Necesitas 4 canales para determinar tu posición (incluida la elevación), y puedo entender que algunos canales adicionales aumenten la precisión. Sin embargo, hay un máximo de 12 satélites a la vista en cualquier momento, así que ¿para qué tener receptores con más canales? He visto receptores con 50 o incluso 66 canales que el número de satélites.
No veo ninguna ventaja en esta explosión del número de canales, aunque supongo que sí aumenta el consumo de energía del receptor.
Entonces, ¿para qué necesito 66 canales?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
La respuesta es compleja debido a la forma en que funciona el sistema GPS, así que voy a simplificar una serie de cosas para que entiendas el principio, pero si estás interesado en cómo se implementa realmente tendrás que ir a buscar una buena referencia GPS. En otras palabras, lo que está escrito a continuación pretende darte una idea de cómo funciona, pero es técnicamente incorrecto en algunos aspectos. Lo de abajo no es lo suficientemente correcto como para implementar tu propio software GPS.
Fondo
Todos los satélites transmiten esencialmente en la misma frecuencia. Técnicamente, pasan por encima de las señales de los demás.
¿Cómo lo hace el receptor GPS?
En primer lugar, 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 todo el espectro 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 de un satélite entonces el correlador ha encontrado un satélite. La mezcla básicamente saca la señal del satélite del ruido, y verifica que 1) tenemos la secuencia correcta y 2) tenemos la sincronización correcta.
Sin embargo, si no ha encontrado ninguna coincidencia, tiene que desplazar su señal un bit y volver a intentarlo, hasta que haya recorrido los 1023 periodos de bits y no haya encontrado ningún satélite. Entonces pasa a intentar detectar otro satélite en otro periodo.
Debido al desplazamiento temporal (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 concreto.
Debido al cambio de código (actualmente hay 32 códigos PRN diferentes, uno para cada satélite), la búsqueda de cada satélite puede tardar más de 30 segundos.
Además, el desplazamiento doppler debido a la velocidad del satélite en relación con la velocidad terrestre, significa que la base de tiempo podría estar desplazada hasta en +/- 10kHz, por lo que un correlacionador tendría que buscar unos 40 desplazamientos de frecuencia diferentes antes de que pueda renunciar a un PRN y una temporización concretos.
Qué significa
Esto nos deja con el peor escenario posible (un satélite en el aire, y probamos todo menos la coincidencia exacta primero) de un tiempo para la primera fijación de un arranque en frío (es decir, sin información sobre la hora o la ubicación del receptor, o la ubicación de los satélites) de 32 segundos, suponiendo que no hacemos ninguna suposición, ni realizamos ningún truco inteligente, la señal recibida es buena, etc.
Sin embargo, si tienes dos correladores, acabas de reducir ese tiempo a la mitad porque puedes buscar dos satélites a la vez. Pon 12 correladores a trabajar y tardarás menos de unos segundos. Con un millón de correladores, en teoría puede tardar unos milisegundos.
Cada correlador se denomina "canal" por razones de marketing. No es del todo erróneo: en cierto sentido, el correlacionador está demodulando una frecuencia codificada concreta cada vez, que es esencialmente lo que hace un receptor de radio cuando se cambia de canal.
Sin embargo, un receptor GPS puede hacer muchas suposiciones que simplifican el espacio del problema de tal manera que un receptor genérico de 12 canales puede obtener un punto fijo, en el peor de los casos, en unos 1-3 minutos.
Aunque puedes obtener una posición 3D con un GPS de 4 canales, cuando pierdes una señal GPS (se va más allá del horizonte, o pasas por debajo de un puente, etc.) pierdes la posición 3D y pasas a la posición 2D con tres satélites mientras uno de tus canales vuelve al modo de correlación.
Ahora su receptor empieza a descargar las efemérides y el almanaque, lo que permite al receptor buscar señales de forma muy inteligente. Después de 12 minutos más o menos sabe exactamente qué satélites debe estar a la vista.
De este modo, la búsqueda es bastante rápida, ya que se conoce la posición y el código de cada satélite, pero sólo se dispone de una posición 2D hasta que se encuentra un nuevo satélite.
