Câu trả lời rất phức tạp do cách hệ thống GPS vận hành, vì vậy tôi sẽ đơn giản hóa một số điều để bạn hiểu nguyên tắc, nhưng nếu bạn quan tâm đến cách nó thực sự được triển khai, bạn sẽ cần tìm một GPS tốt tài liệu tham khảo. Nói cách khác, những gì được viết dưới đây có nghĩa là cho bạn ý tưởng về cách thức hoạt động của nó, nhưng về mặt kỹ thuật thì sai ở một số khía cạnh. Dưới đây là không đủ chính xác để thực hiện phần mềm GPS của riêng bạn.
Lý lịch
Tất cả các vệ tinh truyền trên cơ bản cùng tần số. Họ đang đi trên tất cả các tín hiệu của nhau.
Vậy làm thế nào để máy thu GPS đối phó với điều này?
Đầu tiên, mỗi vệ tinh truyền một thông điệp khác nhau mỗi mS. Thông báo dài 1024 bit và được tạo bởi trình tạo số ngẫu nhiên giả.
Máy thu GPS nhận toàn bộ phổ của tất cả các máy phát, sau đó nó thực hiện một quá trình gọi là tương quan - nó tạo ra chuỗi cụ thể của một trong số các vệ tinh, nhân nó với đầu vào tín hiệu và nếu tín hiệu của nó khớp chính xác với tín hiệu của vệ tinh đã tìm thấy một vệ tinh. Sự pha trộn về cơ bản sẽ kéo tín hiệu của vệ tinh ra khỏi nhiễu và xác minh rằng 1) chúng ta có đúng trình tự và 2) chúng ta có thời điểm thích hợp.
Tuy nhiên, nếu nó không tìm thấy kết quả khớp, nó phải dịch chuyển tín hiệu của nó một bit và thử lại, cho đến khi nó trải qua tất cả các khoảng thời gian 1023 bit và không tìm thấy vệ tinh. Sau đó, nó chuyển sang cố gắng phát hiện một vệ tinh khác ở một thời kỳ khác.
Do sự dịch chuyển thời gian (1023 bit, 1.000 truyền mỗi giây), theo lý thuyết, nó hoàn toàn có thể tìm kiếm mã trong một giây để tìm (hoặc xác định không có gì) tại một mã cụ thể.
Do dịch chuyển mã (hiện có 32 mã PRN khác nhau, mỗi mã cho mỗi vệ tinh), do đó, có thể mất hơn 30 giây để tìm kiếm từng vệ tinh.
Hơn nữa, sự dịch chuyển doppler do tốc độ của vệ tinh so với tốc độ mặt đất của bạn, có nghĩa là cơ sở thời gian có thể bị dịch chuyển nhiều như +/- 10kHz, do đó cần phải tìm kiếm khoảng 40 lần dịch chuyển tần số khác nhau cho một bộ tương quan trước khi có thể từ bỏ một PRN cụ thể và thời gian.
Điều này có nghĩa là gì
Điều này khiến chúng ta gặp phải trường hợp xấu nhất có thể xảy ra (một vệ tinh trên không và chúng ta thử mọi thứ trừ trận đấu chính xác trước) để lần đầu tiên khắc phục sự khởi đầu lạnh (nghĩa là không có thông tin về thời gian hoặc vị trí của máy thu, hoặc vị trí của các vệ tinh) trong 32 giây, giả sử chúng ta không đưa ra bất kỳ giả định nào hoặc thực hiện bất kỳ thủ thuật thông minh nào, tín hiệu nhận được là tốt, v.v.
Tuy nhiên, nếu bạn có hai bộ tương quan, bạn đã giảm một nửa thời gian đó vì bạn có thể tìm kiếm hai vệ tinh cùng một lúc. Nhận 12 tương quan trong công việc và mất ít hơn một vài giây. Nhận một triệu tương quan và trên lý thuyết có thể mất vài mili giây.
Mỗi bộ tương quan được gọi là "kênh" vì mục đích tiếp thị. Điều đó không hoàn toàn sai - theo một nghĩa nào đó, bộ tương quan đang giải điều chế một tần số được mã hóa cụ thể tại một thời điểm, đó thực chất là những gì một máy thu radio làm khi bạn chuyển kênh.
