คำตอบนั้นซับซ้อนเนื่องจากวิธีการทำงานของระบบ GPS ดังนั้นฉันจะทำให้สิ่งต่างๆง่ายขึ้นเพื่อให้คุณเข้าใจหลักการ แต่ถ้าคุณสนใจที่จะนำไปใช้จริง ๆ คุณจะต้องหา GPS ที่ดี การอ้างอิง กล่าวอีกนัยหนึ่งสิ่งที่เขียนด้านล่างนี้มีไว้เพื่อให้คุณทราบว่ามันทำงานอย่างไร แต่มีความผิดทางเทคนิคในบางวิธี ด้านล่างไม่ถูกต้องเพียงพอที่จะใช้งานซอฟต์แวร์ GPS ของคุณเอง
พื้นหลัง
ดาวเทียมทุกดวงจะส่งผ่านความถี่เดียวกัน พวกเขากำลังเดินไปทั่วสัญญาณของแต่ละคนในทางเทคนิค
ดังนั้นตัวรับสัญญาณ GPS จะจัดการกับสิ่งนี้ได้อย่างไร
ก่อนอื่นดาวเทียมแต่ละดวงจะส่งข้อความที่แตกต่างกันทุก mS ข้อความมีความยาว 1024 บิตและสร้างขึ้นโดยตัวสร้างตัวเลขสุ่มหลอก
ตัวรับสัญญาณ GPS ได้รับสเปกตรัมทั้งหมดของเครื่องส่งสัญญาณทั้งหมดจากนั้นจะดำเนินการกระบวนการที่เรียกว่าสหสัมพันธ์ - มันสร้างลำดับเฉพาะของหนึ่งในดาวเทียมนั้นคูณด้วยสัญญาณอินพุตและถ้าสัญญาณตรงกับสัญญาณของดาวเทียม ได้พบหนึ่งดาวเทียม การผสมจะดึงสัญญาณดาวเทียมออกจากเสียงรบกวนและตรวจสอบว่า 1) เรามีลำดับที่ถูกต้องและ 2) เรามีเวลาที่เหมาะสม
อย่างไรก็ตามหากไม่พบคู่ที่ตรงกันจะต้องทำการเปลี่ยนสัญญาณหนึ่งบิตแล้วลองอีกครั้งจนกว่าจะผ่านช่วงเวลา 1,023 บิตทั้งหมดและไม่พบดาวเทียม จากนั้นมันจะพยายามค้นหาดาวเทียมที่แตกต่างกันในช่วงเวลาที่แตกต่างกัน
เนื่องจากเวลาเปลี่ยนไป (1,023 บิต, 1,000 สัญญาณต่อวินาที) ในทางทฤษฎีแล้วมันสามารถค้นหารหัสในหนึ่งวินาทีเพื่อค้นหา (หรือพิจารณาว่าไม่มีอะไร) ที่รหัสใดรหัสหนึ่ง
เนื่องจากการเปลี่ยนรหัส (ปัจจุบันมี 32 รหัส PRN ที่แตกต่างกันแต่ละรหัสสำหรับดาวเทียมแต่ละดวง) ดังนั้นจึงสามารถใช้เวลา 30+ วินาทีในการค้นหาดาวเทียมแต่ละดวง
นอกจากนี้การเปลี่ยน doppler เนื่องจากความเร็วของดาวเทียมเมื่อเทียบกับความเร็วภาคพื้นดินของคุณหมายความว่าสามารถปรับระยะเวลาได้มากถึง +/- 10kHz ดังนั้นจึงต้องค้นหาการเปลี่ยนแปลงความถี่ที่แตกต่างกันประมาณ 40 ครั้งสำหรับผู้ให้ความสัมพันธ์ก่อนที่จะยอมแพ้ PRN และเวลาเฉพาะ
หมายความว่าอะไร
สิ่งนี้ทำให้เรามีสถานการณ์กรณีเลวร้ายที่สุดที่เป็นไปได้ (ดาวเทียมหนึ่งดวงในอากาศและเราลองทุกอย่างยกเว้นการจับคู่ที่แน่นอนก่อน) ครั้งหนึ่งก่อนที่จะเริ่มการเริ่มเย็น (เช่นไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับเวลาหรือสถานที่ของผู้รับ หรือตำแหน่งของดาวเทียม) เป็นเวลา 32 วินาทีโดยสมมติว่าเราไม่ได้ตั้งสมมติฐานหรือใช้กลอุบายที่ฉลาดสัญญาณที่ได้รับนั้นดี ฯลฯ
อย่างไรก็ตามหากคุณมีผู้เชื่อมโยงสองคนคุณเพียงแค่ลดครึ่งเวลาลงเพราะคุณสามารถค้นหาดาวเทียมสองดวงได้ในคราวเดียว รับผู้ร่วมงาน 12 คนและใช้เวลาน้อยกว่าสองสามวินาที รับหนึ่งล้าน correlators และในทางทฤษฎีมันอาจใช้เวลาไม่กี่มิลลิวินาที
ผู้ร่วมงานแต่ละคนเรียกว่า "ช่องทาง" เพื่อประโยชน์ด้านการตลาด มันไม่ผิดเลย - ในทางตรงข้าม correlator นั้นกำลัง demodulating หนึ่งรหัสความถี่ในแต่ละครั้งซึ่งเป็นสิ่งสำคัญที่เครื่องรับวิทยุทำเมื่อคุณเปลี่ยนช่อง
