Kaç GPS kanalı anlamlı?


77

Konumunuzu belirlemek için 4 kanala ihtiyacınız var (yükseklik dahil) ve birkaç ekstra kanalın doğruluğunu arttırdığını anlayabilirim. Bununla birlikte, herhangi bir zamanda maksimum 12 uydu görüntülenmektedir, peki neden daha fazla kanallı alıcılar var? 50 hatta 66 kanallı alıcılar gördüm , bu uyduların sayısından fazla.
Bu kanal sayısı patlamasında hiçbir avantaj görmüyorum, alıcının güç tüketimini artırdığını sanıyorum.
Peki neden 66 kanala ihtiyacım var?


Şimdi rusya sistemini kullanmak için glonas daha çok ihtiyaç duyuluyor. Amerika'dan daha fazlası, her ikisi de, batı için daha iyi bir karar veriyor.

Bir anlam ifade etse de, GLONASS daha fazla kanala ihtiyaç duyacaktır, bazı ekstra detaylar / referanslar iyi olacaktır. GLONASS frekanslarını (farklı olduğunu varsayarım) ve nasıl bir araya geldiklerini açıkladıysa, gerçekten iyi bir cevap olabilir.
Peter J

Yanıtlar:


115

Cevap, GPS sisteminin çalışma şeklinden dolayı karmaşık, bu yüzden bir çok şeyi basitleştireceğim, böylece prensibi anlıyorsunuz, ancak gerçekten nasıl uygulandığını merak ediyorsanız, iyi bir GPS bulmanız gerekir. referans. Başka bir deyişle, aşağıda yazılan şey size nasıl çalıştığı hakkında bir fikir vermek içindir, ancak bazı yönlerden teknik olarak yanlıştır. Aşağıda kendi GPS yazılımınızı uygulayacak kadar doğru değil.

Arka fon

Tüm uydular, esasen aynı frekansta iletir. Teknik olarak birbirlerinin sinyalleri üzerinde yürüyorlar.

Peki GPS alıcısı bununla nasıl başa çıkıyor?

İlk olarak, her uydu her mS'de farklı bir mesaj iletir. Mesaj 1024 bit uzunluğundadır ve sözde rasgele sayı üreteci tarafından üretilir.

GPS alıcısı tüm vericilerin tüm spektrumunu alır, sonra korelasyon denilen bir işlemi gerçekleştirir - uydulardan birinin spesifik dizisini oluşturur, sinyal girişi ile çarpar ve eğer sinyali bir uydunun sinyaliyle tam olarak eşleşirse korelasyonu yapar. bir uydu buldu. Karıştırma esas olarak uydunun sinyalini gürültüden çeker ve 1) doğru diziye sahip olduğumuzu ve 2) doğru zamanlamaya sahip olduğumuzu doğruladı.

Ancak, bir eşleşme bulamazsa, sinyalini bir bit kaydırmalı ve 1023 bit periyodun tamamı geçinceye ve bir uydu bulamayana kadar tekrar denemelidir. Sonra farklı bir dönemde farklı bir uyduyu tespit etmeye çalışır.

Zaman kayması nedeniyle (1023 bit, saniyede 1.000 iletim), teoride belirli bir kodda bulmak (veya hiçbir şey olmadığını belirlemek) için bir saniye içinde bir kodu tamamen arayabilir.

Kod kayması nedeniyle (şu anda her bir uydu için bir tane olmak üzere 32 farklı PRN kodu vardır) bu nedenle her uyduyu aramak 30+ saniye sürebilir.

Ayrıca, uydunun yer hızınıza göre hızına bağlı olarak doppler kayması, zaman tabanının +/- 10kHz kadar kaydırılabileceği anlamına gelir; bu nedenle, bir korelatör için vazgeçmeden önce yaklaşık 40 farklı frekans kaymasının aranmasını gerektirir. belirli bir PRN ve zamanlama.

