Có bao nhiêu kênh GPS có ý nghĩa?


77

Bạn cần 4 kênh để xác định vị trí của mình (bao gồm cả độ cao) và tôi có thể hiểu rằng một vài kênh phụ tăng độ chính xác. Tuy nhiên, có tối đa 12 vệ tinh trong tầm nhìn bất cứ lúc nào, vậy tại sao máy thu có nhiều kênh hơn? Tôi đã thấy các máy thu có 50 hoặc thậm chí 66 kênh , nhiều hơn số lượng vệ tinh.
Tôi không thấy bất kỳ lợi thế nào trong sự bùng nổ số lượng kênh này, trong khi tôi cho rằng nó làm tăng mức tiêu thụ năng lượng của máy thu.
Vậy, tại sao tôi cần 66 kênh?


Bây giờ glonass ở đây cần thiết hơn để sử dụng hệ thống russias. Hơn cả nước Mỹ để cả hai cũng đưa ra giải pháp tốt hơn cho phương tây.

Mặc dù nó có ý nghĩa GLONASS sẽ cần nhiều kênh hơn, một số chi tiết / tài liệu tham khảo bổ sung sẽ tốt. Nó có thể là một câu trả lời thực sự tốt nếu nó mô tả tần số GLONASS (mà tôi cho là khác nhau) và cách chúng khớp với nhau.
PeterJ

Câu trả lời:


115

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 .


12
+1 chỉ vì tôi không thể bỏ phiếu nhiều lần. Tôi hiểu GPS tốt hơn nhiều bây giờ!
Di chuyển thêm bình luận Liên kết đến đầu

2
Cảm ơn! Điều này thực sự giải thích tất cả các câu hỏi GPS của tôi .. Câu trả lời tuyệt vời!
Piotr Kula

Tuy nhiên, điều này khiến chúng ta có một tình huống xấu nhất có thể xảy ra ([Mạnh]) về lần đầu tiên khắc phục sự khởi đầu lạnh ([Tiết]) trong 32 giây. Tuy nhiên, có rất nhiều giả định mà một máy thu GPS có thể đưa ra. , điều đó đơn giản hóa không gian vấn đề sao cho bộ thu 12 kênh chung có thể khắc phục, trong trường hợp xấu nhất, trong khoảng 1-3 phút. Điều đó không có ý nghĩa nhiều. Có phải tôi đang nhầm lẫn hay bạn đang xem xét các trường hợp xấu nhất khác ở đây (đây là điều kiện tín hiệu?) Hay là tuyên bố đầu tiên được cho là có ý nghĩa gì đó như 32 phút?
Jonas Schäfer

@JonasWielicki cho một vệ tinh.
Adam Davis

@AdamDavis Cảm ơn đã làm rõ. Vì vậy, trích dẫn đầu tiên là đề cập đến bản sửa lỗi cho một sattelite và thứ hai cho bản sửa lỗi vị trí đầy đủ của Cameron?
Jonas Schäfer

16

Bạn cần một kênh, mỗi tần số, mỗi vệ tinh.

Hầu hết các máy thu giá rẻ (như điện thoại trong xe hơi hoặc xe hơi của bạn) chỉ theo dõi tần số L1 từ chỉ các vệ tinh GPS. Nếu bạn muốn độ chính xác, bạn cần theo dõi hai tần số từ mỗi vệ tinh để xác định chính xác hơn độ trễ tầng điện ly. Nếu bạn muốn vùng phủ sóng tốt hơn trong các khu vực có vật cản một phần, bạn cần theo dõi nhiều hơn chỉ là các vệ tinh GPS.

Hiện tại có 32 vệ tinh GPS trên quỹ đạo, 31 trong số đó vẫn khỏe mạnh vào tuần trước. Một người nhận sẽ nhìn thấy ít hơn một nửa trong số họ do mặt nạ độ cao, có nghĩa là nó bỏ qua bất kỳ vệ tinh nào dưới 5 độ so với đường chân trời. Mặt nạ độ cao có thể được đặt cao hơn - 8 hoặc 10 độ là phổ biến. Mỗi vệ tinh đó phát trên cả tần số L1 và L2 và một vệ tinh GPS hiện đang phát trên L5 (ở chế độ thử nghiệm). Tất cả các vệ tinh GPS trong tương lai cũng sẽ hỗ trợ L5 và cuối cùng các máy thu giá rẻ thông thường của bạn sẽ sử dụng L5 thay vì L1. Nó có thể sẽ là năm 2020 trước khi bạn thấy L5 thay thế L1 trên các thiết bị giá rẻ.

