Problema 'Effetto Drift' - Garmin GPSMap 64s

[JacopoP]

Buonasera.

Insoddisfatto dalla risposta dell'assistenza Garmin che ha liquidato la 'mia' faccenda con una semplice conferma del problema, domando se qui, a qualcuno, capiti più o meno la stessa cosa, ovvero che con il GPS (nel mio caso il Garmin GPSMAP 64s) venga rilevato un particolare effetto 'drift' in condizioni ideali di acquisizione del segnale (il caso aperto con l'assistenza Garmin risale all'estate scorsa).

1) In particolare, come si nota dagli allegati, il mio dispositivo traccia dei movimenti pur nella totale immobilità. Sottolineo che l'acquisizione della traccia test è stata eseguita all'aperto e lontano da ripetitori o fonti d'interferenze.

Inserisco alcuni dettagli sulle impostazioni da me settate.
Modello: GPSMAP 64s
SISTEMA
Ricezione satelliti: GPS e GLONASS
WAAS/EGNOS: On
Versione Software: 5.60
TRACCE
Metodo registrazione: Auto
Intervallo: Frequenza massima
ALTIMETRO
Calibrazione automatica: On
Modalità barometro: Quota variabile

Il GPS ha realizzato la traccia con il massimo del segnale.


Il GPS crea questa traccia pur nella mia completa immobilità (il GPS è in posizione orizzontale e garantisco che, in posizione verticale, la ricezione risulta migliorata [cosa strana]).

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2) Inoltre, il mio GPS effettua importanti errori di registrazioni di quota.

Qui un esempio di un tracciato dove si evidenziano svariati segmenti con un verde più intenso a causa della registrazione di scostamenti mai avvenuti (sottolineo che ero all'aperto, lontano da ripetitori o rifugi).

Il problema evidenziato in dettaglio che rivela addirittura, micro-segmenti con pendenze di oltre il 400%.

La domanda che mi pongo è: è possibile avere una ricezione o comunque un'elaborazione più precisa della traccia in fase di registrazione?

Grazie.

 

[frder]

Buonasera.

Insoddisfatto dalla risposta dell'assistenza Garmin che ha liquidato la 'mia' faccenda con una semplice conferma del problema, domando se qui, a qualcuno, capiti più o meno la stessa cosa, ovvero che con il GPS (nel mio caso il Garmin GPSMAP 64s) venga rilevato un particolare effetto 'drift' in condizioni ideali di acquisizione del segnale (il caso aperto con l'assistenza Garmin risale all'estate scorsa).

1) In particolare, come si nota dagli allegati, il mio dispositivo traccia dei movimenti pur nella totale immobilità. Sottolineo che l'acquisizione della traccia test è stata eseguita all'aperto e lontano da ripetitori o fonti d'interferenze.

L'effetto "drift" a cui ti riferisci è normalissimo nei gps. Anche se si sta fermi in un punto cambia continuamente il numero e la geometria dei satelliti in vista, quindi cambia la precisione del rilevamento.
Possono inoltre subentrare segnali riflessi che comportano anch'essi errori nel calcolo della posizione soprattutto quando il gps, come il tuo 64s, utilizza un'antenna quadrifilare.
Per ovviare a questi inconvenienti tutti i gps utilizzano nel calcolo della posizione il filtro di Kalman. Occorre però settare bene questo filtro altrimenti se si esagera nel filtraggio il gps diventa molto lento ad aggiornare la posizione (è stato il caso del primo firmware del mio 62s) e quindi trovare una via di mezzo fra la completa immobilità e il drift estremo.

Il GPS crea questa traccia pur nella mia completa immobilità (il GPS è in posizione orizzontale e garantisco che, in posizione verticale, la ricezione risulta migliorata [cosa strana]).

Non è affatto strano, le antenne quadrifilari funzionano meglio in posizione verticale.

2) Inoltre, il mio GPS effettua importanti errori di registrazioni di quota.

Qui un esempio di un tracciato dove si evidenziano svariati segmenti con un verde più intenso a causa della registrazione di scostamenti mai avvenuti (sottolineo che ero all'aperto, lontano da ripetitori o rifugi).

