Você precisa de 4 canais para determinar sua posição (incluindo elevação), e eu posso entender que alguns canais extras aumentam a precisão. No entanto, há no máximo 12 satélites em exibição a qualquer momento, então por que ter receptores com mais canais? Vi receptores com 50 ou até 66 canais , mais do que o número de satélites.
Não vejo nenhuma vantagem nessa explosão de número de canais, enquanto presumo que isso aumenta o consumo de energia do receptor.
Então, por que preciso de 66 canais?
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Respostas:
A resposta é complexa devido à maneira como o sistema GPS funciona, então vou simplificar várias coisas para que você entenda o princípio, mas se você estiver interessado em saber como ele é realmente implementado, precisará encontrar um bom GPS referência. Em outras palavras, o que está escrito abaixo tem o objetivo de lhe dar uma idéia de como funciona, mas tecnicamente está errado em alguns aspectos. O abaixo não está correto o suficiente para implementar seu próprio software GPS.
fundo
Todos os satélites transmitem essencialmente na mesma frequência. Eles estão tecnicamente andando pelos sinais uns dos outros.
Então, como o receptor GPS lida com isso?
Primeiro, cada satélite transmite uma mensagem diferente a cada mS. A mensagem tem 1024 bits e é gerada por um gerador de números pseudo-aleatórios.
O receptor GPS recebe todo o espectro de todos os transmissores e, em seguida, executa um processo chamado correlação - gera a sequência específica de um dos satélites, multiplica-o pela entrada do sinal e, se o sinal corresponde exatamente ao sinal de um satélite, o correlator encontrou um satélite. A mixagem essencialmente retira o sinal do satélite do ruído e verificou que 1) temos a sequência correta e 2) temos o tempo certo.
No entanto, se não encontrou uma correspondência, ele deve mudar o sinal um pouco e tentar novamente, até passar por todos os períodos de 1023 bits e não encontrar um satélite. Em seguida, ele tenta detectar um satélite diferente em um período diferente.
Devido à mudança de tempo (1023 bits, 1.000 transmissões por segundo), em teoria, ele pode pesquisar completamente um código em um segundo para encontrar (ou determinar que não há nada) em um código específico.
Devido à troca de código (atualmente existem 32 códigos PRN diferentes, um para cada satélite), pode levar mais de 30 segundos para pesquisar em cada satélite.
Além disso, o deslocamento do doppler devido à velocidade do satélite em relação à sua velocidade no solo significa que a base de tempo pode ser alterada em até +/- 10kHz, exigindo, portanto, a busca de cerca de 40 mudanças de frequência diferentes para um correlacionador antes que ele desista. um PRN e tempo específicos.
O que isto significa
Isso nos deixa com um cenário de pior cenário possível (um satélite no ar e tentamos tudo, menos a correspondência exata primeiro) de um tempo para primeiro iniciar uma partida a frio (ou seja, nenhuma informação sobre a hora ou a localização do receptor, ou localização dos satélites) de 32 segundos, supondo que não fazemos suposições ou realizamos truques inteligentes, que o sinal recebido é bom etc.
No entanto, se você tiver dois correlacionadores, reduziu pela metade esse tempo porque pode procurar dois satélites ao mesmo tempo. Obtenha 12 correlacionadores no trabalho e isso leva menos de alguns segundos. Obtenha um milhão de correlacionadores e, em teoria, isso pode levar alguns milissegundos.
Cada correlacionador é chamado de "canal" para fins de marketing. Não está totalmente errado - em certo sentido, o correlacionador está desmodulando uma frequência codificada específica de cada vez, que é essencialmente o que um receptor de rádio faz quando você muda de canal.
Entretanto, existem muitas suposições que um receptor de GPS pode simplificar o espaço do problema, de modo que um receptor genérico de 12 canais possa obter uma correção, na pior das hipóteses, em cerca de 1 a 3 minutos.
