Potrzebujesz 4 kanałów, aby określić swoją pozycję (w tym wysokość), i rozumiem, że kilka dodatkowych kanałów zwiększa dokładność. Jednak w dowolnym momencie widać maksymalnie 12 satelitów, więc dlaczego odbiorniki mają więcej kanałów? Widziałem odbiorniki z 50 lub nawet 66 kanałami , to więcej niż liczba satelitów w górę.
Nie widzę żadnych korzyści z tej eksplozji wielu kanałów, choć przypuszczam, że to zwiększa zużycie energii przez odbiornik.
Dlaczego więc potrzebuję 66 kanałów?
77
Odpowiedzi:
Odpowiedź jest złożona ze względu na sposób działania systemu GPS, dlatego zamierzam uprościć wiele rzeczy, abyś zrozumiał zasadę, ale jeśli jesteś zainteresowany tym, jak to naprawdę zostało wdrożone, musisz znaleźć dobry GPS odniesienie. Innymi słowy, to, co napisano poniżej, ma na celu dać wyobrażenie o tym, jak to działa, ale pod pewnymi względami jest technicznie niewłaściwe. Poniższe informacje nie są wystarczająco poprawne, aby wdrożyć własne oprogramowanie GPS.
tło
Wszystkie satelity transmitują zasadniczo na tej samej częstotliwości. Technicznie chodzą po sygnałach innych.
Jak sobie z tym radzi odbiornik GPS?
Po pierwsze, każdy satelita przesyła inną wiadomość co mS. Wiadomość ma 1024 bity i jest generowana przez generator pseudolosowych liczb losowych.
Odbiornik GPS odbiera całe spektrum wszystkich nadajników, a następnie wykonuje proces zwany korelacją - generuje określoną sekwencję jednego z satelitów, mnoży go przez sygnał wejściowy, a jeśli jego sygnał pasuje dokładnie do sygnału satelity, wówczas korelator znalazł jednego satelitę. Miksowanie zasadniczo wyciąga sygnał satelity z szumu i potwierdził, że 1) mamy właściwą sekwencję i 2) mamy odpowiedni czas.
Jeśli jednak nie znalazł dopasowania, musi przesunąć swój sygnał o jeden bit i spróbować ponownie, aż przejdzie przez wszystkie 1023-bitowe okresy i nie znajdzie satelity. Następnie przechodzi do próby wykrycia innego satelity w innym okresie.
Ze względu na przesunięcie czasowe (1023 bity, 1000 transmisji na sekundę) teoretycznie może całkowicie przeszukać kod w ciągu jednej sekundy, aby znaleźć (lub stwierdzić, że nic nie ma) w danym kodzie.
Ze względu na przesunięcie kodu (obecnie są 32 różne kody PRN, po jednym dla każdego satelity), wyszukiwanie każdego satelity może potrwać ponad 30 sekund.
Co więcej, przesunięcie dopplerowskie z powodu prędkości satelity w stosunku do prędkości naziemnej oznacza, że podstawę czasu można przesunąć nawet o +/- 10 kHz, co wymaga przeszukania około 40 różnych przesunięć częstotliwości korelatora, zanim będzie mógł zrezygnować z konkretny PRN i czas.
Co to znaczy
To pozostawia nam możliwy najgorszy scenariusz (jeden satelita w powietrzu, a my próbujemy wszystkiego oprócz dokładnego dopasowania w pierwszej kolejności) czasu, aby najpierw naprawić zimny start (tj. Brak informacji o czasie lub lokalizacji odbiornika, lub lokalizacji satelitów) trwającej 32 sekundy, przy założeniu, że nie przyjmujemy żadnych założeń ani nie wykonujemy żadnych sprytnych sztuczek, odbierany sygnał jest dobry itp.
Jeśli jednak masz dwa korelatory, właśnie skróciłeś ten czas o połowę, ponieważ możesz wyszukać dwa satelity jednocześnie. Zdobądź 12 korelatorów w pracy, a zajmie to mniej niż kilka sekund. Zdobądź milion korelatorów i teoretycznie może to potrwać kilka milisekund.
Każdy korelator nazywany jest „kanałem” ze względu na marketing. Nie jest to całkowicie błędne - w pewnym sensie korelator demoduluje jedną konkretną zakodowaną częstotliwość naraz, co jest zasadniczo tym, co robi odbiornik radiowy po zmianie kanałów.
Istnieje wiele założeń, które może przyjąć odbiornik GPS, które upraszczają przestrzeń problemową, dzięki czemu ogólny odbiornik 12-kanałowy może naprawić, w najgorszym przypadku, około 1-3 minut.
