¿Cómo es posible que la tasa de actualización de la posición GPS sea de 10 Hz?

Question

Basado en cosas en la web (Wikipedia y otros) la tasa de bits de los mensajes de navegación GPS es de 50 bit/s. Eso incluye todos los datos necesarios para el cálculo de la posición del usuario (hora, efemérides, almanaque, etc.) Parece que el paquete de un satélite debe ser mucho más largo que 50 bits, por lo que un paquete completo debe tardar más de un segundo en emitirse completamente (con una tasa de 50 bit/s.)

¿Cómo es posible una frecuencia de actualización de la posición de 10 Hz (actualización cada 100 milisegundos)?

Answer 1

50 bps es, en efecto, la tasa de bits a la que se transmiten los almanaques y las efemérides. Teniendo en cuenta el tamaño de estos datos, así como el encuadre y otros gastos generales, se tarda mucho más de 0,1 segundos (y más de 1 segundo) en transmitir estos datos.

Sin embargo, el cálculo de la posición real se realiza utilizando información de sincronización precisa derivada del PRN, y eso llega a la velocidad del chip (1,023 Mchip/segundo para el código de adquisición gruesa (C/A) L1), en lugar de a la velocidad de navegación de 50 bps.

El PRN se repite una vez cada milisegundo (para L1 C/A), por lo que incluso la más burda correlación cruzada con el PRN podría producir una nueva (ruidosa) medición de tiempo a 1 kHz. Una tasa más baja, como 10 Hz, permite más tiempo para la medición, el filtrado y el cálculo (véase el análisis aquí )

Un nuevo conjunto de efemérides es no necesaria para cada actualización de la posición; de hecho, una sola efeméride es válida durante horas [ref aquí así como la página 157 de aquí ]. El receptor GPS sigue haciendo cálculos con respecto a las efemérides existentes, sólo que utilizando la nueva información de sincronización a medida que va llegando.

Answer 2

Arranque en frío

El receptor GPS no sabe dónde está, ni dónde están los satélites. Así que intenta fijar y decodificar los satélites que deberían estar a la vista (basándose en la última ubicación conocida que en este caso está muy lejos), pero con la tasa de bits que mencionas es un proceso largo, 30 segundos si el receptor está decodificando un satélite que está a la vista. Cuantos más canales paralelos tenga tu receptor y cuanto más precisa sea la estimación de tu posición actual (a través de la triangulación Wifi/torre de celdas), más rápido conseguirá una fijación.

• Por ejemplo, un receptor de sólo 6 canales de GPS podría tardar entre 1 y 2 minutos con una mala visión de la constelación de 24 satélites.
• En lugar de obtener el almanaque (es decir, las posiciones de los satélites, básicamente) de los propios satélites, el receptor puede obtenerlos de Internet, lo que es mucho más rápido. Por eso los smartphones suelen tener un arranque en frío más rápido que las unidades autónomas GNSS/GPS más tradicionales.

Arranque en caliente

Algunos de los satélites que fueron rastreados previamente en los canales N de su receptor todavía están a la vista, o el tiempo y la deriva de localización desde la última desconexión fueron lo suficientemente pequeños como para utilizar el último almanaque actualizado (de Internet o de los satélites) para extrapolar qué satélites están a la vista ahora.

Mecanismo de fijación de la posición

Como ha dicho nanofarad, la posición se calcula entonces únicamente con las señales de reloj procedentes de los satélites, es decir, se corrige el desplazamiento Doppler y las derivas del reloj, y se comparan los pulsos para triangular la posición del receptor. Véase también este enlace muy informativo de las que se extraen estas imágenes.

(Nota: Como complemento a la respuesta de nanofarad)