Bu ne anlama geliyor

Bu, bizi en kötü durum senaryosuyla (havada bir uydu, ve ilk önce tam eşleşmeden başka bir şey değil, ilk önce soğuk bir başlangıcı düzeltmek için bir zaman alırız (yani, alıcının zamanı veya konumu hakkında bilgi yok) veya herhangi bir varsayımda bulunmadığımızı veya zekice numaralar yaptığımızı varsayarsak, 32 saniyelik uyduların konumu), alınan sinyal iyidir, vb.

Bununla birlikte, iki korelatörünüz varsa, o zaman ikiye katladınız, çünkü aynı anda iki uydu arayabiliyorsunuz. İşe 12 korelatör getirin ve birkaç saniyeden daha az zaman alır. Bir milyon korelatör edinin ve teorik olarak birkaç milisaniye alabilir.

Her korelatöre pazarlama amacıyla “kanal” denir. Tamamen yanlış değil - bir anlamda, korelatör, bir kanaldaki belirli bir kodlanmış frekansı demodüle ediyor; bu, esas olarak kanalları değiştirdiğinizde bir radyo alıcısının yaptığıdır.

Bununla birlikte, bir GPS alıcısının problem alanını basitleştiren, genel olarak 12 kanallı bir alıcının en kötü durumda yaklaşık 1-3 dakika içinde bir düzeltme alabileceği varsayımları vardır.

4 kanallı bir GPS ile bir 3D düzeltmesi alırken, bir GPS sinyalini kaybettiğinizde (ufkun ötesine geçtiğinizde veya bir köprünün altına girdiğinizde, vb.) Daha sonra 3D düzeltmeyi kaybedersiniz ve üç uydu ile 2D düzeltmeye gidersiniz. Kanallarınız korelasyon moduna geri döner.

Şimdi alıcınız, alıcının sinyalleri çok akıllıca aramasını sağlayan efemeris ve almanak'ı indirmeye başlar. 12 dakika sonra, hangi uyduların görünmesi gerektiğini tam olarak bilir .

Böylece arama oldukça hızlı bir şekilde gerçekleşir, çünkü her bir uydunun konumunu ve kodunu biliyorsunuzdur, ancak gerçekte yeni bir uydu bulana kadar sadece 2B düzeltmeniz vardır.

Bununla birlikte, 12 kanallı bir alıcınız varsa, düzeltmenizi sağlamak için en güçlü kanallardan 4'ünü, yedek uyduları kilitlemek için birkaç kanalı kullanabilirsiniz; böylece hesaplamaları gerektiğinde onlara göre değiştirebilir ve uyduları aramaya devam etmek için birkaç kanal kullanabilirsiniz. alıcı görebilmelidir. Bu şekilde tam 3D düzeltmeyi asla kaybetmezsiniz.

En fazla 12 uydu görebildiğiniz için neden 12'den fazla kanala ihtiyacınız var?

Herhangi bir zamanda çalışan 24 ya da öylesine GPS uydusu vardır, bu da dünyanın bir noktasında bunların sadece yarısını görebileceğiniz anlamına gelir.

Ancak unutmayın - korelatör başına yalnızca bir uydu arayabilir, bu nedenle on ikiden sonraki korelatörleri artırmanın birincil nedeni, ilk düzeltme süresini ve bunun iyileştirilmesinin ana nedeni güç tüketimidir.

GPS yonga setinize sürekli güç verilmesi gerekiyorsa, her zaman 100 mW'lık bir güç boşalması olur. Ancak, her seferinde yalnızca 10mS için saniyede bir kez açmanız gerekiyorsa, güç tüketiminizi 1mW'a düşürmeniz yeterlidir. Bu, cep telefonunuzun, konum işaretleyicinizin, vb., Aynı pil setinde iki kez daha uzun süre çalışabileceği ve aynı zamanda bulundukları yerde tam gerçek zamanlı bir sabitleme yapabileceği anlamına gelir.