Nga cũng có một chòm sao vệ tinh định vị toàn cầu được gọi là GLONASS. Hiện tại có 27 sats GLONASS trên quỹ đạo. Tính đến tuần trước, 23 người khỏe mạnh, 3 người đang ở chế độ bảo trì và 1 người đang ở chế độ vận hành. Tất cả các vệ tinh GLONASS phát trên hai tần số - L1 và L2.

Châu Âu và Trung Quốc cũng đang xây dựng các chòm sao.

Nếu bạn muốn sử dụng dữ liệu hiệu chỉnh WAAS, bạn cần một kênh cho SBAS.

Nếu bạn muốn sử dụng CDGPS của OmniStar hoặc Canada, bạn cần một kênh cho việc đó.

Người nhận tôi quen thuộc nhất với việc theo dõi các kênh sau:

  • 14 kênh GPS L1
  • 14 kênh GPS L2
  • 6 kênh GPS L5
  • 12 kênh GLONASS L1
  • 12 kênh GLONASS L2
  • 2 kênh SBAS (WAAS hoặc EGNOS)
  • Kênh 1 băng tần L (OmniStar hoặc CDGPS)

Thế hệ mới nhất của máy thu cao cấp cũng có các kênh bổ sung cho các chòm sao châu Âu và Trung Quốc.


Khi một người nhận thấy tất cả các tín hiệu này đến từ các nguồn khác nhau, nó có cải thiện độ chính xác của vị trí không?
mmccoo

Trên thực tế, bạn thường cần 2 hoặc 3 bộ tương quan cho mỗi tần số, mỗi vệ tinh. Chỉ với một bạn có thể nói rằng bạn đang bị khóa nhưng bạn không thể dễ dàng biết mình có đúng lúc cao điểm hay không. Với 3 bạn chạy một chính xác nơi bạn nghĩ là đỉnh tín hiệu và một phía trước và một chút phía sau, bằng cách nhìn vào các giá trị khác, bạn có thể thực hiện các điều chỉnh nhỏ cho vị trí đỉnh.
Andrew

4

Tại sao hơn 12 kênh?

Số lượng kênh bên trong một bộ thu Điều hướng chắc chắn không chỉ là một trò đùa tiếp thị. Đó là câu hỏi có bao nhiêu dữ liệu bạn có thể và muốn xử lý để sử dụng phổ rộng các hệ thống điều hướng khác nhau cùng loại. Xin lưu ý rằng hệ thống vệ tinh này hữu ích cho rất nhiều ứng dụng (tàu -, ô tô, đường sắt và máy bay, trắc địa, thời gian, giám sát trái đất, tầng điện ly, dự báo thời tiết, v.v. ..) và do đó, sự đa dạng của các máy thu (hỗ trợ các kênh khác nhau) rất rộng.

Các máy thu GNSS trắc địa cao cấp hiện tại (dành cho nhiều chòm sao) xuất hiện với hơn 216 và lên tới 440 kênh. Máy thu được sử dụng cho các ứng dụng di động sử dụng 66-200 kênh. Số lượng kênh cũng cần lưu ý với số lượng tương quan. Mỗi kênh có thể có số lượng tương quan riêng của mình. Đúng là số lượng các bộ tương quan để giảm không gian tìm kiếm được nhập khẩu để có được một TTF tốt và ổn định (thời gian sửa lỗi đầu tiên).

Rất quan trọng - và điều đó được mô tả trong câu trả lời của adam davis: bạn cần một kênh cho mỗi tín hiệu trên mỗi vệ tinh. Vì thiết kế của các tín hiệu điều hướng khác nhau (cường độ khác nhau, điều chế, băng thông, v.v.), bạn phải chuẩn bị máy thu để có khả năng cho bất kỳ hệ thống điều hướng nào bạn muốn thêm cho giải pháp vị trí của mình.