Tuy nhiên, có rất nhiều giả định mà máy thu GPS có thể đưa ra, giúp đơn giản hóa không gian vấn đề sao cho máy thu 12 kênh chung có thể khắc phục, trong trường hợp xấu nhất, trong khoảng 1-3 phút.
Mặc dù bạn có thể sửa lỗi 3D bằng GPS 4 kênh, nhưng khi bạn mất tín hiệu GPS (vượt ra ngoài đường chân trời hoặc đi dưới cầu, v.v.) thì bạn mất sửa 3D và chuyển sang sửa 2D với ba vệ tinh trong khi một trong hai các kênh của bạn quay trở lại chế độ tương quan.
Bây giờ máy thu của bạn bắt đầu tải xuống các phù du và niên giám, cho phép người nhận tìm kiếm tín hiệu rất thông minh. Sau 12 phút hoặc lâu hơn, nó biết chính xác những vệ tinh nào sẽ được xem.
Vì vậy, việc tìm kiếm diễn ra khá nhanh chóng vì bạn biết vị trí và mã cho từng vệ tinh, nhưng bạn vẫn chỉ có bản sửa lỗi 2D cho đến khi bạn thực sự tìm thấy một vệ tinh mới.
Tuy nhiên, nếu bạn có bộ thu 12 kênh, bạn có thể sử dụng 4 trong số các kênh mạnh nhất để cung cấp bản sửa lỗi của mình, một số kênh để khóa các vệ tinh dự phòng để có thể chuyển đổi các tính toán cho chúng nếu cần và một số kênh để tiếp tục tìm kiếm các vệ tinh người nhận sẽ có thể nhìn thấy. Bằng cách này, bạn không bao giờ mất bản sửa lỗi 3D đầy đủ.
Vì bạn chỉ có thể nhìn thấy tối đa 12 vệ tinh, tại sao bạn cần nhiều hơn 12 kênh?
Có khoảng 24 vệ tinh GPS hoạt động tại bất kỳ thời điểm nào, điều đó có nghĩa là tại một điểm trên trái đất, bạn thực sự chỉ có thể nhìn thấy một nửa trong số chúng.
Nhưng hãy nhớ - bạn chỉ có thể tìm kiếm một vệ tinh trên mỗi bộ tương quan, vì vậy lý do chính để tăng bộ tương quan qua mười hai là để cải thiện thời gian sửa lỗi đầu tiên, và lý do chính để cải thiện đó là vì tiêu thụ điện năng.
Nếu chipset GPS của bạn phải được cấp nguồn mọi lúc, thì nó sẽ tiêu hao hết 100mW mọi lúc. Tuy nhiên, nếu bạn chỉ cần bật nó một lần mỗi giây chỉ với 10mS mỗi lần, thì bạn chỉ cần cắt mức tiêu thụ điện năng của mình xuống còn 1mW. Điều này có nghĩa là điện thoại di động, đèn hiệu vị trí, v.v. của bạn có thể hoạt động trong hai đơn hàng thời gian dài hơn trên cùng một bộ pin trong khi vẫn duy trì sửa chữa toàn bộ thời gian thực trên vị trí của chúng.
Hơn nữa, với hàng triệu bộ tương quan, người ta có thể thực hiện các tìm kiếm chính xác hơn có thể giúp giảm tác động của phản xạ vô tuyến trong các hẻm núi đô thị (các tòa nhà cao tầng ở các thành phố lớn được sử dụng để làm hỏng máy thu GPS với ít bộ tương quan hơn).
Cuối cùng, trong khi chỉ cần 4 vệ tinh để sửa lỗi 3D, các máy thu tốt sử dụng nhiều vệ tinh hơn trong thuật toán vị trí của nó để có được bản sửa lỗi chính xác hơn. Vì vậy, chỉ cần một bộ thu 4 kênh, nhưng bộ thu 12 kênh có thể có độ chính xác cao hơn.
Phần kết luận
Vì vậy, hàng triệu người tương quan:
- Tăng tốc độ thu thập vệ tinh
- Giảm tiêu thụ năng lượng
- Giảm khả năng mất bản sửa lỗi 3D ngay cả trong các hẻm núi đô thị
- Cung cấp độ nhạy tốt hơn, cho phép sửa chữa trong các khu rừng rậm rạp và thậm chí trong một số đường hầm
- Cung cấp độ chính xác định vị tốt hơn
Cảm ơn borzakk cho một số sửa chữa .