Quando si parla di tracciamento del movimento, potrebbe sembrare intuitivo pensare che più è meglio. Una frequenza di campionamento più alta, come 20Hz (20 punti di dati al secondo), sembra che dovrebbe garantire un tracciamento più fluido e preciso rispetto a 10Hz.
Ma nelle applicazioni GNSS reali, una frequenza di campionamento più elevata non sempre porta a una migliore precisione. In effetti, 10 Hz spesso fornisce il miglior equilibrio tra precisione, stabilità e affidabilità.
Vediamo perché è così.
Errori GNSS: perché le posizioni non sono perfette
Ogni stima di posizione GNSS è influenzata da diverse fonti di incertezza inevitabili, tra cui i ritardi atmosferici, gli errori di clock del satellite, le riflessioni del segnale (note come multipath) e il rumore casuale del ricevitore.
Anche quando si è perfettamente fermi, la posizione GNSS "oscilla" leggermente a causa di questi effetti. Questo rumore di fondo è fondamentale da capire quando si decide la frequenza di campionamento ottimale.
Scambi con velocità di campionamento più elevate
Le frequenze di campionamento più elevate aumentano il numero di punti dati, ma comportano svantaggi significativi che riducono la qualità complessiva dei dati:
- Tempo limitato per l'elaborazione del segnale: un tempo inferiore tra gli aggiornamenti significa che il ricevitore ha meno opportunità di applicare tecniche di filtraggio e di correzione degli errori.
- Ridotta diversità dei satelliti: i moderni ricevitori GNSS possono ricevere simultaneamente segnali dai satelliti GPS, Galileo, GLONASS e BeiDou. Tuttavia, a frequenze di campionamento più elevate, a seconda dei limiti di elaborazione interna del dispositivo, il ricevitore potrebbe non utilizzare completamente tutte le costellazioni satellitari disponibili, riducendo significativamente la precisione.
In parole povere: a frequenze di campionamento molto elevate, si registra solo più rumore, non più movimento reale.
Miglioramento dei dati con frequenze di campionamento inferiori
Per mantenere la precisione di tracciamento senza aumentare il rumore a frequenze di campionamento GNSS più elevate, applichiamo due strategie principali:
- Interpolazione tra i fix GNSS: Invece di acquisire aggiornamenti di posizione rumorosi e altamente correlati a 20Hz, raccogliamo posizioni più pulite e precise ogni 100 millisecondi a 10Hz. Quando è necessaria una risoluzione temporale più elevata, utilizziamo tecniche di interpolazione per stimare il movimento tra questi fix GNSS affidabili. In questo modo si ottiene una traiettoria regolare e realistica senza introdurre rumore artificiale o sovraccaricare il sistema con misurazioni ridondanti.
- Fusione di sensori con dati IMU ad alta frequenza: per le applicazioni che richiedono una tempistica estremamente precisa, come il rilevamento dell'inizio esatto di una gara di canottaggio o l'acquisizione di rapidi cambiamenti direzionali, integriamo i dati GNSS con le letture della nostra unità di misura inerziale (IMU) di bordo, che può campionare a velocità fino a 2000Hz. Questi dati di movimento ad alta frequenza garantiscono l'acquisizione di eventi rapidi con estrema precisione, consentendo un'analisi del movimento a grana fine senza compromettere la stabilità del percorso di tracciamento complessivo.
È importante ricordare che tecniche come l'interpolazione e la fusione di sensori possono rendere il tracciamento del movimento più dettagliato, ma funzionano bene solo se i dati GNSS sono stabili e precisi. Combinando accuratamente questi metodi, possiamo ottenere un tracciamento del movimento realistico, affidabile e funzionante in situazioni reali.
Esempio del mondo reale: tracciamento a 10Hz vs 20Hz
Il grafico seguente illustra come le stime di posizione differiscono quando si campiona a 10Hz e 20Hz:
Conclusione: perché abbiamo scelto 10Hz per il nostro motion tracker
Dopo numerosi test reali, abbiamo scoperto che l'utilizzo di una frequenza di campionamento GNSS di 10 Hz offre la migliore combinazione di posizionamento pulito e preciso e un uso efficiente delle risorse del sistema.
Con i dati GNSS a 10 Hz che forniscono una struttura portante stabile e la nostra IMU ad alta velocità che cattura i dettagli dei movimenti rapidi, gli utenti possono fidarsi dei risultati del motion tracking in un'ampia gamma di sport e attività dinamiche.
Le frequenze di campionamento più elevate possono sembrare impressionanti sulla carta, ma quando si tratta di ottenere precisione, stabilità e dati di movimento affidabili nel mondo reale, 10Hz è semplicemente la scelta migliore.
