Почему смартфон GPS находит свое положение намного быстрее, чем модуль GPS?

Когда я использую GPS-модуль arduino, для начала передачи данных обычно требуется несколько минут. И похоже, что это обычно происходит со всеми модулями GPS, поскольку они должны «слушать» спутники в течение некоторого времени. Однако всякий раз, когда я использую свой внутренний GPS-навигатор, он находит свою позицию в считанные секунды. Почему это?

gps
79 голосов | спросил Anthropomorphous Dodecahedron 6 PM00000050000004731 2017, 17:40:47

6 ответов


117

Есть несколько вещей, которые влияют на время для первого исправления (TTFX) .

  1. Получение альманаха и эфемерид. Эти две вещи технически немного отличаются друг от друга, но для наших целей мы будем рассматривать их как одно и то же. Они являются местоположениями спутников, и вам нужно знать, где они, чтобы выработать свою позицию. Каждый спутник передает всю грудь примерно раз в 12 минут. Поэтому с полностью холодного запуска с одноканальным приемником и приличным сигналом TTFX будет составлять не менее 12 минут. Вы можете ускорить процесс:

    • Загрузка из Интернета - вообще хороший выбор для телефонов. Загрузка альманаха и эфемериса таким образом известна как MSB Assisted GPS.
    • Вспоминание альманаха с последнего времени (это хорошо для многих недель) и только загрузка эфемерид.
    • Наличие в устройстве более одного принимающего канала, чтобы вы могли слушать сразу несколько спутников. Передачи пошатнулись, чтобы сделать эту работу, и с некоторой осторожностью вы можете использовать эфемериды без альманаха, что экономит много времени. Подавляющее большинство модулей на рынке в наши дни имеют несколько каналов, поэтому было бы редко найти тот, который все еще нуждается в 12 минутах.
  2. Идентификация спутников. Вам нужно выслушать, по крайней мере, три спутника, желательно больше, чтобы получить хорошее исправление, но каждый приемник (известный как корреляторы) может быть настроен только по одному. Если вы знаете, где вы находитесь, в какое время это время, и у вас уже есть альманах, тогда вы можете догадаться, какие спутники вы можете видеть. Телефоны, как правило, знают, где они находятся, от распознавания сигналов Wi-Fi или Bluetooth, зная, какую ячейку они используют, и другие источники. Они регулярно получают очень точные временные обновления, поэтому они обычно могут идти прямо на правильный спутник. Оба телефона и более крупные модули могут также помнить, когда и где они были в последний раз использованы, и использовать их для начала.

  3. Число корреляторов. Из-за очень низкого сигнала от шума сигналов GPS для их приема требуется специальный бит аппаратного обеспечения. У некоторых приемников есть только один, и их нужно вращать вокруг спутников. Другие имеют больше и могут слушать больше сразу. Поэтому, даже если у вас уже есть альманах /эфемериды и вы знаете, где вы находитесь, то больше корреляторов по-прежнему помогут вам быстрее исправить ситуацию. Вы можете подумать, что лучше всегда лучше, но больше увеличивает стоимость и энергопотребление. Некоторые телефоны и модули имеют больше, чем другие.

  4. Сигналы и антенны. Корреляторы будут выполнять свою работу быстрее, если у вас будет хороший сигнал-шум. Очень плохие сигналы могут вообще не работать. Хорошая конструкция антенны, усилитель, вид на небо и хорошая компоновка печатной платы могут иметь значение. Некоторые модули могут работать нормально из коробки, и гораздо лучше с подключенной антенной.

  5. Число используемых спутников. На самом деле есть два больших созвездия спутников, GPS (управляемый США) и ГЛОНАСС (управляемый Россией). Есть также еще строящиеся здания: Galileo (ЕС) и BeiDou-2 (Китай), а некоторые из них с местным покрытием, такие как NAVIC Индии или BeiDou-1. Приемник, который может работать со спутниками из более чем одного созвездия, имеет больше спутников для выбора и получит более быстрое и точное исправление.

