題:
多少個GPS通道有意義?
stevenvh
2011-03-23 13:25:09 UTC
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您需要4個通道來確定您的位置(包括海拔),我可以理解,一些額外的通道可以提高準確性。但是,任何時候最多只能看到12顆衛星,那麼為什麼接收機的頻道更多?我見過具有50個甚至 66個頻道的接收器,這遠遠超過了衛星數量。
我認為在頻道數量激增中沒有任何優勢,但我認為確實會增加接收機的功耗。
那麼,為什麼我需要66個通道?

現在,在這裡更需要使用俄羅斯的系統。不僅在美國,而且兩者都為西方提供了更好的解決方案。
雖然這很有意義,但GLONASS需要更多的渠道,一些額外的細節/參考將是很好的。如果它描述了GLONASS頻率(我認為是不同的)以及它們如何組合在一起,則可能是一個很好的答案。
五 答案:
Adam Davis
2011-03-23 20:05:12 UTC
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由於GPS系統的運行方式,答案很複雜,因此我將簡化一些事情,以便您理解其原理,但是如果您對它的真正實現方式感興趣,則需要查找很好的GPS參考。 換句話說,下面的內容旨在使您了解其工作原理,但在某些方面在技術上是錯誤的。以下內容不足以實現您自己的GPS軟件。

背景

所有衛星的發射頻率基本相同。從技術上講,它們正在遍及彼此的信號。

那麼GPS接收器如何處理呢?

首先,每顆衛星每毫秒發送一個不同的消息。該消息的長度為1024位,由偽隨機數生成器生成。

GPS接收器接收所有發射器的全部頻譜,然後執行稱為相關的過程-生成特定的序列其中一顆衛星,將其乘以信號輸入,如果其信號與衛星信號完全匹配,則相關器找到一顆衛星。混合實質上是將衛星的信號從噪聲中拉出來,並驗證了1)我們的序列正確,並且2)時序正確。

但是,如果找不到匹配項,它就可以必須將其信號移動一點,然後再試一次,直到它經過所有1023位週期並且沒有找到衛星為止。 然後繼續嘗試在不同的周期內檢測到另一顆衛星。

由於存在時移(1023位,每秒1,000次傳輸),理論上它可以完全

由於代碼移位(當前存在32個不同的PRN代碼,每個衛星一個),因此可以花一秒鐘的時間搜索代碼以找到(或確定沒有任何內容)特定代碼。 30多秒鐘即可搜索每顆衛星。

由於衛星速度相對於地面速度的影響,多普勒頻移進一步變大,這意味著時基可能會偏移+/- 10kHz,因此需要先搜索約40種不同的頻移以獲取相關器放棄特定的PRN和定時。

這意味著什麼

這使我們處於最壞的情況(一顆衛星在空中,我們會嘗試除精確匹配之外的所有方法)首先),假設我們沒有做任何假設或執行任何巧妙的技巧,則需要先確定32秒的冷啟動時間(即,沒有有關接收器的時間或位置或衛星的位置的信息) ,接收到的信號良好等。

但是,如果您有兩個相關器,那麼您只需將時間減半,因為您可以一次搜索兩個衛星。獲得12個相關器,只需不到幾秒鐘的時間。擁有一百萬個相關器,從理論上講可能要花費幾毫秒。

每個相關器為了營銷目的都被稱為“渠道”。 ,相關器一次解調一個特定的編碼頻率,這實際上是無線電接收機在切換頻道時所做的事情。

GPS接收機可以做很多假設,它們可以簡化問題空間,使普通的12通道接收器在最壞的情況下,可以在大約1-3分鐘內得到修復。

當您丟失4 GPS信號(超出地平線,或進入橋樑等)之後,您將失去3D定位,並由三顆衛星轉到2D定位,而其中一個通道則返回到關聯模式。

現在,接收器開始下載星曆和年曆,這使接收器可以非常智能地搜索信號。大約12分鐘後,它會確切知道應該在觀看哪些衛星。

搜索非常快,因為您知道每顆衛星的位置和代碼,但是在實際找到新衛星之前,您仍然只有2D定位。

如果您有12通道接收器,不過,您可以使用4個最強的頻道來提供修復,幾個頻道可以鎖定備用衛星,以便在需要時可以將計算切換到備用衛星,還有幾個頻道可以繼續搜索接收機應該能夠看到的衛星。這樣一來,您就不會丟失完整的3D修復。

由於最多只能看到12顆衛星,為什麼您需要超過12個頻道?

