Ya no necesitas indagar más por todo internet ya que llegaste al lugar exacto, contamos con la respuesta que necesitas encontrar y sin problema.
Solución:
La respuesta es compleja debido a la forma en que funciona el sistema GPS, por lo que voy a simplificar una serie de cosas para que comprenda el principio, pero si está interesado en cómo se implementa realmente, deberá buscar un buen GPS. referencia. En otras palabras, lo que está escrito a continuación tiene la intención de darle una idea de cómo funciona, pero es técnicamente incorrecto de alguna manera. Lo siguiente no es lo suficientemente correcto para implementar su propio software GPS.
Fondo
Todos los satélites transmiten esencialmente en la misma frecuencia. Técnicamente, están caminando sobre las señales de los demás.
Entonces, ¿cómo maneja el receptor GPS esto?
Primero, cada satélite transmite un mensaje diferente cada mS. El mensaje tiene una longitud de 1024 bits y es generado por un generador de números pseudoaleatorios.
El receptor GPS recibe el espectro completo de todos los transmisores, luego realiza un proceso llamado correlación: genera la secuencia específica de uno de los satélites, la multiplica por la entrada de señal y si su señal coincide exactamente con la señal de un satélite, entonces el correlacionador ha encontrado un satélite. La mezcla esencialmente saca la señal del satélite del ruido y verifica que 1) tenemos la secuencia correcta y 2) tenemos el tiempo correcto.
Sin embargo, si no ha encontrado una coincidencia, tiene que cambiar su señal un bit y volver a intentarlo, hasta que haya pasado por todos los períodos de 1023 bits y no haya encontrado un satélite. Luego pasa a intentar detectar un satélite diferente en un período diferente.
Debido al cambio de tiempo (1023 bits, 1,000 transmisiones por segundo), en teoría, puede buscar completamente un código en un segundo para encontrar (o determinar que no hay nada) en un código en particular.
Debido al cambio de código (actualmente hay 32 códigos PRN diferentes, uno para cada satélite), puede llevar más de 30 segundos buscar cada satélite.
Además, el cambio Doppler debido a la velocidad del satélite en relación con su velocidad terrestre, significa que la base de tiempo podría cambiarse hasta +/- 10 kHz, por lo que se requiere buscar alrededor de 40 cambios de frecuencia diferentes para un correlacionador antes de que pueda renunciar a un PRN y una sincronización particulares.
Lo que esto significa
Esto nos deja con un posible peor escenario (un satélite en el aire, y probamos todo menos la coincidencia exacta primero) de un tiempo para arreglar primero un arranque en frío (es decir, no hay información sobre la hora o la ubicación del receptor, o ubicación de los satélites) de 32 segundos, asumiendo que no hacemos ninguna suposición, ni realizamos ningún truco inteligente, la señal recibida es buena, etc.
Sin embargo, si tiene dos correlacionadores, acaba de reducir a la mitad ese tiempo porque puede buscar dos satélites a la vez. Consiga 12 correlacionadores en el trabajo y le llevará menos de unos segundos. Obtenga un millón de correlacionadores y, en teoría, puede llevar algunos milisegundos.
Cada correlacionador se denomina “canal” por el bien del marketing. No es del todo incorrecto; en cierto sentido, el correlador está demodulando una frecuencia codificada en particular a la vez, que es esencialmente lo que hace un receptor de radio cuando cambia de canal.
Sin embargo, hay muchas suposiciones que puede hacer un receptor GPS que simplifican el espacio del problema, de modo que un receptor genérico de 12 canales puede obtener una solución, en el peor de los casos, en aproximadamente 1-3 minutos.
Si bien puede obtener una corrección 3D con un GPS de 4 canales, cuando pierde una señal de GPS (va más allá del horizonte o pasa por debajo de un puente, etc.), pierde la corrección 3D y pasa a la corrección 2D con tres satélites mientras que uno de sus canales vuelven al modo de correlación.
Ahora su receptor comienza a descargar las efemérides y el almanaque, lo que le permite al receptor buscar señales de manera muy inteligente. Después de aproximadamente 12 minutos, sabe exactamente qué satélites deberían estar a la vista.
Entonces, la búsqueda es bastante rápida porque conoce la posición y el código de cada satélite, pero aún tiene una corrección 2D hasta que realmente encuentra un nuevo satélite.