Colpa della "maledetta" calibrazione automatica dell'altimetro (per questo motivo io non l'ho mai usata). Disattivala e non vedrai più quelle rapide variazioni di quota.

francesco

 

[JacopoP]

Ciao, grazie per avermi risposto così puntualmente.
Dovrei chiederti però un paio di precisazioni in merito a due questioni che hai sollevato.

L'effetto "drift" a cui ti riferisci è normalissimo nei gps. Anche se si sta fermi in un punto cambia continuamente il numero e la geometria dei satelliti in vista, quindi cambia la precisione del rilevamento.
Possono inoltre subentrare segnali riflessi che comportano anch'essi errori nel calcolo della posizione soprattutto quando il gps, come il tuo 64s, utilizza un'antenna quadrifilare.
Per ovviare a questi inconvenienti tutti i gps utilizzano nel calcolo della posizione il filtro di Kalman. Occorre però settare bene questo filtro altrimenti se si esagera nel filtraggio il gps diventa molto lento ad aggiornare la posizione (è stato il caso del primo firmware del mio 62s) e quindi trovare una via di mezzo fra la completa immobilità e il drift estremo.

Da dov'è possibile settare queste impostazioni? Non ho mai trovato una voce che faccia riferimento a quel filtro.

Colpa della "maledetta" calibrazione automatica dell'altimetro (per questo motivo io non l'ho mai usata). Disattivala e non vedrai più quelle rapide variazioni di quota.

Una volta disattivata però, sono quindi costretto a calibrare ogni volta l'altimetro secondo la quota di partenza dalla quale mi trovo?

Grazie.

 

[frder]

Da dov'è possibile settare queste impostazioni? Non ho mai trovato una voce che faccia riferimento a quel filtro.

Le impostazioni del filtro di Kalman sono inserite nel firmware del gps, non possono essere modificate dall'utente.
Per vedere meno drift quando si è fermi si puo' invece provare a ridurre la frequenza della registrazione automatica dei punti della traccia, oppure settare la registrazione a distanza (es. ogni 10 mt.). Questo pero' puo' incidere sulla precisione della stessa traccia. Purtroppo non c'e' un metodo che va bene per tutti i casi, perche' dipende da quanto e' tortuoso il percorso effettuato.
Personalmente utilizzo la registrazione a tempo, ogni 5 sec., e cancello manualmente con Basecamp i punti generati dal drift.

Una volta disattivata però, sono quindi costretto a calibrare ogni volta l'altimetro secondo la quota di partenza dalla quale mi trovo?

Si, se ovviamente conosci con precisione la quota alla quale ti trovi. Io utilizzo nel GPS mappe CTR 1:10.000 e quindi posso vedere con facilità e con una certa precisione la quota del punto di partenza..

Francesco

 

[JacopoP]

Le impostazioni del filtro di Kalman sono inserite nel firmware del gps, non possono essere modificate dall'utente.
Per vedere meno drift quando si è fermi si puo' invece provare a ridurre la frequenza della registrazione automatica dei punti della traccia, oppure settare la registrazione a distanza (es. ogni 10 mt.). Questo pero' puo' incidere sulla precisione della stessa traccia. Purtroppo non c'e' un metodo che va bene per tutti i casi, perche' dipende da quanto e' tortuoso il percorso effettuato.
Personalmente utilizzo la registrazione a tempo, ogni 5 sec., e cancello manualmente con Basecamp i punti generati dal drift.


Si, se ovviamente conosci con precisione la quota alla quale ti trovi. Io utilizzo nel GPS mappe CTR 1:10.000 e quindi posso vedere con facilità e con una certa precisione la quota del punto di partenza..

Francesco

Grazie ancora della risposta, Francesco.
Per adesso inizio con un intervallo temporale di registrazione (5 secondi), mentre fino ad ora era impostato su 'Auto'. Se così facendo ottengo una maggiore 'pulizia', probabilmente mi accontenterò del risultato, altrimenti procederò anche con la calibrazione manuale dell'altimetro ad ogni utilizzo.

Grazie per questi preziosi suggerimenti.

