Apa tingkat pembaruan tertinggi yang bisa dicapai untuk penerima GPS sipil?

Saya tertarik mengetahui tingkat pembaruan maksimum yang dapat dicapai untuk penerima GPS sipil. Secara khusus

Penerima yang bergantung secara eksklusif pada satelit GPS (mis. Tidak termasuk estimasi pergerakan berbasis IMU untuk diinterpolasi)
Batas hipotetis (yaitu tidak termasuk masalah kelayakan, misalnya kekuatan pemrosesan)
Tingkat pembaruan setelah kunci (mis. TTFF)

Chip penerima sipil tercepat yang saya temukan memiliki tingkat pembaruan 50Hz, seperti Venus838FLPx.

Menurut alex.forencich dalam utas stackexchange ini , mungkin "agak tinggi":

Sulit untuk menyematkan tingkat pembaruan posisi pada satelit karena semuanya ada di penerima. Satelit hanya mengirimkan data ephemeris orbital dan waktu hari pada 50 bit per detik dan laju chip CDMA 1,023 MHz, semua fase secara tepat terkunci ke standar frekuensi atom. Penerima GPS mempertahankan kunci pada kode penyebaran CDMA dan menggunakannya untuk menentukan perbedaan waktu kedatangan antara satelit. Mengunci pada awalnya membutuhkan waktu, tetapi setelah itu posisi dapat diperbarui pada frekuensi yang agak tinggi. Saya tidak yakin apa batas atas itu.

Dan ini tentu saja tidak terkait dengan kecepatan CoCom dan batas ketinggian untuk penerima sipil .

Itu yang saya temukan.

gps gnss

— Komunitas
sumber

@ MarkoBuršič itu jelas sekali salah. ada banyak batasan keras. untuk memulai dengan fase, yang jelas memberi Anda batas keras pertama (frekuensi pembawa). Kemudian, Anda memiliki Cramer-Rao yang tidak akan memungkinkan Anda keakuratan yang signifikan tanpa mengumpulkan cukup pengamatan. kemudian, tingkat pembaruan tinggi yang sewenang-wenang sama sekali tidak kompatibel dengan kapasitas saluran Shannon. Kemudian, Anda telah, karena Planck / Heisenberg, potensi LO sangat terbatas, menyebabkan keakuratan lokasi terbatas, dan laju pembaruan terbatas. Daftarnya berlanjut.

— Marcus Müller

Dari firasat, saya akan mulai dengan kapasitas Saluran Shannon, karena tampaknya batas yang agak keras mengingat bandwidth rendah dan SNR rendah yang secara fisik mungkin, bahkan tanpa efek atmosfer.

— Marcus Müller

Tidak ada yang menunjukkan perhitungan posisi GPS yang memenuhi atau melebihi output. Outputnya bisa berlebihan posisi.

— old_timer

Javad dan Topcon sama-sama membuat receiver dengan tingkat pembaruan posisi 100Hz. Itu adalah yang tercepat yang saya lihat umumnya tersedia. Seperti orang lain telah mencatat sebagian besar produsen terbatas pada 20 atau 50Hz, ada sedikit manfaat dunia nyata dalam menjalankan lebih cepat sehingga untuk sebagian besar aplikasi itu membuang-buang waktu dan tenaga CPU untuk melakukannya.

— Andrew

@winny Shannon menghantui malam-malam tanpa tidur saya; Saya mungkin juga memberinya kredit di mana kredit jatuh tempo: P

— Marcus Müller

Jawaban:

Faktor penghambatnya adalah penyaringan-rendah setelah despreading. Jika kita mengasumsikan kepadatan daya noise -204dBW / Hz (~ 17 ° C noise temp), kita hanya dapat mengizinkan sekitar 25kHz bandwidth noise sebelum mencapai daya L1 -160dBW. Waktu integrasi kami harus setidaknya 1/25.000 untuk mendeteksi sinyal dari latar belakang kebisingan (dengan asumsi antena omnidirectional). Ini adalah batas teoritis untuk sinyal kekuatan penuh.

$T$ $B_n$ $T=10^{-3}s$ $B_n<=18Hz$ $B_n/2$

Anda dapat menipu dengan menggunakan antena directional, tetapi untuk menghitung azimuth dan elevasi, posisi antena Anda perlu diperbaiki, dan hal itu bertentangan dengan tujuan sistem navigasi.

Sekarang kembali ke kenyataan: memperpendek periode integrasi membuat perbaikan posisi lebih berisik. Dengan anggaran tautan dari unit yang tersedia, lebih dari 50 perbaikan / pemborosan adalah sia-sia, kecuali jika Anda memiliki sinyal yang sangat kuat, yang Anda dapatkan hanyalah noise (fase). Dan ada beban komputasi yang tinggi, itu akan memakan baterai seperti neraka.