มีข้อสันนิษฐานมากมายที่ตัวรับสัญญาณ GPS สามารถทำได้ซึ่งทำให้พื้นที่ปัญหาง่ายขึ้นซึ่งตัวรับสัญญาณ 12 ช่องทั่วไปสามารถแก้ไขได้ในกรณีที่เลวร้ายที่สุดในเวลาประมาณ 1-3 นาที
ในขณะที่คุณสามารถรับการแก้ไข 3 มิติด้วย GPS 4 ช่องเมื่อคุณสูญเสียสัญญาณ GPS (ไปเกินเส้นขอบฟ้าหรือคุณอยู่ใต้สะพาน ฯลฯ ) จากนั้นคุณจะสูญเสียการแก้ไข 3D และไปที่การแก้ไข 2D กับดาวเทียมสามดวงในขณะที่ ช่องของคุณกลับเข้าสู่โหมดสหสัมพันธ์
ตอนนี้ผู้รับของคุณเริ่มดาวน์โหลด ephemeris และ almanac ซึ่งทำให้ผู้รับสามารถค้นหาสัญญาณได้อย่างชาญฉลาด หลังจาก 12 นาทีหรือจึงรู้ว่าที่ดาวเทียมควรจะอยู่ในมุมมอง
ดังนั้นการค้นหาจึงค่อนข้างเร็วเพราะคุณทราบตำแหน่งและรหัสของดาวเทียมแต่ละดวง แต่คุณยังคงมีการแก้ไขแบบ 2 มิติจนกว่าคุณจะพบดาวเทียมใหม่จริงๆ
หากคุณมีตัวรับสัญญาณ 12 ช่องคุณสามารถใช้ 4 ช่องสัญญาณที่แรงที่สุดในการให้การแก้ไขของคุณมีช่องไม่กี่ช่องที่จะล็อคลงบนดาวเทียมสำรองเพื่อให้สามารถสลับการคำนวณไปยังพวกเขาหากจำเป็นและอีกหลายช่องทางในการค้นหาดาวเทียม ผู้รับควรจะเห็น ด้วยวิธีนี้คุณจะไม่สูญเสียการแก้ไข 3 มิติเต็มรูปแบบ
เนื่องจากคุณสามารถดูดาวเทียมได้สูงสุด 12 ดวงทำไมคุณต้องใช้มากกว่า 12 ช่อง
มีดาวเทียม GPS ประมาณ 24 ดวงที่ให้เวลาซึ่งหมายความว่าในจุดหนึ่งบนโลกนี้คุณจะเห็นเพียงครึ่งเดียว
แต่โปรดจำไว้ว่า - คุณสามารถค้นหาดาวเทียมได้เพียงหนึ่งดาวเทียมต่อหนึ่ง correlator ดังนั้นเหตุผลหลักในการเพิ่ม correlators ในสิบสองคือการปรับปรุงเวลาในการแก้ไขครั้งแรกและเหตุผลหลักในการปรับปรุงที่ใช้พลังงาน
หากชิปเซ็ต GPS ของคุณต้องใช้พลังงานอยู่ตลอดเวลาจะมีพลังงาน 100mW ไหลออกมาตลอดเวลา อย่างไรก็ตามหากคุณต้องการเปิดใช้งานหนึ่งครั้งต่อวินาทีเป็นเวลาเพียง 10mS ในแต่ละครั้งคุณจะลดการใช้พลังงานลงเหลือ 1mW ซึ่งหมายความว่าโทรศัพท์มือถือของคุณสัญญาณบอกตำแหน่งและอื่น ๆ สามารถใช้งานได้สองคำสั่งที่มีขนาดนานขึ้นในแบตเตอรี่ชุดเดียวกันในขณะที่ยังคงสามารถแก้ไขตำแหน่งตามเวลาจริงได้อย่างเต็มที่
ยิ่งไปกว่านั้นด้วยผู้ให้ความร่วมมือนับล้านคนเราสามารถค้นหาได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นซึ่งสามารถช่วยลดผลกระทบของการสะท้อนคลื่นวิทยุในหุบเขาในเมือง
สุดท้ายในขณะที่ต้องการเพียง 4 ดาวเทียมในการรับการแก้ไขแบบ 3 มิติตัวรับสัญญาณที่ดีใช้ดาวเทียมมากขึ้นในอัลกอริธึมตำแหน่งเพื่อรับการแก้ไขที่แม่นยำยิ่งขึ้น ดังนั้นต้องใช้ตัวรับสัญญาณ 4 ช่องเท่านั้น แต่ตัวรับสัญญาณ 12 ช่องสามารถให้ความแม่นยำมากขึ้น
ข้อสรุป
ดังนั้นผู้ร่วมงานนับล้าน:
- เพิ่มความเร็วในการรับสัญญาณดาวเทียม
- ลดการใช้พลังงาน
- ลดโอกาสในการสูญเสียการแก้ไข 3 มิติแม้ในหุบเขาในเมือง
- มอบความไวที่ดีขึ้นอนุญาตการแก้ไขในป่าทึบและแม้แต่ในอุโมงค์บางแห่ง
- ให้ตำแหน่งที่แม่นยำยิ่งขึ้น
ขอขอบคุณที่ borzakk สำหรับแก้ไขบางอย่าง