 

[AleZan]

Anch’io per un periodo ho adottato un metodo simile a quello suggerito da Francesco ma basato sulla distanza.
Valutate le dimensioni medie del "gomitolo" che si formava durante le soste, ho impostato il valore di registrazione "ogni 20 m.".
L'accorgimento è stato efficace e il drift si è ridotto parecchio. Poiché non uso il Gps per fare rilievi sul campo, la minore precisione non è per me un problema.
Alla fine però mi trovo comunque a dover correggere su BaseCamp perché qualche imprecisione rimane sempre. E così ora sono tornato su Auto.... che è più preciso sul percorso....

 

[JacopoP]

Anch’io per un periodo ho adottato un metodo simile a quello suggerito da Francesco ma basato sulla distanza.
Valutate le dimensioni medie del "gomitolo" che si formava durante le soste, ho impostato il valore di registrazione "ogni 20 m.".
L'accorgimento è stato efficace e il drift si è ridotto parecchio. Poiché non uso il Gps per fare rilievi sul campo, la minore precisione non è per me un problema.
Alla fine però mi trovo comunque a dover correggere su BaseCamp perché qualche imprecisione rimane sempre. E così ora sono tornato su Auto.... che è più preciso sul percorso....

Devo ancora provare, ma credo di aver capito che gli strumenti con i quali intervenire per migliorare la rilevazione (o almeno tentare) sono l'impostazione di un intervallo di registrazione temporale (magari 5s) o spaziale (magari 5m) meno condensato e l'impostazione manuale della quota, evitando la calibrazione automatica dell'altimetro che sembra provocare alterazione importanti anche durante le soste (e come dicevo ho registrato anche errori e variazioni ogniqualvolta staccavo il GPS dallo zaino, posto in posizione verticale, per consultarlo in posizione orizzontale). Considerando che il GPS, alla voce della qualità del segnale, mi segnala anche un'approssimazione di 2-3m, magari impostando la registrazione in un intervallo spaziale superiore a quel valore, si riesce a tenere 'bloccata' la traccia nel punto, senza farla zigzagare.

 

[frder]

Considerando che il GPS, alla voce della qualità del segnale, mi segnala anche un'approssimazione di 2-3m, magari impostando la registrazione in un intervallo spaziale superiore a quel valore, si riesce a tenere 'bloccata' la traccia nel punto, senza farla zigzagare.

Non mi stancherò mai di scrivere che dovete dimenticare la precisione della posizione indicata dal gps.
Si tratta di un dato statistico calcolato in base alla posizione ed alla geometria dei satelliti in vista e non è dato conoscere il metodo di calcolo utilizzato dalla Garmin.
Molto probabile si tratti di Circular Error Probable (CEP), che considera il 50% dei campioni rilevati, con l'altro 50% ovviamente oltre il valore visualizzato.

Per completezza di informazione esistono anche i metodi Root Mean Square (RMS), 63-68 % dei campionamenti, e 2DRMS che è il valore doppio dell'RMS e corrisponde al 95-98% dei campionamenti.
Il valore del dato 2DRMS è 2,5-3 volte il valore del dato CEP, quindi i 3 mt. indicati dal Garmin, se si tratta effettivamente di CEP, potrebbero corrispondere a 7,5-9 metri 2DRMS.

Inoltre come ho già scritto i moderni chip gps sono molto sensibili e ricevono anche i segnali riflessi, soprattutto se si usa un'antenna anch'essa sensibile come la quadrifilare. Paradossalmente per quanto riguarda la precisione stimata erano molto più attendibili i vecchi gps poco sensibili come il mio Etrex Vista b/n con antenna patch.
Provate a mettervi alla finestra o ad un balcone di casa vostra, vedrete che il gps riceverà anche i segnali dei satelliti che sono alle spalle del palazzo, perchè ovviamente non possono attraversare i muri ma vengono riflessi dai palazzi circostanti. Avrete una precisione stimata di pochi metri ma una posizione reale con un errore ben maggiore.

francesco

 

[JacopoP]

Non mi stancherò mai di scrivere che dovete dimenticare la precisione della posizione indicata dal gps.
Si tratta di un dato statistico calcolato in base alla posizione ed alla geometria dei satelliti in vista e non è dato conoscere il metodo di calcolo utilizzato dalla Garmin.
Molto probabile si tratti di Circular Error Probable (CEP), che considera il 50% dei campioni rilevati, con l'altro 50% ovviamente oltre il valore visualizzato.