GPS大約有24個衛星在任何給定時間運行,這意味著在地球上的某個點上您實際上只能看到其中的一半。

但是請記住-每個相關器只能搜索一顆衛星,因此主要原因將相關器提高到十二點以上是為了縮短首次修復的時間,而改善這一問題的主要原因是功耗。

如果必須始終為GPS芯片組供電,那麼這將消耗100mW時間。但是,如果每次只需要將其打開一次且每次僅需10mS,那麼您只需將功耗降低到1mW。這意味著您的手機,定位信標等可以在同一組電池上運行兩個數量級以上的時間,同時仍可保持其位置的完整實時定位。

此外,具有數百萬個相關器,人們可以進行更精確的搜索,從而有助於減少城市峽谷中的無線電反射的影響(大城市的高層建築曾用較少的相關器來干擾GPS接收器)。

最後,只有4顆衛星需要獲得3D修復,好的接收器會在其位置算法中使用更多的衛星來獲得更準確的修復。因此,僅需要4通道接收器,而12通道接收器可以獲得更高的精度。

結論

因此,數百萬個相關器:

  • 加快衛星捕獲速度
  • 降低功耗
  • 即使在城市峽谷中也減少丟失3D定位的可能性
  • 提供更高的靈敏度,允許在密集的區域進行定位森林,甚至在某些隧道中
  • 提供更好的定位精度

感謝borzakk進行了一些修正。 / sup> sub>

+1是因為我不能投票超過一次。我現在對GPS有了更好的了解!
謝謝!這確實解釋了我所有的GPS問題。
“這給我們帶來了可能的最壞情況([…]),它有一個時間首先解決了32秒的冷啟動([…])”與“儘管GPS接收機可以做出很多假設,,從而簡化了問題空間,使普通的12通道接收器可以在最壞的情況下在大約1-3分鐘內得到解決。”那沒有多大意義。我是不是弄錯了,還是您在這裡看不同的“最壞情況”(信號條件?),還是第一個陳述應該表示32分鐘?
@JonasWielicki用於一顆衛星。
@AdamDavis感謝您的澄清。那麼第一個引用是指“固定一個衛星”,第二個引用是“全定位”?
@JonasWielicki是正確的。
Lance Lefebure
2011-03-25 06:47:04 UTC
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每個頻率,每個衛星您需要一個頻道。

大多數便宜的接收器(例如電話或汽車中的接收器)僅從L1頻率跟踪GPS衛星。如果需要準確性,則需要跟踪每個衛星的兩個頻率,以便更準確地確定電離層延遲。如果要在部分障礙物的區域獲得更好的覆蓋範圍,則不僅需要跟踪GPS衛星。

目前軌道上有32顆GPS衛星,截至上週,其中31顆處於健康狀態。接收器將由於仰角遮罩而看到不到一半的衛星,這意味著它會忽略地平線以上5度以內的任何衛星。可以將高程遮罩設置得更高-通常為8度或10度。這些衛星中的每一個都在L1和L2頻率上廣播,而一顆GPS衛星當前正在L5上廣播(處於測試模式)。將來所有的GPS衛星都將支持L5,最終您的常規廉價接收器將使用L5而不是L1。到2020年,您將看到L5取代廉價設備上的L1。

俄羅斯也有一個稱為GLONASS的全球定位衛星星座。目前有27顆GLONASS衛星在軌。截至上週,有23位用戶處於健康狀態,3位處於維護模式,1位處於調試模式。所有的GLONASS衛星都在L1和L2兩個頻率上廣播。

歐洲和中國也在建造星座。

如果要使用WAAS校正數據,則需要一個頻道用於

如果要使用OmniStar或加拿大的CDGPS,則需要一個頻道。

我最熟悉的接收器跟踪以下頻道:

  • 14個GPS L1通道
  • 14個GPS L2通道
  • 6個GPS L5通道
  • 12個GLONASS L1通道
  • 12個GLONASS L2頻道
  • 2個SBAS頻道(WAAS或EGNOS)
  • 1個L波段頻道(OmniStar或CDGPS)

最新一代的高端接收器還為歐洲和中國星座提供了額外的頻道。

當接收器看到所有這些來自不同來源的信號時,是否會提高位置精度?
實際上,通常每個衛星每個頻率需要2或3個相關器。只有一個人可以告訴您您已被鎖定,但您無法輕易判斷您是否正處於高峰期。使用3時,您可以精確地運行一個您認為信號峰值所在的位置,然後一個稍微領先一點,一個稍微落後一點,通過查看其他值,您可以對峰值位置進行小的調整。
one.tobi
2014-09-23 14:26:22 UTC
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為什麼要有12個以上的頻道?