Sin embargo, si tiene un receptor de 12 canales, puede utilizar 4 de los canales más potentes para obtener la posición fija, unos cuantos canales para fijar satélites de reserva de modo que pueda cambiar los cálculos a ellos si es necesario, y varios canales para seguir buscando satélites que el receptor debería poder ver. De este modo, nunca perderá la posición 3D completa.
Dado que sólo se pueden ver hasta 12 satélites, ¿para qué se necesitan más de 12 canales?
Hay unos 24 satélites GPS funcionando en un momento dado, lo que significa que en un punto de la Tierra sólo se puede ver la mitad de ellos.
Pero recuerda: sólo puedes buscar un satélite por correlador, así que la razón principal para aumentar los correladores más allá de doce es mejorar el tiempo hasta la primera fijación, y la razón principal para mejorar eso es el consumo de energía.
Si el chipset del GPS tiene que estar alimentado todo el tiempo, consume 100 mW todo el tiempo. Si, por el contrario, sólo tiene que encenderlo una vez por segundo durante sólo 10mS cada vez, entonces acaba de reducir su consumo de energía a 1mW. Esto significa que el teléfono móvil, la baliza de localización, etc., pueden funcionar durante dos órdenes de magnitud más de tiempo con el mismo juego de pilas, manteniendo al mismo tiempo la localización en tiempo real.
Además, con millones de correladores se pueden hacer búsquedas más exactas, lo que puede ayudar a reducir los efectos de las reflexiones radioeléctricas en los cañones urbanos (los edificios altos de las grandes ciudades solían estropear los receptores GPS con menos correladores).
Por último, aunque sólo 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 tanto, sólo se necesita un receptor de 4 canales, pero uno de 12 puede ser más preciso.
Conclusión
Así que los millones de correladores:
- Acelera la adquisición de satélites
- Reduce el consumo de energía
- Reduce la probabilidad de perder una fijación 3D incluso en cañones urbanos
- Proporcionan una mayor sensibilidad, permitiendo fijaciones en bosques densos, e incluso en algunos túneles
- Proporciona una mayor precisión de posicionamiento
<sup>Gracias a borzakk por <a href="http://www.reddit.com/r/ECE/comments/gavf7/what_do_they_mean_by_gps_channels/c1m81y7">algunas correcciones </a>.</sup>
Morrison Chang
Puntos
286
Necesitas un canal, por frecuencia, por satélite.
La mayoría de los receptores baratos (como el de tu teléfono o coche) sólo rastrean la frecuencia L1 de los satélites GPS. Si quieres precisión, necesitas rastrear dos frecuencias de cada satélite para determinar con mayor exactitud los retrasos ionosféricos. Si quieres una mejor cobertura en zonas con obstrucciones parciales, necesitas rastrear algo más que 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, que significa que ignora cualquier satélite situado a menos de 5 grados sobre el horizonte. La máscara de elevación puede ajustarse a un valor superior: 8 ó 10 grados es lo habitual. Cada uno de estos satélites emite en las frecuencias L1 y L2, y un satélite GPS emite actualmente en L5 (en modo de prueba). Todos los futuros satélites GPS también serán compatibles con L5 y, con el tiempo, los receptores baratos normales utilizarán L5 en lugar de L1. Es probable que hasta 2020 no se vea que la L5 sustituye a la L1 en los dispositivos baratos.
Rusia también dispone de una constelación de satélites de posicionamiento global conocida como GLONASS. Actualmente hay 27 satélites GLONASS en órbita. Desde la semana pasada, 23 están en funcionamiento, 3 en modo de mantenimiento y 1 en modo de puesta en servicio. Todos los satélites GLONASS emiten 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 quieres utilizar OmniStar o el CDGPS de Canadá, necesitas un canal para ello.
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 dispone de canales adicionales para las constelaciones europea y china.
TLDR
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141
¿Por qué más de 12 canales?