Per completezza di informazione esistono anche i metodi Root Mean Square (RMS), 63-68 % dei campionamenti, e 2DRMS che è il valore doppio dell'RMS e corrisponde al 95-98% dei campionamenti.
Il valore del dato 2DRMS è 2,5-3 volte il valore del dato CEP, quindi i 3 mt. indicati dal Garmin, se si tratta effettivamente di CEP, potrebbero corrispondere a 7,5-9 metri 2DRMS.

Inoltre come ho già scritto i moderni chip gps sono molto sensibili e ricevono anche i segnali riflessi, soprattutto se si usa un'antenna anch'essa sensibile come la quadrifilare. Paradossalmente per quanto riguarda la precisione stimata erano molto più attendibili i vecchi gps poco sensibili come il mio Etrex Vista b/n con antenna patch.
Provate a mettervi alla finestra o ad un balcone di casa vostra, vedrete che il gps riceverà anche i segnali dei satelliti che sono alle spalle del palazzo, perchè ovviamente non possono attraversare i muri ma vengono riflessi dai palazzi circostanti. Avrete una precisione stimata di pochi metri ma una posizione reale con un errore ben maggiore.

francesco

Da quanto mi avevi già scritto mi ero già messo nelle condizioni di accettare il margine di errore, stavo solo cercando di capire quale fosse la strategia migliore per diminuire questo gap. Farò dei tentativi, conscio che comunque non possa pretendere assolutamente la precisione che teoricamente mi sarei aspettato (ma non sono un tecnico, quindi non ero a conoscenza di tutte queste variabili, ma solo del generico effetto drift dovuto a campi magnetici, aree boschive e poco altro).

E a proposito di precisione, sulla nuova serie Garmin (65s e 66s), cosa dici? Dichiarano il supporto della tecnologia multi-banda e del GNSS (GPS, GLONASS, Galileo, QZSS e IRNSS) .
https://buy.garmin.com/it-IT/IT/p/715072

 

[carlo guerrini]

frder,
sei sempre una fonte inesauribile di preziose informazioni.

 

[HikeJack]

oltre ai satelliti che si spostano va considerato che tutte le misurazioni in realtà si basano su un tempo.

Sui satelliti è montato un orologio atomico ma sui dispositivi "terricoli" l'orologio di sistema è infinitamente più approssimativo... e alla velocità della luce anche un centomillesimo di secondo si tradurrebbe in qualche km di errore. I dati vengono allora interpolati e corretti in continuazione ma non sono mai misuarazioni esatte.

 

[frder]

E a proposito di precisione, sulla nuova serie Garmin (65s e 66s), cosa dici? Dichiarano il supporto della tecnologia multi-banda e del GNSS (GPS, GLONASS, Galileo, QZSS e IRNSS) .
https://buy.garmin.com/it-IT/IT/p/715072

Per quanto riguarda l'utilizzo del GNSS già adesso molti ricevitori consentono di usare GPS+Glonass o GPS+Galileo che a mio avviso bastano ed avanzano. Non vedo particolari vantaggi nell'usare tutte e 3 le constellazioni insieme.
La doppia banda invece consente una maggiore precisione perchè:
- consente di avere una misura 10 volte più precisa della distanza satellite-ricevitore, che passa da 3 mt. dei ricevitori monobanda a 30 cm.;
- è in grado di eliminare l'errore ionosfera-troposfera senza quindi dover utilizzare modelli statistici di correzione dell'errore e senza utilizzare un servizio SBAS ( EGNOS. WAAS e cosi via, che fornendo una correzione di area è meno preciso di una correzione locale, a parte la difficoltà di ricevere i segnali di correzione dai satelliti visto la loro posizione piuttosta bassa sull'orizzonte);
- consente di avere una migliore gestione dei segnali riflessi e quindi ridurre l'errore da essi generato.

