Jaki jest najwyższy możliwy do osiągnięcia wskaźnik aktualizacji cywilnego odbiornika GPS?

10

Interesuje mnie znajomość maksymalnego osiągalnego poziomu aktualizacji dla cywilnego odbiornika GPS. konkretnie

  • Odbiorniki, które zależą wyłącznie od satelitów GPS (np. Nie obejmują oszacowania ruchu na podstawie IMU do interpolacji)
  • Hipotetyczny limit (tj. Z wyłączeniem obaw dotyczących wykonalności, np. Mocy obliczeniowej)
  • Częstotliwość aktualizacji po zablokowaniu (np. TTFF)

Najszybsze cywilne układy odbiorcze, jakie znalazłem, mają częstotliwość aktualizacji 50 Hz, takie jak Venus838FLPx.

Według alex.forencich w tym wątku wymiany stosów może to być „raczej wysoka”:

Trudno jest ustalić częstotliwość aktualizacji pozycji na satelitach, ponieważ wszystko znajduje się w odbiorniku. Satelity po prostu przesyłają dane efemerydalne orbity i pory dnia z szybkością 50 bitów na sekundę i częstotliwością chipów CDMA wynoszącą 1,023 MHz, wszystkie precyzyjnie zablokowane fazowo na częstotliwości atomowej. Odbiornik GPS utrzymuje blokadę kodu rozprzestrzeniania się CDMA i używa go do ustalenia różnic czasu dotarcia między satelitami. Pierwsze zablokowanie zajmuje trochę czasu, ale potem pozycja może być aktualizowana z dość wysoką częstotliwością. Nie jestem pewien, jaki jest górny limit.

Nie ma to oczywiście związku z limitami prędkości i wysokości CoCom dla odbiorców cywilnych .

Właśnie to znalazłem.

Społeczność
źródło
3
@ MarkoBuršič, co jest oczywiście błędne. istnieje wiele twardych limitów. na początek faza, która oczywiście daje ci pierwszy twardy limit (częstotliwość nośnej). Następnie masz Cramer-Rao, który nie pozwoli ci na znaczną dokładność bez zgromadzenia wystarczającej ilości obserwacji. wtedy arbitralnie wysoka częstotliwość aktualizacji jest całkowicie niezgodna z pojemnością kanału Shannona. Następnie, dzięki Planck / Heisenberg, masz bardzo ograniczoną potencjalną dokładność LO, co prowadzi do ograniczonej dokładności lokalizacji i ograniczonej częstotliwości aktualizacji. I tak dalej.
Marcus Müller
1
Z poczucia przeczucia zacznę od pojemności kanału Shannona, ponieważ wydaje się to dość trudny limit, biorąc pod uwagę niską przepustowość i niski SNR, który jest fizycznie możliwy, nawet bez efektów atmosferycznych.
Marcus Müller
1
Nic, co wskazuje na to, że obliczanie pozycji GPS spełnia lub przekracza wartość wyjściową. Wyjście może nadmiernie próbkować pozycję.
old_timer
1
Javad i Topcon wytwarzają odbiorniki z częstotliwościami aktualizacji pozycji 100 Hz. Są to najszybsze, jakie widziałem ogólnie dostępne. Jak zauważyli inni, większość producentów jest ograniczona do 20 lub 50 Hz, rzeczywiste przyspieszenie działania jest niewielkie, więc w przypadku większości aplikacji marnowanie czasu i mocy procesora na to.
Andrew
1
@winny Shannon prześladuje moje nieprzespane noce; Równie dobrze mogę mu przyznać kredyt, gdy należy się mu kredyt: P
Marcus Müller

Odpowiedzi:

10

Czynnikiem ograniczającym jest filtrowanie dolnoprzepustowe po pogłębianiu. Jeśli przyjmiemy gęstość mocy szumu -204dBW / Hz (temperatura szumu ~ 17 ° C), możemy pozwolić na pasmo szumu około 25kHz, zanim osiągnie on moc L1 -160dBW. Nasz czas integracji musi wynosić co najmniej 1/25 000s, aby wykryć sygnał z tła szumu (przy założeniu anteny dookólnej). Jest to teoretyczna granica dla sygnału o pełnej sile.

TBn T=103sBn<=18HzBn/2

Możesz oszukiwać za pomocą anteny kierunkowej, ale aby obliczyć azymut i wysokość, musisz ustalić pozycję anteny, co jest sprzeczne z celem systemu nawigacji.

Teraz wracamy do rzeczywistości: skrócenie okresu integracji sprawia, że ​​ustalanie pozycji jest bardziej hałaśliwe. Biorąc pod uwagę budżet łącza gotowego urządzenia, ponad 50 poprawek / s jest marnotrawstwem, chyba że masz naprawdę silny sygnał, wszystko co dostajesz to (fazowy) szum. I jest duże obciążenie obliczeniowe, zje akumulator jak diabli.