Podczas gdy możesz uzyskać poprawkę 3D za pomocą 4-kanałowego GPS, kiedy stracisz sygnał GPS (wykracza poza horyzont, lub przejdziesz pod mostem itp.), Tracisz poprawkę 3D i przechodzisz do poprawki 2D z trzema satelitami, gdy jeden z nich Twoje kanały wracają do trybu korelacji.
Teraz twój odbiornik zaczyna pobierać efemerydy i almanach, co pozwala bardzo inteligentnie wyszukiwać sygnały. Po około 12 minutach wie dokładnie, które satelity powinny być widoczne.
Wyszukiwanie przebiega więc dość szybko, ponieważ znasz pozycję i kod dla każdego satelity, ale nadal masz poprawkę 2D, dopóki nie znajdziesz nowego satelity.
Jeśli masz odbiornik 12-kanałowy, możesz użyć 4 z najsilniejszych kanałów, aby zapewnić poprawkę, kilku kanałów, aby zablokować zapasowe satelity, aby w razie potrzeby przełączyć na nie obliczenia, a także kilku kanałów, aby kontynuować wyszukiwanie satelitów odbiornik powinien widzieć. W ten sposób nigdy nie stracisz pełnej poprawki 3D.
Ponieważ możesz zobaczyć tylko 12 satelitów, dlaczego potrzebujesz więcej niż 12 kanałów?
W danym momencie działa około 24 satelitów GPS, co oznacza, że w jednym punkcie na ziemi można naprawdę zobaczyć tylko połowę z nich.
Ale pamiętaj - możesz wyszukać tylko jednego satelitę na korelator, więc głównym powodem zwiększenia korelatorów po dwunastej jest skrócenie czasu do pierwszej naprawy, a głównym powodem poprawy jest zużycie energii.
Jeśli twój chipset GPS musi być cały czas zasilany, to cały czas pobiera 100 mW prądu. Jeśli jednak trzeba go włączać tylko raz na sekundę za jedyne 10 mS za każdym razem, wystarczy obniżyć zużycie energii do 1 mW. Oznacza to, że Twój telefon komórkowy, sygnalizator lokalizacji itp. Może działać przez dwa rzędy wielkości dłużej na tym samym zestawie baterii, zachowując jednocześnie pełną lokalizację w czasie rzeczywistym.
Co więcej, dzięki milionom korelatorów można dokładniej wyszukiwać, co może pomóc w zmniejszeniu skutków odbić radiowych w kanionach miejskich (wysokie budynki w dużych miastach zużywały odbiorniki GPS z mniejszą liczbą korelatorów).
Wreszcie, podczas gdy do uzyskania poprawki 3D potrzebne są tylko 4 satelity, dobre odbiorniki wykorzystują więcej satelitów w swoim algorytmie pozycji, aby uzyskać dokładniejszą poprawkę. Tak więc wymagany jest tylko odbiornik 4-kanałowy, ale odbiornik 12-kanałowy może uzyskać większą dokładność.
Wniosek
Tak więc miliony korelatorów:
Dzięki borzakk za poprawki .
źródło
Potrzebujesz jednego kanału na częstotliwość i satelitę.
Większość tanich odbiorników (takich jak ten w telefonie lub samochodzie) śledzi tylko częstotliwość L1 tylko z satelitów GPS. Jeśli chcesz dokładności, musisz śledzić dwie częstotliwości z każdego satelity, aby dokładniej określić opóźnienia jonosferyczne. Jeśli chcesz uzyskać lepszy zasięg w obszarach z częściowymi przeszkodami, musisz śledzić więcej niż tylko satelity GPS.
Obecnie na orbicie znajdują się 32 satelity GPS, z których 31 było w dobrej kondycji w ostatnim tygodniu. Odbiornik zobaczy mniej niż połowę z powodu maski wysokościowej, co oznacza, że ignoruje każdego satelitę mniejszego niż 5 stopni nad horyzontem. Maskę elewacji można ustawić wyżej - powszechne jest 8 lub 10 stopni. Każdy z tych satelitów nadaje zarówno na częstotliwościach L1, jak i L2, a jeden satelita GPS aktualnie nadaje na L5 (w trybie testowym). Wszystkie przyszłe satelity GPS będą również obsługiwać L5, a ostatecznie zwykłe tanie odbiorniki będą używać L5 zamiast L1. Prawdopodobnie minie rok 2020, zanim L5 zastąpi L1 na tanich urządzeniach.
Rosja ma również konstelację globalnych satelitów pozycjonujących znaną jako GLONASS. Obecnie na orbicie znajduje się 27 sond GLONASS. W ostatnim tygodniu 23 są zdrowe, 3 są w trybie konserwacji, a 1 jest w trybie uruchomienia. Wszystkie satelity GLONASS nadawane są na dwóch częstotliwościach - L1 i L2.
Europa i Chiny również budują konstelacje.
Jeśli chcesz użyć danych korekcyjnych WAAS, potrzebujesz jednego kanału dla SBAS.