Enquanto você pode obter uma correção 3D com um GPS de 4 canais, quando você perde um sinal de GPS (ultrapassa o horizonte ou sob uma ponte, etc.), perde a correção 3D e vai para a correção 2D com três satélites enquanto um dos seus canais voltam ao modo de correlação.
Agora seu receptor começa a baixar as efemérides e o almanaque, o que permite que o receptor procure sinais de maneira muito inteligente. Após 12 minutos, ele sabe exatamente quais satélites devem estar em exibição.
Portanto, a pesquisa é muito rápida, porque você conhece a posição e o código de cada satélite, mas ainda tem uma correção 2D até encontrar um novo satélite.
No entanto, se você tiver um receptor de 12 canais, poderá usar 4 dos canais mais fortes para fornecer sua correção, alguns canais para bloquear satélites de backup, para que possam mudar os cálculos para eles, se necessário, e vários canais para continuar procurando satélites. o receptor deve poder ver. Dessa forma, você nunca perde a correção 3D completa.
Como você pode ver apenas 12 satélites, por que você precisaria de mais de 12 canais?
Existem cerca de 24 satélites GPS operando a qualquer momento, o que significa que em um ponto da Terra você pode realmente ver apenas metade deles.
Mas lembre-se: você pode procurar apenas um satélite por correlacionador; portanto, o principal motivo para aumentar os correlacionadores além das doze é melhorar o tempo para a primeira correção e o principal motivo para melhorar isso é o consumo de energia.
Se o seu chipset GPS precisa ser alimentado o tempo todo, é um consumo de energia de 100mW o tempo todo. Se, no entanto, você só precisar ligá-lo uma vez por segundo por apenas 10mS por vez, reduza o consumo de energia para 1mW. Isso significa que seu telefone celular, farol de localização etc. pode operar por duas ordens de magnitude mais tempo no mesmo conjunto de baterias, mantendo uma correção em tempo real na sua localização.
Além disso, com milhões de correlacionadores, é possível fazer pesquisas mais exatas, o que pode ajudar a reduzir os efeitos dos reflexos de rádio nos cânions urbanos (edifícios altos nas grandes cidades costumavam danificar os receptores GPS com menos correlacionadores).
Por fim, enquanto apenas 4 satélites são necessários para obter uma correção 3D, bons receptores usam mais satélites em seu algoritmo de posição para obter uma correção mais precisa. Portanto, apenas um receptor de 4 canais é necessário, mas um receptor de 12 canais pode obter mais precisão.
Conclusão
Então, os milhões de correlacionadores:
Obrigado a borzakk por algumas correções .
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Você precisa de um canal, por frequência, por satélite.
A maioria dos receptores baratos (como o do seu telefone ou carro) rastreia apenas a frequência L1 apenas dos satélites GPS. Se você deseja precisão, precisa rastrear duas frequências de cada satélite para determinar com mais precisão os atrasos ionosféricos. Se você deseja uma melhor cobertura em áreas com obstruções parciais, precisa rastrear mais do que apenas os satélites GPS.
Atualmente, existem 32 satélites GPS em órbita, 31 dos quais estavam em funcionamento desde a semana passada. Um receptor verá menos da metade deles devido à máscara de elevação, o que significa que ele ignora qualquer satélite a menos de 5 graus acima do horizonte. A máscara de elevação pode ser ajustada mais alto - 8 ou 10 graus é comum. Cada um desses satélites é transmitido nas frequências L1 e L2, e um satélite GPS está transmitindo no L5 (no modo de teste). Todos os futuros satélites GPS também suportarão L5 e, eventualmente, seus receptores baratos regulares usarão L5 em vez de L1. Provavelmente será o ano de 2020 antes de você ver L5 substituir L1 em dispositivos baratos.
A Rússia também possui uma constelação de satélites de posicionamento global conhecidos como GLONASS. Atualmente, existem 27 satélites GLONASS em órbita. Na semana passada, 23 estão saudáveis, 3 estão no modo de manutenção e 1 está no modo de comissionamento. Todos os satélites GLONASS transmitem em duas frequências - L1 e L2.