Ayrıca, milyonlarca korelatörle, şehir kanyonlarında radyo yansımalarının etkilerini azaltmaya yardımcı olabilecek daha kesin aramalar yapılabilir (büyük şehirlerdeki yüksek binalar, daha az korelasyon yapan GPS alıcılarını kirletmek için kullanılır).

Son olarak, 3B bir düzeltme elde etmek için yalnızca 4 uydu gerekirken, iyi alıcılar daha doğru bir düzeltme elde etmek için konum algoritmasında daha fazla uydu kullanır. Bu yüzden sadece 4 kanallı bir alıcı gereklidir, ancak 12 kanallı bir alıcı daha fazla hassasiyet alabilir.

Sonuç

Yani milyonlarca korelatör:

  • Uydu alımını hızlandırır
  • Güç tüketimini azaltır
  • Kentsel kanyonlarda bile 3D düzeltmeyi kaybetme olasılığını azaltır
  • Yoğun ormanlarda ve hatta bazı tünellerde düzeltmelere izin vererek daha iyi hassasiyet sağlayın
  • Daha iyi konumlandırma hassasiyeti sağlar

Bazı düzeltmeler için borzakk'a teşekkürler .


12
+1, çünkü birden fazla oy kullanamıyorum. GPS'i şimdi çok daha iyi anlıyorum!
Daha Fazla Yorum Taşı Bağlantıya

2
Teşekkürler! Bu gerçekten tüm GPS sorularımı açıkladı .. İnanılmaz cevap!
Piotr Kula

“Bu bizi ilk önce 32 saniyelik soğuk bir başlangıcı ([…]) düzeltmek için zamanın olası en kötü senaryosunu ([…]) bırakıyor” vs. “Bir GPS alıcısının yapabileceği birçok varsayım var. Bu, sorunlu alanı basitleştirerek, jenerik 12 kanallı bir alıcının en kötü durumda, yaklaşık 1-3 dakika içinde bir düzeltme alabilmesini sağlar ”. Yanılıyor muyum yoksa burada farklı “en kötü durumlara” mı bakıyorsunuz (sinyal koşulları?) Ya da ilk ifadenin 32 dakika gibi bir şey ifade etmesi mi gerekiyor?
Jonas Schäfer

Bir uydu için @JonasWielicki.
Adam Davis

@AdamDavis Açıklama için teşekkürler. Yani ilk alıntı “bir uydu için düzeltme” ve ikincisini “tam konum düzeltme” için mi kullanıyor?
Jonas Schäfer

16

Uydu başına, frekans başına bir kanala ihtiyacınız var.

Ucuz alıcıların çoğu (telefonunuzdaki veya arabadakiler gibi) yalnızca GPS uydularından gelen L1 frekansını izler. Doğruluk istiyorsanız, iyonosferik gecikmeleri daha doğru bir şekilde belirlemek için her bir uydudan iki frekans izlemeniz gerekir. Kısmi engelli alanlarda daha iyi kapsama alanı istiyorsanız, sadece GPS uydularından daha fazlasını izlemeniz gerekir.

Halen yörüngede 32 GPS uydusu var, bunların 31'i geçen hafta itibariyle sağlıklıydı. Bir alıcı, yükseklik maskesi nedeniyle yarısından daha azını görecektir; bu, ufuktan 5 derecenin altındaki herhangi bir uyduyu görmezden geldiği anlamına gelir. Yükseklik maskesi daha yükseğe ayarlanabilir - 8 veya 10 derece yaygındır. Bu uyduların her biri hem L1 hem de L2 frekanslarında yayın yapıyor ve bir GPS uydusu şu anda L5'te yayın yapıyor (test modunda). Gelecekteki tüm GPS uyduları da L5'i destekleyecek ve sonunda normal ucuz alıcılarınız L1 yerine L5'i kullanacak. Ucuz cihazlarda L5'in L1'in yerini aldığını görmeden önce muhtemelen 2020 yılı olacak.

