Сколько GPS-каналов имеет смысл?

Вам нужно 4 канала для определения вашей позиции (включая высоту), и я понимаю, что несколько дополнительных каналов повышают точность. Тем не менее, в любое время имеется максимум 12 спутников, поэтому почему у приемников больше каналов? Я видел приемники с 50 или даже 66 каналами , это больше, чем количество спутников.
Я не вижу каких-либо преимуществ в этом взрыве числа каналов, в то время как я полагаю, что он увеличивает потребление энергии приемником.
Итак, зачем мне 66 каналов?

gps
71 голос | спросил stevenvh 23 MaramWed, 23 Mar 2011 11:25:08 +03002011-03-23T11:25:08+03:0011 2011, 11:25:08

5 ответов


109

Ответ сложный из-за того, как работает система GPS, поэтому я собираюсь упростить ряд вещей, чтобы вы поняли принцип, но если вы заинтересованы в том, как он действительно реализован, вам нужно будет найти хорошая GPS-ссылка. Другими словами, то, что написано ниже, призвано дать вам представление о том, как это работает, но в какой-то мере технически неправильно. Ниже приведена некорректность, чтобы реализовать собственное программное обеспечение GPS.

Фон

Все спутники передают по существу одну и ту же частоту. Они технически идут по всем сигналам друг друга.

Так как же приемник GPS справляется с этим?

Во-первых, каждый спутник передает различное сообщение каждые mS. Сообщение имеет длину 1024 бита и генерируется генератором псевдослучайных чисел.

Приемник GPS принимает весь спектр всех передатчиков, затем он выполняет процесс, называемый корреляцией, - он генерирует конкретную последовательность одного из спутников, умножает его на вход сигнала, и если его сигнал точно соответствует сигналу спутника то коррелятор нашел один спутник. Смешение существенно выталкивает сигнал спутника из шума и проверяет, что 1) мы имеем правую последовательность и 2) имеем правильное время.

Однако, если он не нашел совпадения, он должен сдвинуть свой сигнал на один бит и повторить попытку, пока он не пройдет через все 1023-битные периоды и не нашел спутник. Затем он переходит к попытке обнаружить другой спутник в другой период.

Из-за сдвига во времени (1023 бит, 1000 передач в секунду) теоретически он может полностью выполнить поиск кода за одну секунду, чтобы найти (или определить, что нет ничего) в конкретном коде.

Из-за сдвига кода (в настоящее время имеется 32 разных PRN-кода, по одному для каждого спутника), поэтому для поиска каждого спутника может потребоваться 30 секунд.

Кроме того, доплеровский сдвиг из-за скорости спутника относительно скорости вашего земного шара означает, что временная база может быть сдвинута на +/- 10 кГц, поэтому требуется поиск примерно 40 различных сдвигов частоты для коррелятора, прежде чем он сможет отказаться от конкретного PRN и времени.

Что это означает

Это оставляет нам возможный сценарий наихудшего случая (один спутник в воздухе, и мы стараемся все, кроме самого точного совпадения) времени, чтобы сначала исправить холодный старт (т. е. никакой информации о времени или местоположении приемник или местоположение спутников) в течение 32 секунд, если мы не сделаем никаких предположений или не совершим каких-либо умных трюков, принятый сигнал не будет хорош и т. д.

Однако, если у вас есть два коррелятора, вы только вдвое сократили это время, потому что вы можете одновременно искать два спутника. Получите 12 корреляторов на работе, и это займет меньше нескольких секунд. Получите миллион корреляторов, и теоретически это может занять несколько миллисекунд.

Каждый коррелятор называется «каналом» для маркетинга. Это не совсем неправильно - в некотором смысле коррелятор демодулирует одну конкретную кодированную частоту за раз, что по сути является тем, что радиоприемник при переключении каналов.

Существует множество предположений, которые может сделать приемник GPS, который упрощает пространство проблем, так что общий 12-канальный приемник может получить исправление, в худшем случае, примерно через 1-3 минуты.

Пока вы можете получить 3D-исправление с 4-канальным GPS, когда вы потеряете сигнал GPS (выходит за горизонт, или вы идете под мост и т. д.), вы теряете 3D-исправление и переходите к 2D-исправлению с тремя спутниками в то время как один из ваших каналов возвращается в режим корреляции.

Теперь ваш приемник начинает сканировать эфемериды и альманах, что позволяет приемнику очень разумно искать сигналы. Через 12 минут он точно знает, какие спутники должны видеть.

Итак, поиск идет довольно быстро, потому что вы знаете позицию и код для каждого спутника, но у вас все еще есть 2D-исправление, пока вы не найдете новый спутник.

Если у вас есть 12-канальный приемник, вы можете использовать 4 из самых сильных каналов, чтобы обеспечить ваше исправление, несколько каналов для блокировки на резервные спутники, чтобы он мог переключать вычисления на них, если это необходимо, и несколько каналов для сохранения поиск спутников, которые должен видеть приемник. Таким образом, вы никогда не потеряете полное исправление 3D.

