Akıllı telefon GPS neden konumunu bir GPS modülünden daha hızlı buluyor?

Arduino GPS modülünü kullanırken, veri göndermeye başlaması genellikle birkaç dakika sürer. Ve bir süredir uyduları "dinlemeleri" gerektiğinden, genellikle tüm GPS modülleriyle ilgili olduğu anlaşılıyor. Ancak ne zaman telefonumun dahili GPS'sini kullanırsam, birkaç saniye içinde konumunu bulur. Neden?

İlk düzeltme zamanını etkileyen birkaç şey var (TTFX) .

1. Almanak ve efemeris elde etmek. Bu iki şey teknik olarak birbirlerinden biraz farklıdır, ancak amaçlarımız için onlara aynı şekilde davranacağız. Onlar uyduların yerleridir ve kendi konumunuzu bulmak için nerede olduklarını bilmeniz gerekir. Her uydu, her 12 dakikada bir kabaca her şeyi iletir. Böylece, tek kanallı bir alıcı ve iyi bir sinyal ile tamamen soğuk bir başlangıçtan sonra, TTFX en az 12 dakika olacaktır. İşleri hızlandırabilirsin:

   • Bunun yerine internetten indirme - telefonlar için genellikle iyi bir seçimdir. Almanak ve efemrerileri bu şekilde indirmek MSB Destekli GPS olarak bilinir.
   • Almanakayı son zamanlardan hatırlamak (haftalarca iyi) ve sadece efemerileri indirmek.
   • Cihazda birden fazla alıcı kanal olması sayesinde aynı anda birden fazla uydu dinleyebilirsiniz. Şanzımanlar bu işi yapmak için kademeli ve biraz titizlikle efemerileri çok fazla zaman kazandıran bir almanak olmadan kullanabilirsiniz. Bugünlerde piyasadaki modüllerin büyük çoğunluğunda birden fazla kanal var, bu yüzden hala 12 dakikaya ihtiyaç duyan birini bulmak nadirdir.

2. Uyduları belirleme. İyi bir düzeltme elde etmek için en az üç uydu, tercihen daha fazlasını dinlemeniz gerekir, ancak her alıcı (bağdaştırıcılar olarak bilinir) bir seferde yalnızca bir taneye ayarlanabilir. Kabaca nerede olduğunuzu, saatin kaç olduğunu ve zaten bir almanak olduğunu biliyorsanız, hangi uyduları görebileceğinizi tahmin edebilirsiniz. Telefonlar kabaca nerede wifi veya bluetooth sinyallerini tanıdıklarını, hangi hücre kulelerini kullandıklarını ve diğer kaynakları bildiklerini bilmek eğilimindedir. Düzenli olarak çok doğru zaman güncellemeleri de alırlar, bu nedenle genellikle doğru uydu için doğrudan gidebilirler. Hem telefonlar hem de daha büyük modüller en son ne zaman ve nerede kullanıldıklarını hatırlayabilir ve bunu başlatmak için kullanabilir.

3. Korelasyon sayısı. GPS sinyallerinin gürültüsüz sinyalinin çok düşük olmasından dolayı, bunları almak için özel bir donanıma ihtiyacınız var. Bazı alıcılar yalnızca bir taneye sahiptir ve uyduları döndürmek zorundadır. Diğerleri daha var ve bir kerede daha fazla dinleyebilirsiniz. Zaten almanak / efemerise sahip olsanız ve nerede olduğunuzu bilseniz bile, daha fazla korelatör daha hızlı bir şekilde tamir etmenize yardımcı olacaktır. Daha fazlasının her zaman daha iyi olduğunu düşünebilirsiniz, ancak daha fazlası maliyeti ve güç tüketimini arttırır. Bazı telefonlar ve modüller diğerlerinden daha fazladır.

4. Sinyal ve antenler. Eğer bunlara giren iyi bir sese-sinyaliniz varsa, korelatörler işlerini daha hızlı yapacaktır. Çok zayıf sinyaller hiç çalışmayabilir. İyi bir anten tasarımı, amplifikatör, gökyüzü manzarası ve iyi PCB düzeni fark yaratabilir. Bazı modüller kutudan çıkarılabilir ve bir anten takılıyken daha iyi çalışabilir.

5. Kullanılabilir uydu sayısı. Orada iki büyük uydu takımyıldızı var, GPS (ABD tarafından yönetiliyor) ve GLONASS (Rusya tarafından yönetiliyor). Yapım aşamasında daha fazlası da var: Galileo (AB) ve BeiDou-2 (Çin) ve bazıları Hindistan'ın NAVIC veya BeiDou-1 gibi yerel kapsama sahip. Birden fazla takımyıldızdan gelen uydularla çalışabilen bir alıcı, seçilebilecek daha fazla uyduya sahiptir ve daha hızlı ve daha doğru bir düzeltme alır.