Rusya ayrıca GLONASS olarak bilinen küresel konumlandırma uydularının bir takımyıldızına sahiptir. Şu anda 27 GLONASS yörüngede oturmaktadır. Geçen hafta itibariyle 23 sağlıklı, 3 bakım modunda ve 1 işletme modunda. Tüm GLONASS uyduları iki frekansta yayınlanır - L1 ve L2.

Avrupa ve Çin de takımyıldızlar inşa ediyor.

WAAS düzeltme verilerini kullanmak istiyorsanız, SBAS için bir kanala ihtiyacınız vardır.

OmniStar veya Kanada'nın CDGPS'sini kullanmak istiyorsanız, bunun için bir kanala ihtiyacınız var.

En aşina olduğum alıcı aşağıdaki kanalları izler:

  • 14 GPS L1 kanalı
  • 14 GPS L2 kanalı
  • 6 GPS L5 kanalı
  • 12 GLONASS L1 kanalı
  • 12 GLONASS L2 kanalı
  • 2 SBAS kanalı (WAAS veya EGNOS)
  • 1 L-bandı kanalı (OmniStar veya CDGPS)

En yeni nesil yüksek uç alıcıların ayrıca Avrupa ve Çin takımyıldızları için ek kanalları var.


Bir alıcı tüm bu sinyallerin farklı kaynaklardan geldiğini gördüğünde, pozisyon doğruluğunu arttırır mı?
mmccoo

Aslında normal olarak, frekans başına, uydu başına 2 veya 3 korelatöre ihtiyacınız vardır. Sadece bir taneyle kilitlendiğini söyleyebilirsin ama en tepede olup olmadığını kolayca söyleyemezsin. 3 ile, sinyal tepesinin tam olarak olduğunu, birinin biraz öne ve birinin biraz gerisinde kaldığını düşündüğünüz birini çalıştırın, diğer değerlere bakarak tepe konumunda küçük ayarlamalar yapabilirsiniz.
Andrew,

4

Neden 12'den fazla kanal var?

Navigasyon alıcısının içindeki kanal sayısı kesinlikle bir pazarlama gösterisinden daha fazladır. Aynı türden farklı navigasyon sistemlerinden oluşan geniş bir yelpazeyi kullanmak için kaç veri ile başa çıkabileceğiniz ve ele almak istediğiniz soru. Lütfen bu uydu sistemlerinin çok çeşitli uygulamalar (gemi, araba, demiryolu ve uçak navigasyonu, jeodezi, zamanlama, yerin izlenmesi, binalar iyonosfer, hava durumu vb.) İçin yararlı olduğunu unutmayın. ..) ve dolayısıyla, alıcıların çeşitliliği (farklı kanalları destekleyen) geniştir.

Mevcut üst düzey jeodezik GNSS alıcıları (çoklu takımyıldız için), 216'dan fazla ve 440'a kadar kanalla birlikte gelir. Mobil uygulamalar için kullanılan alıcılar 66-200 kanal kullanıyor. Kanal sayısının da korelasyon sayılarıyla ilgisi olduğu belirtiliyor. Her kanalın kendi korelatör sayısı olabilir. Seach alanını azaltmak için bağdaştırıcıların sayısının iyi ve istikrarlı bir TTF elde etmek için ithalatçı olduğu doğrudur (ilk düzeltme zamanı).

Çok önemli - ve adam davis'in cevabı şöyle açıklanıyor: uydu başına sinyal başına bir kanala ihtiyacınız var. Navigasyon sinyallerinin tasarımı değiştiğinden (farklı singal gücü, modülasyon, bant genişliği vb.) Alıcıyı konum çözümünüz için eklemek istediğiniz herhangi bir navigasyon sistemi için yetenekli olacak şekilde hazırlamanız gerekir.