  6. Качество корреляторов. Новые конструкции оборудования лучше старых, и они смогут лучше отображать фрагменты сообщения GPS в шумном сигнале. Другие трюковые телефоны могут делать это, чтобы захватить фрагменты сигнала и передать их через Интернет на сервер с очень хорошим программным коррелятором и полный альманах /эфемериды для изучения. Это известно как MSA Assisted GPS.

  7. Некоторые телефоны (и даже несколько модулей) также могут использовать некоторые незначительные трюки, чтобы избежать или скрыть длинный TTFX. Поскольку они все время, они могут в кратчайшие сроки включить GPS, не сообщая пользователю, чтобы данные о местоположении и эфемериды были абсолютно обновлены. Другие могут отображать недавнюю позицию, все еще ожидая реального исправления, которое обычно выглядит как хороший TTFX, но выглядит плохо, если окажется, что позиция очень неправильная.

Точка 1 выше - это то, что делает наибольшую разницу, и обычно это ключевая вещь, которая отличается от базовых модулей, более продвинутых модулей и телефонов. Другие обычно имеют меньшую разницу, но на самом деле это может стать очень сложной задачей. Если вы хотите больше узнать, тогда «GPS-время для первого исправления» - это термин для поиска.

ответил Jack B 6 PM00000060000005831 2017, 18:21:58
22

Операционная система сотового телефона загружает данные альманаха GPS (спутниковые эфемериды и информацию о состоянии) через Интернет через сотовую сеть и загружает их в модуль GPS намного быстрее, чем требуется, чтобы загрузить их с спутников GPS непосредственно на 50 бит /с (да, это 50 бит в секунду, GPS - это довольно старый tech , оптимизированный для работы при очень низком SNR), что значительно ускоряет время для первого исправления. Это называется Assisted GPS . Он также, вероятно, имеет очень точную начальную временную привязку от модема ячейки (башни сотовой связи обычно синхронизируются по времени через GPS), а также, возможно, грубую оценку местоположения от модема ячейки. Все это в совокупности значительно уменьшает объем поиска, который должен выполнять приемник - он знает, какие спутники он должен видеть, поэтому он ищет только те, и ему не нужно ждать, чтобы спутники передали все сообщение.

ответил alex.forencich 6 PM00000050000001231 2017, 17:54:12
11
Другие ответы уже объяснили «как» и «почему», поэтому все, что осталось для меня, это «что»: это называется A-GPS (вспомогательный GPS, иногда также называемый ускоренным или расширенным GPS) .

Другими словами: причина, по которой GPS-устройство телефона работает быстрее, чем «GPS GPS», заключается в том, что телефон не , используя «GPS», он использует aGPS.

ответил Jörg W Mittag 7 AM00000080000003231 2017, 08:05:32
8

Часть ответа здесь заключается в том, что сотовый телефон GPS - это не только GPS. Cell также использует другую информацию для геолокации, такую ​​как триангуляция башен сотовых телефонов и видимость сетей Wi-Fi. Например, неклеточная версия iPad Air не имеет фактического GPS, но все еще знает, где вы находитесь в застроенных районах, используя эти методы.

ответил David Richerby 6 PM00000080000005031 2017, 20:10:50
5

Просто хотелось немного подробнее рассказать о том, что происходит, когда старые приемники ждут данных. Другими словами, почему этот альманах (и запоминаемая позиция) настолько полезен?

Сигналы GPS очень слабы. Учитывая расстояние, сигнал значительно ниже уровня шума, когда он достигает земли. Вы никогда не сможете напрямую обнаружить спутник, если бы вы просто наблюдали за сканированием области на правильной частоте.

То, как получатель получает информацию, - это сравнение входящего сигнала с определенным шаблоном (с помощью корреляции FFT). Если используется правильный шаблон, то можно видеть корреляционные линии и данные.