Поскольку вы можете видеть только до 12 спутников, зачем вам нужно больше 12 каналов?

В любой момент времени функционируют 24 спутника GPS, что означает, что в одной точке на земле вы можете увидеть только половину из них.

Но помните - вы можете искать только один спутник на коррелятор, поэтому основной причиной увеличения корреляторов, прошедших двенадцать, является улучшение времени до первого исправления, и основная причина для его улучшения заключается в потреблении энергии.

Если ваш GPS-чипсет должен постоянно питаться, это все равно сработает 100 мВт. Если, однако, вам нужно толькоон один раз в секунду всего за 10 мс каждый раз, то вы просто сокращаете потребление энергии до 1 мВт. Это означает, что ваш мобильный телефон, маяк местоположения и т. Д. Может работать на два порядка больше времени на одном и том же наборе батарей, сохраняя при этом полное исправление в реальном времени в своем местоположении.

Кроме того, с миллионами корреляторов можно делать более точные поиски, которые могут помочь уменьшить влияние радиоотражений в городских каньонах (высокие здания в больших городах использовали для затухания GPS-приемников с меньшим количеством корреляторов).

Наконец, хотя для получения 3D-исправления необходимы только 4 спутника, хорошие приемники используют больше спутников в своем алгоритме положения, чтобы получить более точное исправление. Поэтому требуется только 4-канальный приемник, но 12-канальный приемник может получить большую точность.

Заключение

Итак, миллионы корреляторов:

  • ускоряет получение спутника
  • Снижает потребление энергии
  • Снижает вероятность потери трехмерного исправления даже в городских каньонах.
  • Обеспечьте лучшую чувствительность, позволяющую фиксировать в густых лесах и даже в некоторых туннелях.
  • Обеспечивает лучшую точность позиционирования.

Благодаря borzakk для некоторых исправлений . суб>

ответил Adam Davis 23 MarpmWed, 23 Mar 2011 18:05:11 +03002011-03-23T18:05:11+03:0006 2011, 18:05:11
15

Вам нужен один канал, на каждую частоту, для каждого спутника.

Большинство дешевых приемников (например, один в вашем телефоне или автомобиле) отслеживают только частоту L1 только от GPS-спутников. Если вам нужна точность, вам необходимо отслеживать две частоты с каждого спутника, чтобы более точно определять ионосферные задержки. Если вы хотите улучшить покрытие в районах с частичными препятствиями, вам необходимо отслеживать больше, чем только спутники GPS.

В настоящее время на орбите 32 спутника GPS, 31 из которых были здоровыми на прошлой неделе. Приемник увидит менее половины из них из-за маски высоты, что означает, что он игнорирует любой спутник менее чем на 5 градусов выше горизонта. Маска высот может быть установлена ​​выше - обычно 8 или 10 градусов. Каждый из этих спутников транслируется как на частотах L1, так и на L2, а один спутник GPS в настоящее время транслируется на L5 (в тестовом режиме). Все будущие спутники GPS также будут поддерживать L5, и в конечном итоге ваши обычные дешевые приемники будут использовать L5 вместо L1. Вероятно, это будет 2020 год, прежде чем вы увидите, что L5 заменит L1 на дешевых устройствах.

В России также есть созвездие глобальных спутников позиционирования, известных как ГЛОНАСС. В настоящее время на орбите находятся 27 спутников ГЛОНАСС. На прошлой неделе 23 здоровы, 3 находятся в режиме обслуживания, а 1 - в режиме ввода в эксплуатацию. Все спутники ГЛОНАСС транслируются на две частоты - L1 и L2.

Европа и Китай также строят созвездия.

Если вы хотите использовать данные коррекции WAAS, вам нужен один канал для SBAS.

Если вы хотите использовать OmniStar или CDGPS в Канаде, вам нужен канал для этого.

Приемник, который я больше всего знаю, отслеживает следующие каналы:

  • 14 каналов GPS L1
  • 14 каналов GPS L2
  • 6 каналов GPS L5
  • 12 каналов GLONASS L1
  • 12 каналов L2 GLONASS
  • 2 канала SBAS (WAAS или EGNOS)
  • 1 канал L-диапазона (OmniStar или CDGPS)

Новое поколение высокопроизводительных приемников также имеет дополнительные каналы для европейских и китайских созвездий.

ответил Lance Lefebure 25 MaramFri, 25 Mar 2011 04:47:04 +03002011-03-25T04:47:04+03:0004 2011, 04:47:04
3

Почему более 12 каналов?