Farklı tür Navigasyon sistemlerine küçük bir genel bakış yapalım:

Seyrüsefer Sistemleri:

  • GPS (Amerika)
  • GLONASS (Rusya)
  • Beidou / COMPASS (Çin)
  • Galileo (Avrupa)

... ve dahası, aynı sinyal toplama tekniği ile kullanılabilecek aynı / benzer frekansları ve Navigasyon mesajları kullanan Artırma Sistemleri ve bölgesel navigasyon Sistemleri:

  • QZSS (bölgesel Sistem: Japonya, Yarı-sabit)
  • IRNSS (bölgesel sistem. Hindistan)
  • EGNOS (artırma sistemi Avrupa)
  • WAAS (artırma sistemi Amerika)
  • OMNISTAR (özel büyütme sistemi)

Öyleyse sayalım ve uydu başına / sinyal başına tartışma başına (eski) dönelim

  • GPS: L1, L2, L5 (L5, sinyalin içinde alt kanallar bulunduğundan 2 kat sayılır - örneğin I (faz içi) ve Q (dört kademe) bileşeni)
  • GLONASS: L1 L2 L3 (ayrıca GLONASS, kod bölmeli çoklu erişim (CDMA) sinyal toplama için alt kanalları kullanır)
  • Galileo (E1, E6 (güvenli sinyal), E5a E5b E5a + b (geniş bant sinyali))
  • lütfen her bir sistem için geçerli sinyal planına ve ayrıca alıcıya genel bakışa bakın (daha sonra okuma)

Eğer bir GPS Uydusunu L1 ve L2 ve L5a + b ile izlemek isterseniz, 4 kanala ihtiyacınız var. İlk düzeltme için, menüler olan 4 uyduya, herhangi bir fazlalık olmadan doğrudan bir poisiotn çözümü için 8 kanala ihtiyacınız var. Ne kadar çok GPS uydusu fazlalık (ve bütünlük) o kadar fazla olur. Hızlandırmak için: bu yapılandırmada sadece L1 / L2 ve L5'li 5 GPS Uydusunu izleyebilirsiniz. Benim anlayışım için zayıf bir çözüm. Ancak yalnızca L1 ölçümlerini göz önünde bulundurursanız - corse'dan daha çok, 12 uydu izleyebiliyorsunuz. Böylece, kanallar ne kadar fazla olursa, alıcı (veya temel bant işlemci) o kadar fazla çalışmalıdır. Bu, çipinizin kapasitesine aittir - ... ve kesinlikle uygulamanız için yararlı gözlem ve verilerin sayısı. Herhangi bir zamanda, tartışma şu şekilde olmalıdır:

  1. Başvurum için ne istiyorum?
  2. Güvenilir bir çözüm bulmak için kaç veriye ihtiyacım var?
  3. Güvenilir bir çözüm elde etmek için ne kadar işlem kabiliyetim var?
  4. Çözümümü ne kadar kontrol etmek istiyorum / kontrol etmek zorundayım?

daha fazla okumak için:


2

İlk cevap zaten çok iyi. Ekleyecek tek bir şeyim var. 2 yıldır GPS yazılımı üzerinde çalışıyorum, bir uyduyu izlemek için birinin 6 korelatöre ihtiyacı olduğunu biliyorum. Bunun nedeni, GPS uydu sinyalinin iki bileşene sahip olmasıdır (I ve Q dalları, sinüs ve kosinüs ile karmaşık bir sinyali temsil etmek üzere sıralanır). Her dal için, gecikmeli, zamanında ve gelişmiş bir sahte ve rasgele sayı dizileri üretilmeli ve uydu sinyali ile korelasyonları hesaplanmalıdır. Dolayısıyla, sadece L1 sinyali için 12 kanalın izlenmesi için, birinin 12 x 6 korelatöre ihtiyacı vardır. Ayrıca L2C, L5 veya Galileo'yu yapmak istiyorsanız, daha fazla korelatöre ihtiyacınız vardır.


1

Cevabı sen değilsin. En yeni u-Blox GPS ailesi ailesi gururla "2 milyondan fazla korelatörü olan yüksek performanslı GPS" ile gurur duyuyor. Bunun anlamı, tam olarak emin değilim ama satıcının teklif etmesi için iyi bir rakamdır!


Şimdi kötü bağlantı, Aralık 2018'de.
CrossRoad
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.