Andreas
źródło
1
Nicea . Kilka komplikujących czynników: 1. Możemy uzyskać „wirtualny” wzrost przepustowości, obserwując więcej niż minimum cztery satelity; normalnie zwiększysz przy tym dokładność, a nie prędkość. 2. Możemy obniżyć poziom hałasu, stosując różnorodność odbiorników; to dość ograniczona, ale stosunkowo tania droga. Myśląc o tym, 1. i 2. wykorzystują nadmiarowe informacje w systemie odbiornika z niezależnym hałasem, więc oba są technikami różnorodności. Oba są bardzo na „logicznej” granicy tego, co wciąż jest pojedynczym odbiornikiem GPS, a nie skutkiem połączenia czujnika.
Marcus Müller
@ MarcusMüller: Tak, zwiększenie dokładności zwiększa również możliwą szybkość ustalania, a tym samym maksymalną śledzoną dynamikę. Wiele pomocnych sygnałów koherentnych (L2), to samo dotyczy anten z układem fazowym. Nie mówimy już tutaj o „cywilności”.
Andreas
Różnorodność poprzez dodanie większej liczby łańcuchów odbiorników byłaby stosunkowo prosta, w porównaniu do, powiedzmy, znacznego zmniejszenia liczby szumów. Jestem prawie pewien, że odbiornik GPS 18 Hz jest już objęty zakresem formularza kontroli eksportu.
Marcus Müller
Świetny. Teraz chcę ponownie zapoznać się z implementacjami SDR odbiorników GNSS. I nie mam czasu ...
Marcus Müller
@ MarcusMüller FWIW: Nie widziałem> 10 Hz w układach COTS SMD IC, ale o ile wiem, częstości rozwiązań 5 i 10 Hz są powszechne.
Morten Jensen
5

Odbiornik GPS działa, utrzymując wewnętrzny „model” oprogramowania pozycji odbiornika (i pochodnych pozycji). Filtr Kalmana jest zwykle używany do synchronizacji tego modelu z rzeczywistością, w oparciu o surowe dane pochodzące z satelitów.

Sygnał z każdego satelity jest zwykle integrowany przez 20 ms na raz, ponieważ jest to okres bitowy danych PSK pochodzących z satelity. Oznacza to, że model otrzymuje surową aktualizację odległości od każdego satelity 50 razy na sekundę. Należy jednak pamiętać, że aktualizacje z różnych satelitów są zasadniczo asynchroniczne (nie wszystkie występują jednocześnie), ponieważ różnice długości ścieżki od satelitów nad głową do satelitów na horyzoncie również są rzędu 20 ms. Gdy nadchodzi każdy nowy pomiar satelitarny, model wewnętrzny jest aktualizowany o nowe informacje.

Gdy odbiornik GPS wysyła komunikat o aktualizacji, dane w wiadomości pochodzą z modelu. Odbiornik może aktualizować model tak często, jak chce, a także wysyłać komunikaty o pozycji tak często, jak chce. Rezultatem jest jednak prosta interpolacja - dodatkowe informacje wyjściowe nie zawierają żadnych nowych informacji. Informacji pasma jest ograniczony przez szybkość, z którą surowce pomiary satelitarne są doprowadzane do filtra.

Jak zauważa Andreas , wysoki wskaźnik wyjściowych wiadomości NIE oznacza, że ​​można śledzić wyższą dynamikę odbiornika. Jeśli musisz śledzić wysoką dynamikę odbiornika, musisz użyć innych źródeł informacji, takich jak IMU. W systemie „ściśle sprzężonym” dane IMU aktualizują ten sam model wewnętrzny, z którego korzysta odbiornik GPS, co pozwala IMU „wspomagać” śledzenie poszczególnych sygnałów GPS.

Pytanie ma także aspekt ekonomiczny. Większość „cywilnych” odbiorników GPS jest bardzo ograniczona kosztowo, a zatem wystarcza tylko moc procesora (i moc baterii), aby spełnić wymagania dotyczące szybkości aktualizacji dla danej aplikacji (np. Nawigacja samochodowa lub komórkowa). Szybkość aktualizacji co sekundę (lub mniej) jest więcej niż wystarczająca dla większości takich aplikacji. Aplikacje „wojskowe” wymagające wyższych częstotliwości aktualizacji mają wyższe budżety na materiały i energię. Odbiorniki GPS są odpowiednio wyceniane, nawet jeśli rzeczywisty sprzęt odbiornika jest zasadniczo taki sam, z możliwym wyjątkiem zastosowania mocniejszego procesora.

Dave Tweed
źródło
Ach cóż, jak powiedziałeś i myślę, że warto podkreślić: wyższe prędkości aktualizacji zwykle wynikają z fuzji danych z czujników z innymi czujnikami. Rzeczy takie jak precyzyjne kompasy i akcelerometry to zwykle ogromne koszty w jednostkach IMU, których normalnie nie kupujesz, jeśli nie latasz z dużą prędkością. Mówiąc poważnie, Kalman, nawet ten znacznie zmodyfikowany, prawdopodobnie nie stanowi problemu dla mikrokontrolera z FPU pracującym z częstotliwością 100 MHz. Algorytm i jego parametryzacja, wiedza na temat kalibracji i integracji jest tym, za co producenci płacą (oprócz drogich czujników)
Marcus Müller