Tỷ lệ cập nhật cao nhất có thể đạt được cho một máy thu GPS dân sự là gì?

Tôi muốn biết tốc độ cập nhật tối đa có thể đạt được cho một máy thu GPS dân sự. Đặc biệt

Các máy thu phụ thuộc hoàn toàn vào các vệ tinh GPS (ví dụ: không bao gồm ước tính chuyển động dựa trên IMU để nội suy)
Giới hạn giả thuyết (nghĩa là không bao gồm các mối quan tâm về tính khả thi, ví dụ như sức mạnh xử lý)
Cập nhật tỷ lệ sau khi khóa (ví dụ: TTFF)

Các chip thu dân sự nhanh nhất mà tôi tìm thấy có tốc độ cập nhật 50Hz, chẳng hạn như Venus838FLPx.

Theo alex.forencich trong chuỗi stackexchange này , nó có thể "khá cao":

Thật khó để xác định tốc độ cập nhật vị trí trên các vệ tinh vì tất cả đều nằm trong máy thu. Các vệ tinh chỉ đơn giản truyền dữ liệu phù du quỹ đạo và thời gian trong ngày ở mức 50 bit mỗi giây và tốc độ chip CDMA là 1.023 MHz, tất cả đều được khóa chính xác theo tiêu chuẩn tần số nguyên tử. Bộ thu GPS duy trì khóa trên mã trải rộng CDMA và sử dụng mã đó để xác định thời gian chênh lệch đến giữa các vệ tinh. Bắt một khóa ở vị trí đầu tiên mất một lúc, nhưng sau đó vị trí có thể được cập nhật với tần suất khá cao. Tôi không chắc giới hạn trên là gì.

Và điều này tất nhiên không liên quan đến giới hạn tốc độ và độ cao của CoCom đối với máy thu dân sự .

Đó là những gì tôi đã tìm thấy.

gps gnss

— cộng đồng
nguồn

@ MarkoBuršič điều đó rõ ràng là sai. có nhiều giới hạn cứng. để bắt đầu với pha, điều đó rõ ràng mang đến cho bạn một giới hạn cứng đầu tiên (tần số của sóng mang). Sau đó, bạn có Cramer-Rao sẽ không cho phép bạn có độ chính xác đáng kể mà không tích lũy đủ quan sát. sau đó, tốc độ cập nhật cao tùy ý hoàn toàn không tương thích với dung lượng kênh của Shannon. Sau đó, do Planck / Heisenberg, do khả năng truy cập LO tiềm năng rất hạn chế, dẫn đến độ chính xác của vị trí bị hạn chế và tốc độ cập nhật hạn chế. Danh sách cứ kéo dài.

— Marcus Müller

Từ một cảm giác đặc biệt, tôi bắt đầu với khả năng Kênh của Shannon, vì dường như giới hạn khá khắc nghiệt khi xem xét băng thông thấp và SNR thấp có thể thực hiện được, ngay cả khi không có hiệu ứng khí quyển.

— Marcus Müller

Không có gì để chỉ ra tính toán vị trí GPS đáp ứng hoặc vượt quá đầu ra. Đầu ra có thể quá khổ vị trí.

— old_timer

Javad và Topcon đều tạo ra các máy thu với tốc độ cập nhật vị trí 100Hz. Đó là những thứ nhanh nhất tôi thấy thường có sẵn. Như những người khác đã lưu ý rằng hầu hết các nhà sản xuất bị giới hạn ở mức 20 hoặc 50Hz, có rất ít lợi ích trong thế giới thực trong việc chạy nhanh hơn vì vậy đối với hầu hết các ứng dụng, sẽ lãng phí thời gian và năng lượng của CPU để làm điều đó.

