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:
- Przyspiesza akwizycję satelitów
- Zmniejsza zużycie energii
- Zmniejsza prawdopodobieństwo utraty poprawki 3D nawet w kanionach miejskich
- Zapewniają lepszą czułość, umożliwiając poprawki w gęstych lasach, a nawet w niektórych tunelach
- Zapewnia lepszą dokładność pozycjonowania
Dzięki borzakk za poprawki .