Hãy tạo một cái nhìn tổng quan nhỏ về các loại hệ thống Điều hướng khác nhau:

Hệ thống định vị:

  • GPS (Mỹ)
  • GLONASS (Nga)
  • Beidou / COMPASS (Trung Quốc)
  • Galileo (Châu Âu)

... và các hệ thống tăng cường furhtermore và Hệ thống điều hướng khu vực, sử dụng các tần số và thông điệp điều hướng giống nhau / tương tự, có thể được sử dụng bởi cùng một kỹ thuật thủy hóa tín hiệu:

  • QZSS (Hệ thống khu vực: Nhật Bản, văn phòng phẩm)
  • IRNSS (Hệ thống khu vực. Ấn Độ)
  • EGNOS (hệ thống tăng cường Châu Âu)
  • WAAS (hệ thống tăng cường Mỹ)
  • OMNISTAR (hệ thống tăng cường riêng)

Vì vậy, hãy đếm và quay lại cuộc thảo luận về vệ tinh / mỗi tín hiệu (exzerpt):

  • GPS: L1, L2, L5 (L5 đếm 2 lần vì có các kênh con bên trong tín hiệu - ví dụ thành phần I (cùng pha) và Q (quadphase))
  • GLONASS: L1 L2 L3 (cũng GLONASS sử dụng các kênh con để phân chia tín hiệu đa truy nhập (CDMA) phân chia mã)
  • Galileo (E1, E6 (tín hiệu an toàn), E5a E5b E5a + b (tín hiệu băng rộng))
  • vui lòng tham khảo kế hoạch tín hiệu hiện tại cho từng hệ thống và cả tổng quan về người nhận (đọc furhter)

Vì vậy, nếu bạn muốn theo dõi một Vệ tinh GPS với L1 và L2 và L5a + b, bạn cần 4 kênh. Đối với lần sửa đầu tiên, bạn cần 4 vệ tinh mà menas, bạn chỉ cần 8 kênh cho giải pháp poisiotn trực tiếp mà không có bất kỳ sự dư thừa nào. Càng nhiều vệ tinh GPS thì càng dư thừa (và toàn vẹn). Để tăng tốc: trong cấu hình này, bạn chỉ có thể theo dõi 5 Vệ tinh GPS với L1 / L2 và L5. Đối với sự hiểu biết của tôi một giải pháp yếu. Nhưng nếu bạn chỉ xem xét các phép đo L1 - hơn là corse, bạn có thể theo dõi 12 vệ tinh. Vì vậy, càng nhiều kênh thì bộ thu (hoặc bộ xử lý băng cơ sở) càng phải hoạt động. Điều này thuộc về khả năng của chip của bạn - ... và chắc chắn là số lượng quan sát và dữ liệu hữu ích cho ứng dụng của bạn. Bất cứ lúc nào, sự chuẩn bị phải là:

  1. Tôi muốn gì cho ứng dụng của tôi?
  2. Tôi cần bao nhiêu dữ liệu để có được một giải pháp đáng tin cậy?
  3. Tôi có bao nhiêu khả năng xử lý để có được giải pháp đáng tin cậy?
  4. Bao nhiêu tôi muốn / phải kiểm soát giải pháp của tôi?

để đọc thêm:


2

Câu trả lời đầu tiên là rất tốt. Tôi chỉ có một điều để thêm. Đã làm việc trên phần mềm GPS được 2 năm, tôi biết rằng để theo dõi một vệ tinh, một người cần 6 hệ số tương quan. Đó là bởi vì tín hiệu vệ tinh GPS có hai thành phần (nhánh I và Q, giống như thể hiện một tín hiệu phức tạp bằng sin và cos). Đối với mỗi chi nhánh, người ta phải tạo ra một chuỗi số giả ngẫu nhiên, đúng thời gian và nâng cao và tính toán tương quan của chúng với tín hiệu vệ tinh. Vì vậy, để theo dõi 12 kênh cho tín hiệu L1, người ta cần 12 x 6 bộ tương quan. Nếu bạn cũng muốn làm L2C, L5 hoặc Galileo, bạn cần nhiều bộ tương quan hơn.


1

Câu trả lời là bạn không. Dòng máy thu GPS mới nhất của u-Blox tự hào về "GPS hiệu suất cao với hơn 2 triệu bộ tương quan". Điều đó có nghĩa là tôi không thực sự chắc chắn nhưng nó là một con số tốt để nhân viên bán hàng báo giá!


Liên kết xấu ngay bây giờ, vào tháng 12 năm 2018.
CrossRoads
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.