6. Korelatörlerin kalitesi. Yeni donanım tasarımları eskilerinden daha iyidir ve gürültülü bir sinyalde GPS mesajının parçalarını daha iyi seçebilir. Telefonların yapabileceği bir başka numara, sinyal parçalarını yakalamak ve onları internet üzerinden bir sunucuya çok iyi bir yazılım bağdaştırıcısı ile iletmek ve almanak / efemeris'i incelemek için tamamlamak. Bu, MSA Destekli GPS olarak bilinir.

7. Bazı telefonlar (ve hatta birkaç modül), uzun bir TTFX'i önlemek veya gizlemek için biraz sinsi püf noktaları da kullanabilir. Her zaman açık olduklarından, kullanıcıya konumu ve efemeris'i kabaca güncel tutabilmeleri için GPS’e kısaca bakabilirler. Diğerleri hala gerçek bir düzeltme için beklerken yakın zamanda bir pozisyon görüntüleyebilir - ki bu çoğu zaman iyi bir TTFX'e benziyor, ancak pozisyonun çok yanlış olduğu ortaya çıktığında kötü görünüyor.

Yukarıdaki 1 numaralı nokta, en fazla fark yaratan şeydir ve genellikle temel modüller, daha gelişmiş modüller ve telefonlar arasında farklı olan anahtar şeydir. Diğerleri genellikle daha küçük bir fark yaratır, ancak aslında çok karmaşık bir şey olabilir. Daha fazla okumak istiyorsanız, "ilk önce GPS zamanını bulma" ifadesi aranacak terimdir.

Cep telefonu işletim sistemi, GPS almanak verilerini (uydu efemerisi ve durum bilgisi) internet üzerinden hücre ağı üzerinden indirir ve GPS modülüne doğrudan GPS uydularından 50 bps hızında indirmek için gerekenden çok daha hızlı bir şekilde yükler. evet, bu saniyede 50 bit, GPS, çok düşük SNR'de operasyon için optimize edilmiş oldukça eski bir teknolojidir , ilk düzeltmenin süresini önemli ölçüde hızlandırır. Buna Yardımlı GPS denir. Muhtemelen hücre modeminden (hücre kuleleri genellikle GPS ile senkronize edilmiştir) ve hücre modeminden tahmin edilen kaba bir konumdan çok kesin bir başlangıç ​​zamanı referansına sahiptir. Bunların tümü, alıcının yapması gereken arama miktarını önemli ölçüde azaltır - hangi uyduları görmesi gerektiğini bilir, bu nedenle yalnızca onları arar ve uyduların yayınlanmasını beklemek zorunda kalmaz Mesajın tamamı

Diğer cevaplar zaten "nasıl" ve "neden" i açıkladı, bu yüzden benim için kalan tek şey "ne": A-GPS (yardımlı GPS, bazen hızlandırılmış veya artırılmış GPS olarak da adlandırılıyor) .

Başka bir deyişle: bir telefonun GPS hızlı bir "GPS GPS'ini" den çalışır sebeplerinden telefon olmasıdır değildir "GPS" kullanarak, bu aGPS kullanıyor.

Buradaki cevabın bir kısmı cep telefonu GPS'inin sadece GPS olmadığıdır. Hücre ayrıca, cep telefonu kulelerinin üçgenlenmesi ve wifi ağlarının görünürlüğü gibi coğrafi konum için diğer bilgileri kullanır. Örneğin, iPad Air’in hücresel olmayan sürümü gerçek GPS’e sahip değil, ancak bu teknikleri kullanarak yerleşik alanlarda nerede olduğunuzu hala biliyor.

Sadece eski alıcılar veri beklerken neler olup bittiğine dair biraz daha ayrıntılı bilgi vermek istedim. Başka bir deyişle, bu almanak (ve hatırlanan konum) neden bu kadar yararlı?

GPS sinyalleri çok zayıf. Mesafe göz önüne alındığında, sinyal dünyaya ulaştığında gürültü tabanının oldukça altındadır. Doğru frekansla bir kapsam taraması izliyorsanız, uyduyu doğrudan doğrudan algılayamazsınız.

Alıcının bilgi alma şekli, gelen sinyali belirli bir paternle (bir FFT korelasyonu ile) karşılaştırarak elde edilmesidir. Doğru desen kullanılırsa, o zaman korelasyon sıraya ve veri görülebilir.