Jeśli chcesz korzystać z OmniStar lub kanadyjskiego CDGPS, potrzebujesz do tego kanału.
Odbiornik, który znam najlepiej, śledzi następujące kanały:
Najnowsza generacja wysokiej klasy odbiorników ma również dodatkowe kanały dla konstelacji europejskiej i chińskiej.
źródło
Dlaczego więcej niż 12 kanałów?
Liczba kanałów wewnątrz odbiornika nawigacyjnego to zdecydowanie więcej niż marketingowy gag. To pytanie, ile danych możesz i chcesz obsłużyć, aby korzystać z szerokiego spektrum różnych systemów nawigacji podobnego rodzaju. Należy pamiętać, że te systemy satelitarne są przydatne w wielu różnych zastosowaniach (nawigacja na statku, w samochodzie, na szynie i w samolocie, geodezja, synchronizacja czasu, monitorowanie Ziemi, jonosfera budynków, prognoza pogody itd.) ..) i dlatego różnorodność odbiorników (obsługujących różne kanały) jest szeroka.
Obecne wysokiej klasy odbiorniki geodezyjne GNSS (dla wielu konstelacji) są dostępne z ponad 216 kanałami i maksymalnie 440 kanałami. Odbiorniki używane do aplikacji mobilnych wykorzystują 66-200 kanałów. Liczba kanałów ma również związek z liczbą korelatorów. Każdy kanał może mieć własną liczbę korelatorów. Prawdą jest, że liczba korelatorów zmniejszających przestrzeń wyszukiwania jest ważna, aby uzyskać dobry i stabilny TTF (czas do pierwszej poprawki).
Bardzo ważne - i to jest opisane w odpowiedzi Adama Davisa: potrzebujesz jednego kanału na sygnał na satelitę. Ponieważ konstrukcja sygnałów nawigacyjnych jest różna (różna siła śpiewu, modulacja, pasmo itp.), Musisz przygotować odbiornik, aby był zdolny do dowolnego systemu nawigacji, który chciałbyś dodać do swojego rozwiązania pozycji.
Zróbmy krótki przegląd różnych rodzajów systemów nawigacyjnych:
Systemy nawigacyjne:
... i jeszcze więcej Systemy rozszerzające i regionalne systemy nawigacyjne, które wykorzystują te same / podobne częstotliwości i komunikaty nawigacyjne, które mogą być używane przez tę samą technikę akwizycji sygnału:
Więc policzmy i wróćmy do dyskusji na temat satelity / sygnału (fragment):
Jeśli więc chcesz śledzić jednego satelitę GPS za pomocą L1 i L2 oraz L5a + b, potrzebujesz 4 kanałów. Do pierwszej poprawki potrzebujesz 4 satelitów, które potrzebujesz, 8 kanałów tylko dla bezpośredniego rozwiązania poisiotn bez żadnej nadmiarowości. Im więcej satelitów GPS, tym więcej nadmiarowości (i integralności). Aby przyspieszyć: w tej konfiguracji możesz śledzić tylko 5 satelitów GPS za pomocą L1 / L2 i L5. Dla mojego zrozumienia słabe rozwiązanie. Ale jeśli weźmiesz pod uwagę tylko pomiary L1 - niż w przypadku gorsetu, możesz śledzić 12 satelitów. Im więcej kanałów, tym bardziej musi działać odbiornik (lub procesor pasma podstawowego). To zależy od możliwości twojego chipa - ... i zdecydowanie liczby przydatnych obserwacji i danych dla twojej aplikacji. W dowolnym momencie pytanie musi być:
do dalszego czytania:
źródło
Pierwsza odpowiedź jest już bardzo dobra. Mam tylko jedną rzecz do dodania. Pracuję nad oprogramowaniem GPS od 2 lat, wiem, że do śledzenia jednego satelity potrzeba 6 korelatorów. Wynika to z tego, że sygnał satelitarny GPS składa się z dwóch elementów (gałęzie I i Q, sortowane tak, aby reprezentować złożony sygnał sinus i cosinus). Dla każdej gałęzi należy stworzyć opóźnione, na czas i zaawansowane sekwencje liczb pseudolosowych i obliczyć ich korelacje z sygnałem satelitarnym. Tak więc do śledzenia 12 kanałów tylko dla sygnału L1 potrzeba 12 x 6 korelatorów. Jeśli chcesz także robić L2C, L5 lub Galileo, potrzebujesz więcej korelatorów.
źródło
Odpowiedź brzmi: nie. Najnowsza rodzina odbiorników GPS u-Blox może poszczycić się „Wysokowydajnym GPS z ponad 2 milionami korelatorów”. Co to oznacza, że nie jestem do końca pewien, ale sprzedawca to dobry cytat!
źródło