Для простого приемника старого стиля, получающего эту точку, требуется две вещи из коррелятора устройства: частота сообщения со спутника и фаза сообщения (выстраивание шаблонов). Если одно из них неверно, то корреляция не удалась, и ничего не обнаружено. Движения спутников означают, что принятый сигнал подвергается относительно большим допплеровским сдвигам.

С помощью альманаха на месте и хорошей идеей о текущем местоположении и времени приемник может оценить относительные движения спутника и приемника, чтобы удалить большую часть допплеровского сдвига и приблизиться к частоте. Это означает, что коррелятор обычно может нанести удар, просто попробовав разные фазы для шаблона сигнала. Этот поиск в фазовом пространстве может быть выполнен за несколько секунд.

Если альманаха отсутствует или нет оценки текущего местоположения и времени, система должна попробовать разные фазы и разные частоты для получения данных от каждого спутника. Теперь, чтобы искать в двух разных измерениях, может потребоваться несколько минут, чтобы даже многоканальная система «находила» 3 спутника грубой силой.

Современные чипсеты могут использовать дополнительные сигналы и множество параллельных компараторов для ускорения поиска, даже без присутствия A-GPS. Я подозреваю, что чипсет, который вы получаете на щите Arduino, вероятно, старше /дешевле и не будет использовать эти новые функции.

ответил BowlOfRed 9 AM000000100000003331 2017, 10:31:33
3

В США FCC потребовали, чтобы операторы сотовых телефонов могли идентифицировать адрес вызывающего абонента при наборе экстренных служб до 300 метров в течение 6 минут после первоначального телефонного звонка до 11 сентября 2012 года.

Поэтапно постепенно по сравнению с предыдущими годами, и требование было затянуто как на расстоянии, так и на времени до отчета о местоположении в последующие годы.

Компании сотовых телефонов не могли гарантировать это в отдаленных районах, где только одна или две сотовые башни находились в контакте с мобильным телефоном, а также в городских условиях, где отражения и плотность здания препятствовали месту, даже когда на телефоне было несколько башен, Получать. GPS-чипы не могли обеспечить это в сроки, требуемые при достаточно низкой мощности, что сотовый телефон будет по-прежнему коммерчески жизнеспособным (в то время, когда это требование было введено. Чипсеты теперь намного эффективнее и быстрее, частично из-за требования что каждый телефон включает в себя некоторые или все GPS-чипы). Кроме того, чипсеты GPS были очень дорогими по сравнению с другими компонентами телефона.

Таким образом, они создали несколько разных конкурирующих систем, которые все подпадают под прозвище «AGPS» для Assisted GPS.

Технология, которая работает за этими различными системами AGPS, отличается, иногда значительно.

Самые дешевые сотовые системы AGPS записывают несколько миллисекунд радиосигнала GPS, отправляют его на сервер AGPS, который, зная приблизительное местоположение телефона, может использовать этот GPS-фрагмент GPS для определения гораздо более точной позиции. Эти телефоны не могут получить координаты GPS без хорошего сотового соединения.

Некоторые из них имеют полные чипсеты GPS, но позволяют телефону предоставлять им альманах и эфемериды - две части информации, которые позволяют чипсету затем получить исправление в течение нескольких секунд - после чего он использует свои обычные методы для получения результатов позиции. С учетом времени эти телефоны могут получить позицию независимо от их сети.

Большинство наборов GPS-карт позволяют загружать в них информацию эфемериды и альманаха, поэтому, если ваше устройство arduino имеет подключение к Интернету, и у вас есть доступ к серверу AGPS, вы можете ускорить настройку GPS аналогичным образом. Тем не менее, для большинства проектов просто добавление литиевой аккумуляторной батареи на правый штырь на приемник GPS позволяет сохранить последнее обновление альманаха и эфемериды, и поскольку изменения незначительны в течение коротких периодов времени, это значительно ускоряет первое исправление, поскольку поскольку устройство не переместило тысячи миль и питается каждые несколько дней.

ответил Adam Davis 8 PM00000060000001231 2017, 18:41:12

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132