよりも、そのような使い方はしてほしくないという感じです。
 実用上は問題ないけれども、高精度測位の検証用には使えないということになるのかもしれません。

 一寸資料が古いですが、下記の調査によれば、かなりばらつきはあるようです。

  Sensors (Basel). 2008 Dec 8;8(12):7973-7981. doi: 10.3390/s8127973.
  Horizontal Positional Accuracy of Google Earth's High-Resolution Imagery Archive
  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27873970/
(以下、上記URLから抜粋引用)
-------------------------------
Relative to Landsat GeoCover, the 436 Google Earth control points have a positional accuracy of 39.7 meters RMSE (error magnitudes range from 0.4 to 171.6 meters).
(以下、上記URLから抜粋引用)
-------------------------------

 場所によってかなり精度にばらつきがあるようなので、東京近郊ではどの程度なのか調べてみました。
 簡単な方法として、正確な座標が判明しているGoogleの地図上の地点の座標と、実際の座標を比較することが考えられます。
 三角点なら正確な座標が既知であり、Googleの地図上でもその存在が確認できる可能性が高いです。
 折角調べるのであれば、後で実際に現地に行って、精度を実測してみたいので、電車の駅から歩いて20分程度の場所という条件で探してみました。

 三角点を確認できる以下のサービスで探してみたら、横浜の高尾山の一等三角点が利用できそうです。

  基準点成果等閲覧サービス
  https://sokuseikagis1.gsi.go.jp/ (指定URL)
  (基準点成果の利用制限が色々あるみたいです)

 横浜の高尾山は、横浜で一番高いということで、以前ADS-Bの受信実験のために行ったことがあります。
 そのときは、高精度測位には興味がなかったのですが、当時のブログを見ると、一等三角点を写真に撮っていました。

  2015年11月23日 (月)
  Android SDRテスト@高尾山(100.5m/横浜市)
  http://kenshi.air-nifty.com/ks_memorandom/2015/11/android-sdr1005.html

【(01)横浜の高尾山の一等三角点】
01_20210405003601


 見た印象は山の上とは思えませんが、一応山頂付近なので、Google Earthの地図で視認できるかもしれません。
 Huawei Mate 20 ProにインストールしたGoogle Earthで確認したら見えました。


【(02)Google Earthによる一等三角点の座標】
02google-earth_20210405003701

ベンチと鳥居と間に白っぽい点と黒っぽい点がみえますが、ベンチ側の白っぽい点が一等三角点の標石です。

  トップページ>緑区>区の紹介>緑区遺産>緑区遺産一覧>高尾山
  https://www.city.yokohama.lg.jp/midori/shokai/midorikuisan/isan_ichiran/isan012.html


 Huawei Mate 20 ProのGoogle Earthで、標石の位置にピンをドロップすると、座標は35.511749N 139.483588Eになりました。

 この座標をPC(ThinkPad X250)のGoogle Mapに入力すると場所が表示されますが、マーカーの位置が標石から1m程度南にずれます。
 また、PCのGoogle Mapの度分秒表示では、35°30'42.3"N 139°29'00.9"Eとなりました。 

 Google Mapの度分秒表示では、有効桁数が小数点以下第1桁までですが、ここまでは正しいようなので、少なくとも2~3m程度(実際にはもっと良い?)の精度はありそうです。

 気候もよくなってきたので、そのうち、測位実験用に現地に行くかもしれません。

【(03)横浜の高尾山の一等三角点の3D表示】

 

 来年の花見にはよさそうな場所かも・・・・

 

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