Europa e China também estão construindo constelações.
Se você deseja usar os dados de correção WAAS, precisa de um canal para o SBAS.
Se você quiser usar o OmniStar ou o CDGPS do Canadá, precisará de um canal para isso.
O receptor com o qual estou mais familiarizado rastreia os seguintes canais:
A mais nova geração de receptores de ponta também possui canais adicionais para as constelações européias e chinesas.
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Por que mais de 12 canais?
O número de canais dentro de um receptor de Navegação é definitivamente mais do que uma piada de marketing. É a questão de quantos dados você pode e deseja manipular para usar um amplo espectro de diferentes sistemas de navegação do mesmo tipo. Lembre-se de que esses sistemas de satélite são úteis para uma grande variedade de aplicações (navegação em navios - automóveis, trens, trens e aviões, geodésia, tempo, monitoramento da terra, ionosfera de edifícios, previsão do tempo etc.). ..) e, portanto, também a variedade de receptores (com suporte a diferentes canais) é ampla.
Os atuais receptores GNSS geodésicos de ponta (para multi-constelação) possuem mais de 216 e até 440 canais. Os receptores usados para aplicativos móveis usam 66-200 canais. O número de canais também tem a ver com o número de correlacionadores. Cada canal pode ter seu próprio número de correlacionadores. É verdade que o número de correlacionadores para reduzir o espaço de busca é importante para obter um TTF bom e estável (hora da primeira correção).
Muito importante - e isso é descrito em resposta a Adam Davis: você precisa de um canal por sinal por satélite. Como o design dos sinais de navegação varia (intensidade de canto, modulação, largura de banda, etc.) diferentes, você precisa preparar o receptor para ser capaz de qualquer sistema de navegação que você gostaria de adicionar à sua solução de posição.
Vamos fazer uma pequena visão geral dos diferentes tipos de sistemas de navegação:
Sistemas de Navegação:
... e além disso, sistemas de aumento e sistemas de navegação regional, que usam frequências iguais / similares e mensagens de navegação, que podem ser usadas pela mesma técnica de aquisição de sinal:
Então vamos contar e voltar à discussão por satélite / por sinal (exzerpt):
Então, se você gosta de rastrear um satélite GPS com L1 e L2 e L5a + b, precisa de 4 canais. Para uma primeira correção, você precisa de 4 satélites, o que significa que você precisa de 8 canais apenas para uma solução direta de envenenamento, sem redundância. Quanto mais satélites GPS, maior a redundância (e a integridade). Para acelerar: nesta configuração, você só pode rastrear 5 satélites GPS com L1 / L2 e L5. Pelo meu entendimento, uma solução fraca. Mas se você considerar apenas as medições L1 - em comparação com o corse, poderá rastrear 12 satélites. Portanto, quanto mais os canais, mais o receptor (ou processador de banda base) precisa funcionar. Isso pertence à capacidade do seu chip - ... e, definitivamente, ao número de observações e dados úteis para sua aplicação. A qualquer momento, o quastion deve ser:
para leitura adicional:
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A primeira resposta já é muito boa. Eu só tenho uma coisa a acrescentar. Estou trabalhando no software GPS há 2 anos, sei que para rastrear um satélite, é preciso 6 correlacionadores. Isso ocorre porque o sinal do satélite GPS possui dois componentes (ramificações I e Q, como que para representar um sinal complexo por seno e cosseno). Para cada ramo, é necessário produzir seqüências numéricas pseudo-aleatórias atrasadas, no prazo e avançadas e calcular suas correlações com o sinal do satélite. Portanto, para rastrear 12 canais apenas para o sinal L1, é necessário um correlator de 12 x 6. Se você também quiser executar o L2C, L5 ou Galileo, precisará de mais correlacionadores.
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A resposta é que você não. A mais recente família de receptores GPS u-Blox se orgulha de "GPS de alto desempenho com mais de 2 milhões de correlacionadores". O que isso significa não tenho muita certeza, mas é um bom número para o vendedor citar!
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