導航接收器中的頻道數肯定超過了營銷手段。這是您需要多少數據的問題。處理使用種類繁多的同類同類導航系統。請記住,該衛星系統可用於多種應用(船舶,汽車,鐵路和飛機的導航,大地測量,定時,對地球的監視,建築物電離層,天氣預報等)。 ..),因此,接收器的種類也很廣泛(支持不同的頻道)。

當前的高端大地測量GNSS接收器(用於多星座)具有超過216個通道和多達440個通道。用於移動應用的接收器使用66-200個頻道。通道的數量也與相關器的數量有關。每個通道可以具有自己數量的相關器。確實,要減少搜索空間的相關器數量對於獲得良好且穩定的TTF(首次修復時間)非常重要。

非常重要-那就是在adam davis的回答中描述的:您每個衛星每個信號需要一個頻道。由於導航信號的設計各不相同(不同的信號強度,調製,帶寬等),因此您必須準備好接收器,使其能夠支持要為位置解決方案添加的任何導航系統。

讓我們簡要介紹一下不同類型的導航系統:

導航系統:

  • GPS(美國)
  • 格洛納斯(俄羅斯)
  • 北斗/ COMPASS(中國)
  • 伽利略(歐洲)

。 ..和更進一步的增廣系統和區域導航系統,它們使用相同/相似的頻率和導航消息,可以由相同的信號採集技術使用:

  • QZSS(區域系統:日本,準平穩的)
  • IRNSS(印度的區域系統)
  • EGNOS(歐洲的增強系統)
  • WAAS(美國增強系統)
  • OMNISTAR(私有增強系統)

因此,讓我們數一遍,然後回到每個衛星/每個信號的討論(摘錄) :

  • GPS:L1,L2,L5(L5計數2次,因為信號內部存在子信道-例如I(同相)和Q(四相)分量)
  • GLONASS:L1 L2 L3(GLONASS也使用子信道進行碼分多址(CDMA)信號採集)
  • Galileo(E1,E6(安全信號),E5a E5b E5a + b(寬帶信號) ))
  • 請參考每個系統的當前信號計劃以及接收者概述(進一步閱讀)

因此,如果您想使用L1和L2和L5a + b需要4個通道。對於第一個解決方案,您需要4個衛星進行導航,而對於直接定位解決方案則只需要8個頻道,而無需任何冗餘。 GPS衛星越多,冗餘(和完整性)就越大。 要加速:在此配置中,您只能跟踪5個L1 / L2和L5的GPS衛星。就我的理解而言,一個較弱的解決方案。但是,如果您僅考慮L1的測量值(而不是Corse的測量值),則可以跟踪12顆衛星。因此,頻道越多,接收機(或基帶處理器)必須工作的越多。這取決於您芯片的功能-...絕對取決於您應用程序中有用的觀察數據和數據的數量。在任何時候,解決方案都必須是:

  1. 我的應用程序需要什麼?
  2. 要獲得可靠的解決方案,我需要多少數據?
  3. 要獲得可靠的解決方案,我必須具備多少處理能力?
  4. 我要/必須控制我的解決方案多少?
  5. ol>

    以供進一步閱讀:

Everett X. Wang
2011-07-17 00:56:25 UTC
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第一個答案已經非常好。我只需要添加一件事。從事GPS軟件研究已有2年,我知道要追踪一顆衛星,一顆需要6個相關器。這是因為GPS衛星信號具有兩個分量(I和Q分支,有點像用正弦和余弦表示複雜信號)。對於每個分支,必須產生一個延遲,準時和高級的偽隨機數序列,併計算它們與衛星信號的相關性。因此,僅針對L1信號跟踪12個通道,就需要12 x 6個相關器。如果您還想進行L2C,L5或Galileo,則需要更多的相關器。

uɐɪ
2011-03-23 18:10:31 UTC
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答案是你不知道。最新的 u-Blox系列GPS接收機引以為傲的是“具有超過200萬個相關器的高性能GPS”。這意味著我不太確定,但是對於推銷員來說,這是一個很好的報價!

現在鏈接錯誤,2018年12月。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 2.0許可。
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