Sin embargo, si tiene un receptor de 12 canales, puede usar 4 de los canales más fuertes para proporcionar su solución, algunos canales para bloquear los satélites de respaldo para que pueda cambiar los cálculos a ellos si es necesario, y varios canales para seguir buscando satélites el receptor debería poder ver. De esta manera, nunca perderá la corrección 3D completa.
Dado que solo puede ver hasta 12 satélites, ¿por qué necesitaría más de 12 canales?
Hay alrededor de 24 satélites GPS operando en un momento dado, lo que significa que en un punto de la tierra solo se puede ver la mitad de ellos.
Pero recuerde: solo puede buscar un satélite por correlacionador, por lo que la razón principal para aumentar los correlacionadores después de los doce es mejorar el tiempo hasta la primera corrección, y la razón principal para mejorar eso es el consumo de energía.
Si su chipset GPS tiene que estar encendido todo el tiempo, es un consumo de energía de 100 mW todo el tiempo. Sin embargo, si solo necesita encenderlo una vez por segundo por solo 10 mS cada vez, entonces simplemente reduzca su consumo de energía a 1 mW. Esto significa que su teléfono celular, baliza de ubicación, etc. puede funcionar durante dos órdenes de magnitud más de tiempo con el mismo juego de baterías y al mismo tiempo mantener una posición fija en tiempo real en su ubicación.
Además, con millones de correlacionadores, se pueden realizar búsquedas más exactas que pueden ayudar a reducir los efectos de los reflejos de radio en los cañones urbanos (los edificios altos en las grandes ciudades solían estropear los receptores GPS con menos correladores).
Por último, si bien solo se necesitan 4 satélites para obtener una corrección 3D, los buenos receptores utilizan más satélites en su algoritmo de posición para obtener una corrección más precisa. Por lo tanto, solo se requiere un receptor de 4 canales, pero un receptor de 12 canales puede obtener más precisión.
Conclusión
Entonces los millones de correlacionadores:
- Acelera la adquisición de satélites
- Reduce el consumo de energía.
- Reduce la probabilidad de perder una solución 3D incluso en cañones urbanos
- Proporcionan una mejor sensibilidad, permitiendo arreglos en bosques densos e incluso en algunos túneles.
- Proporciona una mejor precisión de posicionamiento
Gracias a borzakk por algunas correcciones.
Necesita un canal, por frecuencia, por satélite.
La mayoría de los receptores baratos (como el de su teléfono o automóvil) rastrean solo la frecuencia L1 solo desde los satélites GPS. Si desea precisión, debe rastrear dos frecuencias de cada satélite para determinar con mayor precisión los retrasos ionosféricos. Si desea una mejor cobertura en áreas con obstrucciones parciales, necesita rastrear más que solo los satélites GPS.
Actualmente hay 32 satélites GPS en órbita, 31 de los cuales estaban en buen estado hasta la semana pasada. Un receptor verá menos de la mitad de ellos debido a la máscara de elevación, lo que significa que ignora cualquier satélite a menos de 5 grados sobre el horizonte. La máscara de elevación se puede establecer más alta; lo común es de 8 o 10 grados. Cada uno de esos satélites transmite en las frecuencias L1 y L2, y un satélite GPS está transmitiendo actualmente en L5 (en modo de prueba). Todos los futuros satélites GPS también admitirán L5 y, eventualmente, sus receptores baratos habituales utilizarán L5 en lugar de L1. Probablemente será el año 2020 antes de que vea que L5 reemplace a L1 en dispositivos baratos.
Rusia también tiene una constelación de satélites de posicionamiento global conocidos como GLONASS. Actualmente hay 27 satélites GLONASS en órbita. Hasta la semana pasada, 23 están en buen estado, 3 en modo de mantenimiento y 1 en modo de puesta en servicio. Todos los satélites GLONASS transmiten en dos frecuencias: L1 y L2.
Europa y China también están construyendo constelaciones.
Si desea utilizar datos de corrección WAAS, necesita un canal para SBAS.
Si desea utilizar OmniStar o el CDGPS de Canadá, necesita un canal para eso.
El receptor con el que estoy más familiarizado rastrea los siguientes canales:
- 14 canales GPS L1
- 14 canales GPS L2
- 6 canales GPS L5
- 12 canales GLONASS L1
- 12 canales GLONASS L2
- 2 canales SBAS (WAAS o EGNOS)
- 1 canal de banda L (OmniStar o CDGPS)
La última generación de receptores de gama alta también tiene canales adicionales para las constelaciones europea y china.
