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 .