Berapa banyak saluran GPS yang masuk akal?

Anda memerlukan 4 saluran untuk menentukan posisi Anda (termasuk ketinggian), dan saya dapat memahami bahwa beberapa saluran tambahan meningkatkan akurasi. Namun, ada maksimum 12 satelit yang dapat dilihat kapan saja, jadi mengapa memiliki penerima dengan lebih banyak saluran? Saya telah melihat receiver dengan 50 atau bahkan 66 saluran , itu lebih dari jumlah satelit.
Saya tidak melihat keuntungan apa pun dalam ledakan jumlah saluran ini, sementara saya menganggap itu meningkatkan konsumsi daya receiver.
Jadi, mengapa saya perlu 66 saluran?

Jawabannya rumit karena cara sistem GPS beroperasi, jadi saya akan menyederhanakan beberapa hal sehingga Anda memahami prinsipnya, tetapi jika Anda tertarik pada bagaimana itu benar-benar diterapkan, Anda harus mencari GPS yang bagus. referensi. Dengan kata lain, apa yang ditulis di bawah ini dimaksudkan untuk memberi Anda gambaran tentang cara kerjanya, tetapi dalam beberapa hal secara teknis salah. Di bawah ini tidak cukup benar untuk mengimplementasikan perangkat lunak GPS Anda sendiri.

Latar Belakang

Semua satelit mentransmisikan pada dasarnya frekuensi yang sama. Mereka secara teknis berjalan di atas sinyal satu sama lain.

Jadi bagaimana penerima GPS menangani ini?

Pertama, setiap satelit mengirimkan pesan yang berbeda setiap mS. Pesannya panjangnya 1024 bit, dan dihasilkan oleh generator angka acak semu.

Penerima GPS menerima seluruh spektrum dari semua pemancar, kemudian melakukan proses yang disebut korelasi - ia menghasilkan urutan spesifik dari salah satu satelit, mengalikannya dengan input sinyal, dan jika sinyalnya cocok dengan sinyal satelit tepat maka korelasinya telah menemukan satu satelit. Pencampuran pada dasarnya menarik sinyal satelit dari kebisingan, dan memverifikasi bahwa 1) kami memiliki urutan yang tepat dan 2) kami memiliki waktu yang tepat.

Namun, jika belum menemukan kecocokan, ia harus menggeser sinyalnya satu bit dan mencoba lagi, sampai melewati semua periode 1023 bit dan belum menemukan satelit. Kemudian beralih ke mencoba mendeteksi satelit yang berbeda pada periode yang berbeda.

Karena pergeseran waktu (1023 bit, 1.000 transmisi per detik), secara teori dapat sepenuhnya mencari kode dalam satu detik untuk menemukan (atau menentukan tidak ada apa-apa) pada kode tertentu.

Karena pergeseran kode (saat ini ada 32 kode PRN yang berbeda, masing-masing satu untuk setiap satelit) karena itu dapat memerlukan waktu 30+ detik untuk mencari setiap satelit.

Lebih jauh, pergeseran doppler karena kecepatan satelit relatif terhadap kecepatan gerak Anda, berarti bahwa timebase dapat digeser sebanyak +/- 10 kHz, oleh karena itu memerlukan pencarian sekitar 40 pergeseran frekuensi yang berbeda untuk korelator sebelum dapat menyerah pada PRN dan waktu tertentu.

Apa artinya ini?

Ini membuat kami dengan skenario terburuk yang mungkin terjadi (satu satelit di udara, dan kami mencoba segalanya kecuali yang paling cocok terlebih dahulu) dari waktu untuk memperbaiki awal yang dingin (yaitu, tidak ada informasi tentang waktu atau lokasi penerima, atau lokasi satelit) selama 32 detik, dengan asumsi kami tidak membuat asumsi, atau melakukan trik pintar, sinyal yang diterima baik, dll.

Namun, jika Anda memiliki dua korelator, Anda baru saja membagi dua waktu itu karena Anda dapat mencari dua satelit sekaligus. Dapatkan 12 korelator dalam pekerjaan dan itu membutuhkan waktu kurang dari beberapa detik. Dapatkan satu juta korelator dan secara teori diperlukan beberapa milidetik.