¿Por qué más de 12 canales?
La cantidad de canales dentro de un receptor de navegación es definitivamente más que una broma de marketing. Es la cuestión de cuántos datos puede y desea manejar para utilizar un amplio espectro de diferentes sistemas de navegación de tipo similar. Tenga en cuenta que estos sistemas satelitales son útiles para una gran variedad de aplicaciones (navegación de barcos, automóviles, trenes y aviones, geodesia, cronometraje, monitoreo de la tierra, ionosfera de edificios, pronóstico del tiempo, etc.) ..) y por lo tanto también la variedad de receptores (que soportan diferentes canales) es amplia.
Los receptores GNSS geodésicos de gama alta actuales (para constelaciones múltiples) vienen con más de 216 y hasta 440 canales. Los receptores utilizados para aplicaciones móviles utilizan 66-200 canales. El número de canales también tiene que ver con el número de correlacionadores. Cada canal puede tener su propio número de correlacionadores. Está true que el número de correlacionadores para reducir el espacio de búsqueda es importante para obtener un TTF bueno y estable (tiempo hasta la primera corrección).
Muy importante, y eso se describe en la respuesta de Adam Davis: necesita un canal por señal por satélite. Dado que el diseño de las señales de navegación varía (diferente intensidad de señal, modulación, ancho de banda, etc.), debe preparar el receptor para que sea compatible con cualquier sistema de navegación que le gustaría agregar para su solución de posición.
Hagamos una pequeña descripción de los diferentes tipos de sistemas de navegación:
Sistemas de navegación:
- GPS (América)
- GLONASS (Rusia)
- Beidou / COMPASS (China)
- Galileo (Europa)
… y, además, sistemas de aumento y sistemas de navegación regionales, que utilizan frecuencias y mensajes de navegación iguales o similares, que se pueden utilizar con la misma técnica de adquisición de señales:
- QZSS (sistema regional: Japón, cuasi-estacionario)
- IRNSS (sistema regional. India)
- EGNOS (sistema de aumento Europa)
- WAAS (sistema de aumento de América)
- OMNISTAR (sistema de aumento privado)
Así que contemos y volvamos a la discusión por satélite / por señal (exzerpt):
- GPS: L1, L2, L5 (L5 cuenta 2 veces ya que hay subcanales dentro de la señal, por ejemplo, el componente I (en fase) y Q (cuatrifásico))
- GLONASS: L1 L2 L3 (también GLONASS utiliza subcanales para la adquisición de señales de acceso múltiple por división de código (CDMA))
- Galileo (E1, E6 (señal segura), E5a E5b E5a + b (señal de banda ancha))
- Consulte el plan de señal actual para cada sistema y también la descripción general del receptor (lectura adicional)
Entonces, si desea rastrear un satélite GPS con L1 y L2 y L5a + b, necesita 4 canales. Para una primera solución, necesita 4 satélites que menas, necesita 8 canales solo para una solución directa sin redundancia. Cuantos más satélites GPS, mayor redundancia (e integridad). Para acelerar: en esta configuración, solo puede rastrear 5 satélites GPS con L1 / L2 y L5. Para mi entendimiento, una solución débil. Pero si solo considera las mediciones de L1, en lugar de corse, puede rastrear 12 satélites. Entonces, cuantos más canales, más tiene que funcionar el receptor (o procesador de banda base). Esto pertenece a la capacidad de su chip – … y definitivamente a la cantidad de observaciones y datos útiles para su aplicación. En cualquier momento la quastion debe ser:
- ¿Qué quiero para mi aplicación?
- ¿Cuántos datos necesito para obtener una solución confiable?
- ¿Cuántas capacidades de procesamiento tengo para obtener una solución confiable?
- ¿Cuánto quiero / tengo para controlar mi solución?
para leer más:
- una muy buena descripción del receptor de la ESA
- Encuesta de receptores GNSS de 2014
- Artículo de receptor de constelaciones múltiples en una sola placa (GPS World)
- Aviala-Rodríguez et al. (2007): The MBOC Modulation, Indside GNSS, 2 (6): 43-58 (en línea)
- Guo y col. (2013): Construcción de un receptor de múltiples constelaciones de banda ancha, GPS World, 24 (3): 36-42
- Plan de señal de Galileo
- Plan de señal GPS
- Plan de señal GLONASS
- Plan de señal BRÚJULA
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