— Andrew

@winny Shannon ám ảnh những đêm không ngủ của tôi; Tôi cũng có thể cung cấp cho anh ấy tín dụng khi tín dụng đáo hạn: P

— Marcus Müller

Câu trả lời:

Yếu tố ràng buộc là lọc thông thấp sau khi phân tán. Nếu chúng ta giả sử mật độ công suất nhiễu -204dBW / Hz (~ 17 ° C temp), chúng ta chỉ có thể cho phép khoảng 25kHz băng thông tiếng ồn trước khi nó đạt công suất L1 -160dBW. Thời gian tích hợp của chúng tôi phải có ít nhất 1 / 25.000 giây để phát hiện tín hiệu từ nền nhiễu (giả sử ăng ten đa hướng). Đây là giới hạn lý thuyết cho tín hiệu cường độ đầy đủ.

Sản phẩm của thời gian tích hợp và băng thông vòng theo dõi phải nhỏ hơn đáng kể so với sự thống nhất để vòng lặp ổn định, do đó, tối đa băng thông 25kHz là có thể (trong các máy thu trong thế giới thực, bạn sẽ thường tìm thấy và ). Thời gian tương đối của tín hiệu thu được và bản sao cục bộ chỉ có thể thay đổi (có ý nghĩa) với tốc độ , khiến việc sửa vị trí thường xuyên hơn trở nên vô dụng. $T$ $B_n$ $T=10^{-3}s$ $B_n<=18Hz$ $B_n/2$

Bạn có thể gian lận bằng cách sử dụng ăng-ten định hướng, nhưng để tính toán góc phương vị và độ cao, vị trí ăng-ten của bạn cần phải được cố định và loại đó trái ngược với mục đích của hệ thống định vị.

Bây giờ trở lại với thực tế: rút ngắn thời gian tích hợp làm cho vị trí sửa chữa ồn ào hơn. Với ngân sách liên kết của một đơn vị ngoài giá, hơn 50 bản sửa lỗi là một sự lãng phí, trừ khi bạn có tín hiệu thực sự mạnh, tất cả những gì bạn nhận được là nhiễu (pha-). Và có một gánh nặng tính toán cao, nó sẽ ăn pin như địa ngục.

— Andreas
nguồn

Thoải mái . Tuy nhiên, một số yếu tố phức tạp: 1. Chúng ta có thể tăng băng thông "ảo" bằng cách quan sát nhiều hơn bốn vệ tinh tối thiểu; thông thường bạn sẽ tăng độ chính xác, không phải tốc độ, với điều đó. 2. Chúng ta có thể đẩy tầng tạp âm xuống bằng cách sử dụng phân tập máy thu; đó là một cách khá hạn chế, nhưng là một cách tương đối rẻ. Suy nghĩ về nó, 1. và 2. đều khai thác thông tin dư thừa trong hệ thống máy thu với nhiễu độc lập, vì vậy cả hai đều là các kỹ thuật đa dạng. Cả hai đều có rất nhiều ranh giới "hợp lý" của cái vẫn là một máy thu GPS duy nhất và không phải là hiệu ứng của phản ứng tổng hợp cảm biến.

— Marcus Müller

@ MarcusMüllerYes, Tăng độ chính xác cũng làm tăng tỷ lệ sửa lỗi có thể và do đó động lực học có thể theo dõi tối đa. Nhiều tín hiệu kết hợp giúp (L2), tương tự với các ăng ten mảng theo pha. Chúng tôi không còn nói chuyện "dân sự" ở đây.

— Andreas

Chà, sự đa dạng bằng cách thêm nhiều chuỗi máy thu sẽ tương đối đơn giản, so với giả sử giảm đáng kể con số tiếng ồn. Tôi khá chắc chắn rằng máy thu GPS 18Hz đã nằm trong những gì bạn phải điền vào biểu mẫu kiểm soát xuất khẩu.

— Marcus Müller

Tuyệt quá. Bây giờ tôi muốn xem lại việc triển khai SDR của máy thu GNSS. Và tôi không có thời gian ...

— Marcus Müller

@ MarcusMüller FWIW: Tôi chưa thấy> 10Hz trong COTS SMD IC, nhưng tốc độ giải pháp 5 và 10Hz là phổ biến theo như tôi biết.