Detto questo, per sfruttare a pieno tali vantaggi occorre che tutti i satelliti che si ricevono trasmettano in doppia banda. Invece ad oggi ci sono ancora 8 satelliti GPS che trasmettono una sola banda civile, e solo 3 satelliti Glonass sono idonei a trasmettere in doppia banda (non so se già trasmettono in doppia banda e se i ricevitori in commercio sono idonei a decodificare la seconda banda) .

Dalle prime recensioni in rete sembra che ci sia in effetti un leggero miglioramento della precisione, soprattutto in condizioni difficili. Non ho trovato particolari riferimenti al problema del drift che ha generato questa discussione.

Detto questo, personalmente non vedo la necessità di cambiare il mio 62s, lo farò solo quando smetterà di funzionare. Ma è una mia personalissima opinione.....

sei sempre una fonte inesauribile di preziose informazioni.

L'argomento mi appassiona e mi tengo informato.........

Sui satelliti è montato un orologio atomico ma sui dispositivi "terricoli" l'orologio di sistema è infinitamente più approssimativo...

In realtà l'errore che non si può correggere è proprio quello degli orologi atomici dei satelliti, l'errore dell'orologio del ricevitore viene invece azzerato.

Gli orologi atomici sono precisi nel lunghissimo periodo, ma imprecisi nel brevissimo periodo, perchè il loro errore è variabile e non costante e quindi non può essere calcolato e corretto.
Gli orologi da quattro soldi dei ricevitori invece sono imprecisi nel lungo periodo ma precisi nel brevissimo periodo, il loro errore è costante e quindi può essere misurato e corretto.

Per calcolare la posizione in 2D e 3D basterebbero i segnali rispettivamente di 2 e 3 satelliti. Vengono invece usati rispettivamente 3 e 4 satelliti proprio per calcolare e quindi eliminare l'errore orologio del ricevitore.

francesco

 

[AleZan]

Per calcolare la posizione in 2D e 3D basterebbero i segnali rispettivamente di 2 e 3 satelliti. Vengono invece usati rispettivamente 3 e 4 satelliti proprio per calcolare e quindi eliminare l'errore orologio del ricevitore.

Francesco, sfrutto la tua competenza per un chiarimento su questo specifico aspetto.
Parlo del fix della posizione all'accensione del ricevitore gps.

Dal punto di vista "geometrico" mi è chiaro che in uno spazio 3D il segnale di tre satelliti permette di determinare due punti, dei quali uno viene scartato per incongruenza.
Mi è meno evidente quale sia il ruolo del quarto satellite che a quanto ho letto serve solo in fase di fix e soprattutto per il sincronismo dell'orologio del ricevitore con quello dei satelliti.
Ma non mi è del tutto chiaro come questo avvenga.
grazie

 

[frder]

Come ben sai i sistemi di posizionamento satellitari lavorano in un sistema di riferimento a 3 assi x, y e z con origine al centro dell'ellissoide WGS84. La posizione di ogni punto in questo sistema di riferimento e' definita dalle sue coordinate x, y e z. Tali coordinate verranno poi trasformate in Lat., Long. e quota.

Per calcolare le coordinate di un punto occorre risolvere un sistema di 3 equazioni nel quale i dati noti sono le coordinate x, y e z della posizione di 3 satelliti e la loro distanza dal predetto punto.
Funzionerebbe tutto perfettamente se l'orologio del ricevitore fosse esattamente sincronizzato col tempo di riferimento del sistema. Non essendo invece così si aggiunge un'altra incognita nel calcolo della posizione, ossia l'errore di orologio del ricevitore dt.
Per risolvere un sistema con 4 incognite occorrono 4 equazioni, ecco quindi la quarta equazione con i dati del quarto satellite.

E' spiegato meglio e piu' simpaticamente qui:
https://www.fs.fed.us/t-d/pubs/pdfpubs/pdf89712514/pdf89712514pt02.pdf

francesco

 

[AleZan]

Ok. Ho finito il primo round e ho capito.
Ora proseguo la lettura che è comunque interessante.
Grazie!