Setiap korelator disebut "saluran" demi pemasaran. Ini tidak sepenuhnya salah - dalam arti tertentu, korelator mendemodulasi satu frekuensi kode tertentu pada suatu waktu, yang pada dasarnya adalah apa yang penerima radio lakukan ketika Anda mengganti saluran.

Ada banyak asumsi yang dapat dibuat oleh penerima GPS, yang menyederhanakan ruang masalah sehingga penerima saluran 12 generik dapat memperbaiki, dalam kasus terburuk, dalam waktu sekitar 1-3 menit.

Meskipun Anda bisa mendapatkan perbaikan 3D dengan GPS 4 saluran, ketika Anda kehilangan sinyal GPS (melampaui cakrawala, atau Anda pergi di bawah jembatan, dll) maka Anda kehilangan perbaikan 3D dan pergi ke perbaikan 3D dengan tiga satelit sementara salah satu dari saluran Anda kembali ke mode korelasi.

Sekarang penerima Anda mulai mengunduh ephemeris dan almanak, yang memungkinkan penerima untuk mencari sinyal dengan sangat cerdas. Setelah 12 menit atau lebih, satelit itu tahu persis satelit mana yang harus dilihat.

Jadi pencarian berjalan cukup cepat karena Anda tahu posisi dan kode untuk setiap satelit, tetapi Anda masih memiliki perbaikan 2D sampai Anda benar-benar menemukan satelit baru.

Namun, jika Anda memiliki penerima 12 saluran, Anda dapat menggunakan 4 saluran terkuat untuk memberikan perbaikan, beberapa saluran untuk mengunci satelit cadangan sehingga dapat mengalihkan perhitungan ke mereka jika diperlukan, dan beberapa saluran untuk terus mencari satelit penerima harus dapat melihat. Dengan cara ini Anda tidak pernah kehilangan perbaikan 3D penuh.

Karena Anda hanya dapat melihat hingga 12 satelit, mengapa Anda membutuhkan lebih dari 12 saluran?

Ada 24 atau lebih satelit GPS yang beroperasi pada waktu tertentu, yang berarti bahwa pada satu titik di bumi Anda hanya dapat melihat setengahnya saja.

Tapi ingat - Anda hanya dapat mencari satu satelit per korelator, jadi alasan utama untuk meningkatkan korelator melewati dua belas adalah untuk meningkatkan waktu untuk memperbaiki pertama, dan alasan utama untuk meningkatkan itu adalah untuk konsumsi daya.

Jika chipset GPS Anda harus dialiri daya setiap saat, itu adalah pengurasan daya 100mW sepanjang waktu. Namun, jika Anda hanya perlu menyalakannya sekali per detik untuk hanya 10mS setiap kali, maka Anda hanya memotong konsumsi daya hingga 1mW. Ini berarti ponsel Anda, suar lokasi, dll. Dapat beroperasi dengan dua kali lipat lebih lama pada baterai yang sama dengan tetap mempertahankan perbaikan waktu nyata secara penuh di lokasi mereka.

Lebih lanjut, dengan jutaan korelator, seseorang dapat melakukan pencarian yang lebih tepat yang dapat membantu mengurangi efek pantulan radio di ngarai perkotaan (gedung-gedung tinggi di kota-kota besar digunakan untuk mengotori penerima GPS dengan korelator yang lebih sedikit).

Terakhir, walaupun hanya 4 satelit yang diperlukan untuk mendapatkan perbaikan 3D, penerima yang baik menggunakan lebih banyak satelit dalam algoritme posisinya untuk mendapatkan perbaikan yang lebih akurat. Jadi hanya diperlukan 4 saluran penerima, tetapi penerima 12 saluran bisa lebih akurat.

Kesimpulan

Jadi jutaan korelator:

• Mempercepat akuisisi satelit
• Mengurangi konsumsi daya
• Mengurangi kemungkinan kehilangan perbaikan 3D bahkan di lembah kota
• Memberikan sensitivitas yang lebih baik, memungkinkan perbaikan di hutan lebat, dan bahkan di beberapa terowongan
• Memberikan akurasi posisi yang lebih baik

_{^{Berkat borzakk untuk beberapa koreksi .}}

Anda memerlukan satu saluran, per frekuensi, per satelit.

