Necesita 4 canales para determinar su posición (incluida la elevación), y puedo entender que algunos canales adicionales aumentan la precisión. Sin embargo, hay un máximo de 12 satélites a la vista en cualquier momento, entonces, ¿por qué tener receptores con más canales? He visto receptores con 50 o incluso 66 canales , eso es más que el número de satélites.
No veo ninguna ventaja en esta explosión de número de canales, aunque supongo que aumenta el consumo de energía del receptor.
Entonces, ¿por qué necesito 66 canales?
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 encontrar un buen GPS. referencia. En otras palabras, lo que está escrito a continuación pretende darle una idea de cómo funciona, pero es técnicamente incorrecto en algunos aspectos. Lo siguiente no es lo suficientemente correcto para implementar su propio software GPS.
Todos los satélites transmiten esencialmente en la misma frecuencia. Técnicamente, están pasando por encima de las señales de los demás.
Entonces, ¿cómo lidia el receptor GPS con esto?
Primero, cada satélite transmite un mensaje diferente cada mS. El mensaje tiene una longitud de 1024 bits y se genera mediante 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 señal de entrada y, si su señal coincide exactamente con la señal de un satélite, entonces el correlacionador ha encontrado un satélite. La mezcla esencialmente extrae la señal del satélite del ruido y verifica que 1) tenemos la secuencia correcta y 2) tenemos el momento 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 tratar de detectar un satélite diferente en un período diferente.
Debido al cambio de tiempo (1023 bits, 1000 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), por lo tanto, puede llevar más de 30 segundos buscar cada satélite.
Además, el desplazamiento Doppler debido a la velocidad del satélite en relación con su velocidad terrestre, significa que la base de tiempo podría desplazarse hasta +/- 10 kHz, por lo que requiere buscar alrededor de 40 cambios de frecuencia diferentes para un correlador antes de que pueda darse por vencido. un PRN particular y el tiempo.
Esto nos deja con el peor escenario posible (un satélite en el aire, y primero intentamos todo menos la coincidencia exacta) de un tiempo para arreglar primero un arranque en frío (es decir, sin información sobre la hora o la ubicación del receptor, o ubicación de los satélites) de 32 segundos, suponiendo que no hagamos suposiciones, ni hagamos trucos ingeniosos, que la señal recibida sea buena, etc.
Sin embargo, si tiene dos correladores, acaba de reducir a la mitad ese tiempo porque puede buscar dos satélites a la vez. Obtenga 12 correladores en el trabajo y le llevará menos de unos segundos. Obtenga un millón de correladores y, en teoría, puede llevar unos pocos milisegundos.
Cada correlador se llama un "canal" por el bien de la comercialización. No está del todo mal: 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, pasa por debajo de un puente, etc.), pierde la corrección 3D y pasa a la corrección 2D con tres satélites mientras 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 deben estar a la vista.
Entonces, la búsqueda es bastante rápida porque conoce la posición y el código de cada satélite, pero solo tiene una solución 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 debe ser capaz de ver. De esta manera, nunca perderá la solución 3D completa.
Hay aproximadamente 24 satélites GPS operando en un momento dado, lo que significa que en un punto de la tierra solo puedes ver la mitad de ellos.
Pero recuerde: solo puede buscar un satélite por correlador, por lo que la razón principal para aumentar los correladores más allá de los doce es mejorar el tiempo para la primera corrección, y la razón principal para mejorar eso es el consumo de energía.
Si su conjunto de chips 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 durante solo 10 mS cada vez, simplemente reduce 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 tiempo con el mismo juego de baterías y al mismo tiempo mantener una fijación completa en tiempo real en su ubicación.
Además, con millones de correladores, se pueden realizar búsquedas más exactas que pueden ayudar a reducir los efectos de los reflejos de radio en los cañones urbanos (edificios altos en las grandes ciudades que solían estropear los receptores GPS con menos correladores).
Por último, aunque solo se necesitan 4 satélites para obtener una posición 3D, los buenos receptores utilizan más satélites en su algoritmo de posición para obtener una posición más precisa. Por lo tanto, solo se requiere un receptor de 4 canales, pero un receptor de 12 canales puede obtener más precisión.
Así que los millones de correladores:
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 de 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 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 8 o 10 grados. Cada uno de esos satélites transmite en las frecuencias L1 y L2, y un satélite GPS actualmente transmite en L5 (en modo de prueba). Todos los futuros satélites GPS también serán compatibles con L5 y, eventualmente, sus receptores económicos habituales utilizarán L5 en lugar de L1. Probablemente será el año 2020 antes de que veas que L5 reemplaza a L1 en dispositivos baratos.
Rusia también tiene una constelación de satélites de posicionamiento global conocida como GLONASS. Actualmente hay 27 satélites GLONASS en órbita. Hasta la semana pasada, 23 están en buen estado, 3 están en modo de mantenimiento y 1 está en modo de puesta en marcha. 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 usar OmniStar o CDGPS de Canadá, necesita un canal para eso.
El receptor con el que estoy más familiarizado rastrea los siguientes canales:
La última generación de receptores de gama alta también tiene canales adicionales para las constelaciones europeas y chinas.
¿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 en barcos, automóviles, trenes y aviones, geodesia, cronometraje, monitoreo de la tierra, ionosfera de edificios, pronóstico del tiempo, etc., etc.). ..) y, por lo tanto, también la variedad de receptores (que admiten diferentes canales) es amplia.
Los receptores GNSS geodésicos actuales de gama alta (para constelaciones múltiples) vienen con más de 216 y hasta 440 canales. Los receptores utilizados para aplicaciones móviles utilizan de 66 a 200 canales. El número de canales también tiene que ver con el número de correladores. Cada canal puede tener su propio número de correladores. Es cierto que el número de correladores para reducir el espacio de búsqueda es importante para obtener un TTF (time to first fix) bueno y estable.
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 general de los diferentes tipos de sistemas de navegación:
Sistemas de navegación:
... y, además, Sistemas de Aumento y Sistemas de Navegación regionales, que utilizan frecuencias iguales/similares y Mensajes de Navegación, que pueden ser utilizados por la misma técnica de adquisición de señales:
Entonces, cuentemos y volvamos a la discusión por satélite/por señal (exzerpt):
Entonces, si desea rastrear un satélite GPS con L1 y L2 y L5a + b, necesita 4 canales. Para una primera solución, necesita 4 satélites, lo que significa que necesita 8 canales solo para una solución de poisiotn directa sin redundancia. Cuantos más satélites GPS, más 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 L1, entonces, por supuesto, puede rastrear 12 satélites. Entonces, cuantos más canales, más tiene que funcionar el receptor (o el 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 pregunta tiene que ser:
para leer más:
La primera respuesta ya es muy buena. Solo tengo una cosa que agregar. He estado trabajando en el software GPS durante 2 años, sé que para rastrear un satélite, se necesitan 6 correladores. Esto se debe a que la señal del satélite GPS tiene dos componentes (ramas I y Q, que representan una señal compleja por seno y coseno). Para cada rama, uno tiene que producir secuencias de números pseudoaleatorios retardados, puntuales y avanzados y calcular sus correlaciones con la señal del satélite. Entonces, para rastrear 12 canales para solo la señal L1, se necesitan 12 x 6 correladores. Si también quiere hacer L2C, L5 o Galileo, necesita más correladores.
La respuesta es que no. La última familia de receptores GPS u-Blox se enorgullece de tener "GPS de alto rendimiento con más de 2 millones de correladores". Lo que eso significa no estoy muy seguro, ¡pero es un buen número para que el vendedor lo cotice!
usuario34330
PedroJ