— Morten Jensen

Máy thu GPS hoạt động bằng cách duy trì "mô hình" phần mềm bên trong vị trí của máy thu (và các dẫn xuất của vị trí). Bộ lọc Kalman thường được sử dụng để giữ cho mô hình này đồng bộ với thực tế, dựa trên dữ liệu thô đến từ các vệ tinh.

Tín hiệu từ mỗi vệ tinh thường được tích hợp trong 20 ms tại một thời điểm, bởi vì đây là khoảng thời gian bit của dữ liệu PSK đến từ vệ tinh. Điều này có nghĩa là mô hình được cập nhật thô về khoảng cách từ mỗi vệ tinh 50 lần một giây. Tuy nhiên, lưu ý rằng các cập nhật từ các vệ tinh khác nhau về cơ bản là không đồng bộ (tất cả chúng không xảy ra cùng một lúc), bởi vì độ dài đường dẫn từ vệ tinh trên đầu đến vệ tinh trên đường chân trời cũng ở mức 20 ms. Khi mỗi phép đo vệ tinh mới xuất hiện, mô hình bên trong được cập nhật với thông tin mới.

Khi máy thu GPS đưa ra thông báo cập nhật, dữ liệu trong tin nhắn sẽ đến từ kiểu máy. Người nhận có thể cập nhật mô hình bao nhiêu lần tùy thích và cũng xuất ra thông báo vị trí bao nhiêu lần tùy thích. Tuy nhiên, kết quả là phép nội suy đơn giản - không có thông tin mới nào được chứa trong các thông báo đầu ra bổ sung. Băng thông thông tin bị hạn chế bởi tốc độ đo các vệ tinh thô được đưa vào bộ lọc.

Như Andreas lưu ý , có tốc độ tin nhắn đầu ra cao KHÔNG có nghĩa là bạn có thể theo dõi động lực thu cao hơn. Nếu bạn phải theo dõi động lực thu cao, bạn phải sử dụng các nguồn thông tin khác như IMU. Trong hệ thống "kết hợp chặt chẽ", dữ liệu IMU cập nhật cùng một kiểu bên trong mà máy thu GPS đang sử dụng, cho phép IMU "hỗ trợ" theo dõi các tín hiệu GPS riêng lẻ.

Có một khía cạnh kinh tế cho câu hỏi. Hầu hết các máy thu GPS "dân sự" đều bị hạn chế về chi phí và do đó, chỉ có đủ năng lượng CPU (và năng lượng pin) được sử dụng để đáp ứng các yêu cầu về tốc độ cập nhật cho ứng dụng trong tay (ví dụ: điều hướng xe hơi hoặc điện thoại di động). Tốc độ cập nhật một lần một giây (hoặc ít hơn) là quá đủ cho hầu hết các ứng dụng như vậy. Các ứng dụng "quân sự" cần tỷ lệ cập nhật cao hơn có ngân sách cao hơn cho vật liệu và sức mạnh. Các máy thu GPS có giá tương ứng, mặc dù phần cứng máy thu thực tế về cơ bản là giống nhau, ngoại trừ có thể sử dụng CPU mạnh hơn.

— Dave Tweed
nguồn

Vâng, như bạn đã nói và tôi nghĩ có thể đáng nhấn mạnh: tốc độ cập nhật cao hơn thường đến từ phản ứng tổng hợp dữ liệu cảm biến với các cảm biến khác. Những thứ như la bàn chính xác và gia tốc kế thường là chi phí khổng lồ trong IMU mà bạn không thường mua nếu bạn không bay ở tốc độ cao. Ý tôi là, nghiêm túc, một Kalman, thậm chí là một bản sửa đổi rộng rãi, có lẽ không phải là vấn đề đối với một vi điều khiển có FPU chạy ở tốc độ 100 MHz. Thuật toán và đó là thông số, kiến thức hiệu chuẩn và tích hợp là những gì các nhà sản xuất sẽ khiến bạn phải trả tiền (ngoài các cảm biến đắt tiền)

— Marcus Müller