Basit, eski tip bir alıcının bu noktaya gelmesi için cihazın korelatöründen iki şey gerekir: uydudan gelen mesajın frekansı ve mesajın aşaması (kalıpları sıralar). Bunlardan herhangi biri yanlışsa, o zaman korelasyon başarısız olur ve hiçbir şey tespit edilmez. Uyduların hareketleri, alınan sinyalin nispeten büyük Doppler kaymalarına maruz kaldığı anlamına gelir.

Bir almanak yerinde ve mevcut konum ve zaman hakkında iyi bir fikir sahibi olan alıcı, Doppler kaymasının çoğunu ortadan kaldırmak ve frekansa biraz yaklaşmak için uydu ve alıcının göreceli hareketlerini tahmin edebilir. Bu, korelatörün genellikle sadece sinyal paterni için farklı aşamaları deneyerek bir hit bulabileceği anlamına gelir. Bu faz-uzay araması birkaç saniye içinde yapılabilir.

Eğer almanak eksikse veya mevcut konum ve zamanın bir tahmini bulunmuyorsa, sistemin her bir uydudan veri almak için farklı aşamaları ve farklı frekansları denemesi gerekir. Şimdi iki farklı boyutta arama yapmak zorunda kaldıklarında, çok kanallı bir sistemin bile 3 uyduyu kaba kuvvetle "bulması" birkaç dakika sürebilir.

Modern yonga setleri, A-GPS olmasa bile, aramayı hızlandırmak için ek sinyallerden ve birçok paralel karşılaştırıcıdan yararlanabilir. Bir Arduino kalkanına taktığınız yonga setinin muhtemelen daha eski / daha ucuz olduğundan ve bu yeni özellikleri kullanmayacağından şüpheleniyorum.

ABD'de FCC, cep telefonu operatörlerinin 11 Eylül 2012 tarihine kadar ilk telefon görüşmesinin 6 dakika içinde acil servisleri ararken 300 metreye kadar arayan bir kişinin yerini belirleyebilmesini gerekli kılmıştır .

Bu, önceki yıllarda kademeli olarak aşamalıydı ve sonraki yıllarda yer raporuna hem uzak hem de zamanda gereklilik sıkılaştırıldı.

Cep telefonu şirketleri, yalnızca bir veya iki hücresel kulenin cep telefonuyla temas halinde olduğu uzak alanlarda veya telefonun birkaç kulesi olmasına rağmen yansımaların ve bina yoğunluğunun konumu engellediği kentsel ortamlarda bunu garanti edemedi. GPS yongaları, cep telefonunun hala ticari olarak uygulanabilir olması için yeterince düşük bir güçte gerekli zaman çerçevesi içinde bunu sağlayamadı (şartın getirildiği sırada. Yonga setleri, artık gereklilik nedeniyle, artık çok daha fazla güç verimli ve hızlıdır) Her telefonun bir GPS yonga setinin bir kısmını veya tamamını içerdiğini Ayrıca, GPS yonga setleri diğer telefon bileşenlerine göre çok pahalıydı.

Bu yüzden hepsi Destekli GPS için "AGPS" takma adı altında kalan birkaç farklı rekabet sistemi yarattılar.

Bu çeşitli AGPS sistemlerinin arkasında çalışan teknoloji, bazen büyük ölçüde farklılık gösterir.

En ucuz hücresel AGPS sistemleri, GPS RF sinyalinin birkaç milisaniyesini kaydeder, ardından telefonun yaklaşık konumunu bilerek, bu GPS RF pasajını çok daha doğru bir konum belirlemek için kullanabilir. Bu telefonlar, iyi bir hücresel bağlantı olmadan GPS koordinatlarını alamazlar.

Bazılarında tam GPS yonga setleri bulunur, ancak telefonun onlara yonga setinin saniyeler içinde sabitlenmesini sağlayan iki bilgi parçası olan almanak ve efemeris sağlamasına izin verir - daha sonra pozisyon sonuçlarını üretmek için normal yöntemlerini kullanır. Zaman verilen bu telefonlar, şebekelerinden bağımsız olarak konum alabilirler.

Çoğu GPS yonga seti, bunlara efemeris ve almanak bilgilerini yüklemenizi sağlar, böylece arduino cihazınızın internet bağlantısı varsa ve bir AGPS sunucusuna erişiminiz varsa, GPS düzeltmenizi benzer şekilde hızlandırabilirsiniz. Bununla birlikte, çoğu proje için, GPS alıcısının sağ tarafına sadece bir lityum madeni para hücreli batarya eklenmesi, son almanak ve efemeris güncellemesini korumasını sağlar ve değişiklikler kısa süre içinde küçük olduğu için, ilk düzeltmeyi büyük ölçüde hızlandırır. Cihaz binlerce mil hareket etmediği ve birkaç günde bir açık olduğu sürece.