Sebagian besar penerima murah (seperti yang ada di ponsel atau mobil Anda) hanya melacak frekuensi L1 hanya dari satelit GPS. Jika Anda menginginkan keakuratan, Anda perlu melacak dua frekuensi dari masing-masing satelit agar dapat lebih akurat menentukan penundaan ionosfer. Jika Anda ingin jangkauan yang lebih baik di area dengan penghalang sebagian, Anda perlu melacak lebih dari sekadar satelit GPS.

Saat ini ada 32 satelit GPS di orbit, 31 di antaranya masih sehat hingga minggu lalu. Penerima akan melihat kurang dari setengahnya karena topeng elevasi, yang berarti bahwa satelit tersebut mengabaikan satelit yang kurang dari 5 derajat di atas cakrawala. Topeng elevasi dapat diatur lebih tinggi - 8 atau 10 derajat adalah umum. Masing-masing satelit tersebut disiarkan pada frekuensi L1 dan L2, dan satu satelit GPS saat ini mengudara pada L5 (dalam mode uji). Semua satelit GPS di masa depan juga akan mendukung L5, dan akhirnya receiver murah reguler Anda akan menggunakan L5, bukan L1. Mungkin akan menjadi tahun 2020 sebelum Anda melihat L5 menggantikan L1 pada perangkat murah.

Rusia juga memiliki konstelasi satelit penentuan posisi global yang dikenal sebagai GLONASS. Saat ini ada 27 satelit GLONASS di orbit. Pada minggu lalu, 23 sehat, 3 dalam mode pemeliharaan, dan 1 dalam mode commissioning. Semua satelit GLONASS disiarkan pada dua frekuensi - L1 dan L2.

Eropa dan Cina juga membangun rasi bintang.

Jika Anda ingin menggunakan data koreksi WAAS, Anda memerlukan satu saluran untuk SBAS.

Jika Anda ingin menggunakan OmniStar atau CDGPS Kanada, Anda memerlukan saluran untuk itu.

Penerima yang paling saya kenal melacak saluran-saluran berikut:

• 14 saluran GPS L1
• 14 saluran GPS L2
• 6 saluran GPS L5
• 12 saluran GLONASS L1
• 12 saluran GLONASS L2
• 2 saluran SBAS (WAAS atau EGNOS)
• 1 saluran L-band (OmniStar atau CDGPS)

Generasi terbaru dari penerima kelas atas juga memiliki saluran tambahan untuk rasi bintang Eropa dan Cina.

Mengapa lebih dari 12 saluran?

Jumlah saluran di dalam penerima Navigasi jelas lebih dari lelucon pemasaran. Ini adalah pertanyaan berapa banyak data yang dapat dan ingin Anda tangani untuk menggunakan spektrum luas dari berbagai sistem navigasi yang serupa. Harap diingat bahwa sistem satelit ini berguna untuk berbagai macam aplikasi (navigasi kapal, kereta, dan pesawat terbang, geodesi, penentuan waktu, pemantauan bumi, ionosfer bangunan, ramalan cuaca, seterusnya, dan seterusnya .. ..) dan karenanya juga beragam penerima (mendukung saluran yang berbeda) sangat luas.

Penerima GNSS geodetik kelas atas saat ini (untuk multi-rasi bintang) hadir dengan lebih dari 216 dan hingga 440 saluran. Penerima yang digunakan untuk aplikasi seluler menggunakan 66-200 saluran. Jumlah saluran juga memperhatikan jumlah korelator. Setiap saluran dapat memiliki jumlah korelasinya sendiri. Memang benar bahwa jumlah korelator untuk mengurangi ruang pencarian adalah penting untuk mendapatkan TTF yang baik dan stabil (waktu untuk memperbaiki pertama).

Sangat penting - dan itu dijelaskan dalam jawaban adam davis: Anda memerlukan satu saluran per sinyal per satelit. Karena desain sinyal navigasi berbeda-beda (kekuatan singel yang berbeda, modulasi, bandwidth, dll.) Anda harus mempersiapkan receiver agar mampu untuk sistem navigasi apa pun yang ingin Anda tambahkan untuk solusi posisi Anda.