El número de canales de un receptor de navegación es mucho más que una broma publicitaria. Se trata de saber cuántos datos puedes y quieres manejar para utilizar un amplio espectro de diferentes sistemas de navegación de tipo similar. Por favor, tenga en cuenta que estos sistemas de satélite son útiles para una gran variedad de aplicaciones (navegación de barcos, coches, trenes y aviones, geodesia, cronometraje, monitorización de la tierra, edificios, ionosfera, previsión meteorológica, etc. ....) y por lo tanto también la variedad de receptores (soportando diferentes canales) es amplia.
Los receptores GNSS geodésicos actuales de gama alta (para multiconstelación) vienen con más de 216 y hasta 440 canales. Los receptores utilizados para aplicaciones móviles utilizan entre 66 y 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 bueno y estable (tiempo hasta la primera fijación).
Muy importante - y eso se describe en la respuesta de adam davis: necesitas 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.) tienes que preparar el receptor para que sea capaz de recibir cualquier sistema de navegación que quieras añadir a tu solución de posición.
Hagamos un pequeño repaso de los distintos tipos de sistemas de navegación:
Sistemas de navegación:
- GPS (América)
- GLONASS (Rusia)
- Beidou/COMPASS (China)
- Galileo (Europa)
... y además Sistemas de Aumentación y Sistemas regionales de navegación, que utilizan frecuencias iguales/similares y Mensajes de navegación, que pueden ser utilizados por 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 América)
- OMNISTAR (sistema privado de aumento)
Así que vamos a contar y volver a la discusión por satélite / por señal (exzerpt):
- GPS: L1,L2,L5 (L5 cuenta 2 veces, ya que hay subcanales dentro de la señal: el componente I (en fase) y Q (en fase cuádruple), por ejemplo).
- 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 señalización actual para cada sistema y también el resumen de receptores (lectura adicional)
Así que si quieres rastrear un Satélite GPS con L1 y L2 y L5a+b necesitas 4 canales. Para un primer fix necesitas 4 Satélites lo que significa que necesitas 8 canales sólo para una solución de posicionamiento directo sin ninguna redundancia. Cuantos más satélites GPS más redundancia (e integridad). Para acelerar: en esta configuración sólo es capaz de rastrear 5 Satélites GPS con L1/L2 y L5. A mi entender una solución débil. Pero si solo consideras las mediciones L1, entonces por supuesto, eres capaz de rastrear 12 satélites. Así que cuantos más canales, más tiene que trabajar el receptor (o el procesador de banda base). Esto depende de la capacidad de tu chip - ... y definitivamente del número de observaciones y datos útiles para tu aplicación. En cualquier momento la pregunta tiene que ser:
- ¿Qué quiero para mi solicitud?
- ¿Cuántos datos necesito para obtener una solución fiable?
- ¿De cuánta capacidad de procesamiento dispongo para obtener una solución fiable?
- ¿Hasta qué punto quiero/tengo que controlar mi solución?
para más información:
- una muy buena descripción del receptor de la ESA
- Encuesta sobre receptores GNSS en 2014
- Artículo de Receptor multiconstelación en una sola placa (GPS World)
- Aviala-Rodriguez et al. (2007): La modulación MBOC, Indside GNSS, 2(6):43-58 ( en línea )
- Guo et al. (2013): Building a Wide-Band Multi-Constellation Receiver, GPS World, 24(3):36-42.
- Plan de señales Galileo
- Plan de señales GPS
- Plan de señales GLONASS
- Plan de señales COMPASS
ehdr
Puntos
578
La 1ª respuesta ya es muy buena. Sólo tengo una cosa que añadir. He estado trabajando en software GPS durante 2 años, sé que para rastrear un satélite, se necesitan 6 correladores. Eso es porque la señal del satélite GPS tiene dos componentes (ramas I y Q, algo así como representar una señal compleja por seno y coseno). Para cada rama, hay que producir secuencias de números pseudoaleatorios retardadas, a tiempo y avanzadas, y calcular sus correlaciones con la señal del satélite. Así que para rastrear 12 canales sólo para la señal L1, se necesitan 12 x 6 correlacionadores. Si además se quiere hacer L2C, L5 o Galileo, se necesitan más correladores.