— Andreas
sumber

Bagus . Beberapa faktor yang menyulitkan: 1. Kita bisa mendapatkan peningkatan bandwidth "virtual" dengan mengamati lebih dari empat satelit minimum; Anda biasanya akan meningkatkan akurasi, bukan kecepatan, dengan itu. 2. Kita bisa menekan lantai kebisingan dengan menggunakan keragaman penerima; itu cara yang sangat terbatas, tetapi relatif murah. Berpikir tentang itu, 1. dan 2. keduanya mengeksploitasi info yang berlebihan dalam sistem penerima dengan noise independen, sehingga keduanya adalah teknik keragaman. Keduanya sangat pada batas "logis" dari apa yang masih merupakan penerima GPS tunggal, dan bukan efek fusi sensor.

— Marcus Müller

@ MarcusMüllerYa, Meningkatkan akurasi juga meningkatkan kemungkinan tingkat perbaikan dan dengan demikian dinamika yang dapat dilacak maksimum. Beberapa sinyal koheren membantu (L2), yang sama berlaku untuk antena array bertahap. Kami tidak lagi berbicara "sipil" di sini.

— Andreas

Nah, keragaman dengan menambahkan lebih banyak rantai penerima akan relatif sederhana, dibandingkan dengan katakanlah secara signifikan menekan angka kebisingan. Saya cukup yakin penerima GPS 18Hz sudah jatuh di bawah apa yang Anda harus mengisi formulir kontrol ekspor.

— Marcus Müller

Bagus. Sekarang saya ingin meninjau kembali implementasi SDR penerima GNSS. Dan saya tidak punya waktu ...

— Marcus Müller

@ MarcusMüller FWIW: Saya belum melihat> 10Hz di COTS SMD IC, tetapi tingkat solusi 5 dan 10Hz adalah umum sejauh yang saya tahu.

— Morten Jensen

Penerima GPS beroperasi dengan memelihara "model" perangkat lunak internal dari posisi penerima (dan turunan dari posisi). Filter Kalman biasanya digunakan untuk menjaga model ini tetap sinkron dengan kenyataan, berdasarkan data mentah yang berasal dari satelit.

Sinyal dari setiap satelit biasanya diintegrasikan selama 20 ms pada suatu waktu, karena ini adalah periode bit dari data PSK yang berasal dari satelit. Ini berarti bahwa model mendapat pembaruan mentah pada jarak dari setiap satelit 50 kali per detik. Namun, perhatikan bahwa pembaruan dari satelit yang berbeda pada dasarnya asinkron (mereka tidak semuanya terjadi pada waktu yang bersamaan), karena perbedaan panjang jalur dari satelit di atas kepala ke satelit di cakrawala juga berada di urutan 20 ms. Ketika setiap pengukuran satelit baru masuk, model internal diperbarui dengan informasi baru.

Ketika penerima GPS mengeluarkan pesan pembaruan, data dalam pesan tersebut berasal dari model. Penerima dapat memperbarui model sesering mungkin, dan menampilkan pesan posisi sesering yang diinginkannya. Namun, hasilnya adalah interpolasi sederhana - tidak ada informasi baru yang terkandung dalam pesan output ekstra. The informasi bandwidth dibatasi oleh tingkat di mana pengukuran satelit baku diumpankan ke filter.

Seperti yang dicatat Andreas , memiliki tingkat pesan keluaran yang tinggi TIDAK berarti Anda dapat melacak dinamika penerima yang lebih tinggi. Jika Anda harus melacak dinamika penerima tinggi, Anda harus menggunakan sumber informasi lain seperti IMU. Dalam sistem "erat-berpasangan", data IMU memperbarui model internal yang sama yang digunakan penerima GPS, yang memungkinkan IMU untuk "membantu" pelacakan sinyal GPS individu.

Ada juga sisi ekonomi dari pertanyaan itu. Sebagian besar penerima GPS "sipil" sangat dibatasi oleh biaya, dan oleh karena itu, hanya cukup daya CPU (dan daya baterai) yang digunakan untuk memenuhi persyaratan tingkat pembaruan untuk aplikasi yang sedang ditangani (misalnya, navigasi mobil atau ponsel). Tingkat pembaruan satu kali per detik (atau kurang) lebih dari cukup untuk sebagian besar aplikasi tersebut. Aplikasi "Militer" yang membutuhkan tingkat pembaruan lebih tinggi memiliki anggaran yang lebih tinggi untuk material dan daya. Penerima GPS diberi harga yang sesuai, meskipun perangkat keras penerima yang sebenarnya pada dasarnya sama, dengan kemungkinan pengecualian menggunakan CPU yang lebih kuat.

— Dave Tweed
sumber

Ah, seperti yang Anda katakan dan saya pikir mungkin perlu ditekankan: tingkat pembaruan yang lebih tinggi biasanya berasal dari fusi data sensor dengan sensor lain. Hal-hal seperti kompas presisi dan akselerometer biasanya merupakan biaya yang lumayan dalam IMU yang biasanya tidak Anda beli jika Anda tidak terbang dengan kecepatan tinggi. Maksudku, serius, seorang Kalman, bahkan yang dimodifikasi secara luas, mungkin bukan masalah bagi mikrokontroler dengan FPU yang berjalan pada pasangan 100 MHz. Algoritma dan parametrisasinya, pengetahuan kalibrasi dan integrasi adalah apa yang akan membuat produsen membayar Anda (selain dari sensor mahal)

— Marcus Müller