Mari kita buat tinjauan kecil tentang jenis yang berbeda dari sistem Navigasi:

Sistem Navigasi:

• GPS (Amerika)
• GLONASS (Rusia)
• Beidou / KOMPAS (Cina)
• Galileo (Eropa)

... dan selanjutnya Sistem Augmentasi dan Sistem navigasi regional, yang menggunakan frekuensi Navigasi dan pesan yang sama / serupa, yang dapat digunakan dengan teknik akuisisi sinyal yang sama:

• QZSS (Sistem regional: Jepang, Quasi-stationary)
• IRNSS (Sistem regional. India)
• EGNOS (sistem augmentasi Eropa)
• WAAS (sistem augmentasi Amerika)
• OMNISTAR (sistem augmentasi pribadi)

Jadi mari kita menghitung dan kembali ke diskusi per satelit / sinyal (exzerpt):

• GPS: L1, L2, L5 (L5 dihitung 2 kali karena ada sub-saluran di dalam sinyal - komponen I (fase-in) dan Q (quadphase) misalnya)
• GLONASS: L1 L2 L3 (juga GLONASS menggunakan subchannels untuk akuisisi sinyal pembagian beberapa kode (CDMA))
• Galileo (E1, E6 (sinyal aman), E5a E5b E5a + b (sinyal pita lebar))
• silakan lihat paket sinyal saat ini untuk setiap sistem dan juga tinjauan umum penerima (baca lebih lanjut)

Jadi, jika Anda ingin melacak satu Satelit GPS dengan L1 dan L2 dan L5a + b, Anda memerlukan 4 saluran. Untuk perbaikan pertama Anda memerlukan 4 Satelit yang mana, Anda perlu 8 saluran hanya untuk solusi poisiotn langsung tanpa redundansi. Semakin banyak satelit GPS, semakin banyak redundansi (dan integritas). Untuk mempercepat: dalam konfigurasi ini Anda hanya dapat melacak 5 Satelit GPS dengan L1 / L2 dan L5. Untuk pemahaman saya solusi yang lemah. Tetapi jika Anda hanya mempertimbangkan pengukuran L1 - daripada corse, Anda dapat melacak 12 satelit. Jadi semakin banyak saluran, semakin banyak penerima (atau prosesor baseband) harus bekerja. Ini termasuk kemampuan chip Anda - ... dan tentunya jumlah pengamatan dan data yang berguna untuk aplikasi Anda. Setiap saat quastion harus:

1. Apa yang saya inginkan untuk aplikasi saya?
2. Berapa banyak data yang saya perlukan untuk mendapatkan solusi yang andal?
3. Berapa banyak kemampuan pemrosesan yang saya miliki untuk mendapatkan solusi yang andal?
4. Seberapa besar saya ingin / harus mengendalikan solusi saya?

untuk bacaan lebih lanjut:

• deskripsi penerima yang sangat baik dari ESA
• Survei penerima GNSS 2014
• Artikel penerima multi-konstelasi pada satu papan tunggal (Dunia GPS)
• Aviala-Rodriguez et al. (2007): Modulasi MBOC, GNSS Indside, 2 (6): 43-58 ( online )
• Guo et al. (2013): Membangun Penerima Multi-Konstelasi Wide-Band, GPS World, 24 (3): 36-42
• Rencana Sinyal Galileo
• Paket Sinyal GPS
• Paket Sinyal GLONASS
• Paket Sinyal KOMPAS

Jawaban pertama sudah sangat bagus. Saya hanya punya satu hal untuk ditambahkan. Telah bekerja pada perangkat lunak GPS selama 2 tahun, saya tahu bahwa untuk melacak satu satelit, satu membutuhkan 6 korelator. Itu karena sinyal satelit GPS memiliki dua komponen (cabang I dan Q, semacam mewakili sinyal kompleks oleh sinus dan kosinus). Untuk setiap cabang, seseorang harus menghasilkan urutan nomor pseudorandom yang tertunda, tepat waktu dan canggih serta menghitung korelasinya dengan sinyal satelit. Jadi untuk melacak 12 saluran hanya untuk sinyal L1, satu membutuhkan 12 x 6 korelator. Jika Anda juga ingin melakukan L2C, L5, atau Galileo, Anda memerlukan lebih banyak korelator.

Jawabannya adalah Anda tidak melakukannya. Keluarga penerima GPS u-Blox terbaru dengan bangga menawarkan "GPS kinerja tinggi dengan lebih dari 2 juta korelator". Apa artinya itu saya tidak begitu yakin tetapi itu membuat angka yang baik bagi penjual untuk mengutip!