Количество каналов внутри навигационного приемника, безусловно, больше, чем маркетинговый кляп. Вопрос о том, сколько данных вы можете и хотите использовать, чтобы использовать широкий спектр различных навигационных систем аналогичных своего рода. Пожалуйста, имейте в виду, что эти спутниковые системы полезны для широкого круга применений (судоходство, автомобильная, железнодорожная и аэроплана, геодезия, синхронизация, мониторинг Земли, ионосфера зданий, прогноз погоды и т. Д. И т. Д. ..), а следовательно, и множество приемников (поддерживающих разные каналы) являются широкими.

Современные высококачественные геодезические приемники GNSS (для мультиконсолляции) имеют более 216 и до 440 каналов. Приемники, используемые для мобильных приложений, используют 66-200 каналов. Число каналов также связано с количеством корреляторов. Каждый канал может иметь собственное количество корреляторов. Верно, что число корреляторов для сокращения пространства для проецирования импортируется для получения хорошего и стабильного TTF (время до первого исправления).

Очень важно - и это описано в ответ adam davis: вам нужен один канал на каждый сигнал на каждый спутник. Поскольку дизайн навигационных сигналов варьируется (различная сила звучания, модуляция, полоса пропускания и т. Д.), Вы должны подготовить приемник к возможности любой навигационной системы, которую вы хотели бы добавить для решения вашей позиции.

Давайте сделаем небольшой обзор различных навигационных систем:

Навигационные системы:

  • GPS (Америка)
  • ГЛОНАСС (Россия)
  • Beidou /COMPASS (Китай)
  • Галилео (Европа)

... и дальше Системы расширения и региональные навигационные системы, которые используют одни и те же /сходные частоты и навигационные сообщения, которые могут использоваться одним и тем же методом сбора сигналов:

  • QZSS (региональная система: Япония, квазистационарная)
  • IRNSS (региональная система, Индия)
  • EGNOS (система дополнений Европа)
  • WAAS (система дополнений America)
  • OMNISTAR (частная система дополнений)

Итак, давайте посчитаем и вернемся к обсуждению каждого спутника /сигнала (exzerpt):

  • GPS: L1, L2, L5 (L5 отсчитывает 2 раза, так как есть подканалы внутри сигнала - например, I (синфазная) и Q (квадфаза))
  • ГЛОНАСС: L1 L2 L3 (также ГЛОНАСС использует подканалы для приема сигнала с множественным доступом с кодовым разделением (CDMA))
  • Galileo (E1, E6 (защищенный сигнал), E5a E5b E5a + b (широкополосный сигнал))
  • , пожалуйста, обратитесь к текущему тарифному плану для каждой системы, а также к обзору приемника (считывание следующего).

Итак, если вам нравится отслеживать один GPS-спутник с L1 и L2 и L5a + b, вам нужно 4 канала. Для первого исправления вам понадобятся 4 спутника, в которых вам нужно 8 каналов только для прямого решения poisiotn без какого-либо избытка. Чем больше спутников GPS, тем больше избыточность (и целостность). Для ускорения: в этой конфигурации вы можете отслеживать только 5 спутников GPS с L1 /L2 и L5. Для моего понимания слабое решение. Но если вы рассматриваете только измерения L1 - чем корс, вы можете отслеживать 12 спутников. Таким образом, чем больше каналов, тем больше должно работать приемник (или процессор основной полосы частот). Это относится к возможностям вашего чипа - ... и, безусловно, к числу полезных наблюдений и данных для вашего приложения. В любой момент quastion должен быть:

  1. Что я хочу для своего приложения?
  2. Сколько данных мне нужно для получения надежного решения?
  3. Сколько возможностей обработки я должен получить надежное решение?
  4. Насколько я хочу /должен контролировать свое решение?

для дальнейшего чтения:

ответил one.tobi 23 rdEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowTue, 23 Sep 2014 13:26:21 +0400 2014, 13:26:21
2

Первый ответ уже очень хорош. Мне просто нужно добавить одно. Я работаю над программным обеспечением GPS в течение 2 лет, я знаю, что для отслеживания одного спутника требуется 6 корреляторов. Это связано с тем, что спутниковый сигнал GPS имеет две составляющие (I и Q ветви, вроде как представляющие сложный сигнал синусом и косинусом). Для каждой ветви необходимо создать задержанные по времени и расширенные последовательности псевдослучайных чисел и вычислить их корреляции со спутниковым сигналом. Таким образом, для отслеживания 12 каналов только для сигнала L1 требуется 12 x 6 корреляторов. Если вы также хотите делать L2C, L5 или Galileo, вам нужно больше корреляторов.

ответил Everett X. Wang 16 J000000Saturday11 2011, 23:56:24
0

Ответ заключается в том, что вы этого не делаете. Последний u -Blox семейства GPS-приемников с гордостью может похвастаться «высокоэффективным GPS с более чем 2 миллионами корреляторов». Что это значит, я не совсем уверен, но это делает хороший номер для продавца, чтобы процитировать!

ответил ʎəʞo uɐɪ 23 MarpmWed, 23 Mar 2011 16:10:31 +03002011-03-23T16:10:31+03:0004 2011, 16:10:31

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