몇 개의 GPS 채널이 의미가 있습니까?

위치 (고도 포함)를 결정하려면 4 개의 채널이 필요하며 몇 개의 추가 채널이 정확도를 높인다는 것을 이해할 수 있습니다. 그러나 언제든지 최대 12 개의 위성이 표시되므로 더 많은 채널을 가진 수신기가있는 이유는 무엇입니까? 50 개 또는 66 개 채널을 가진 수신기를 보았습니다 . 위성 수가 그 이상입니다.
이처럼 많은 수의 채널이 폭발적으로 증가하는 데는 이점이 없지만 수신기의 전력 소비가 증가한다고 가정합니다.
그렇다면 왜 66 개의 채널이 필요합니까?

답변은 GPS 시스템 작동 방식으로 인해 복잡하므로 원칙을 이해하기 위해 여러 가지를 단순화하려고하지만 실제로 구현 방법에 관심이있는 경우 좋은 GPS를 찾아야합니다. 참고. 다시 말해서, 아래에 쓰여진 것은 그것이 어떻게 작동하는지에 대한 아이디어를 제공하기위한 것이지만 어떤면에서는 기술적으로 잘못되었습니다. 아래는 자신의 GPS 소프트웨어를 구현하기에 충분하지 않습니다.

배경

모든 위성은 기본적으로 동일한 주파수로 전송됩니다. 그들은 기술적으로 서로의 신호를 걷습니다.

GPS 수신기는이를 어떻게 처리합니까?

첫째, 각 위성은 mS마다 다른 메시지를 전송합니다. 메시지의 길이는 1024 비트이며 의사 난수 생성기에 의해 생성됩니다.

GPS 수신기는 모든 송신기의 전체 스펙트럼을 수신 한 후 상관이라는 프로세스를 수행합니다. 위성 중 하나의 특정 시퀀스를 생성하고 신호 입력에 곱한 후 신호가 위성의 신호와 정확히 일치하는 경우 상관기 위성 하나를 찾았습니다. 믹싱은 본질적으로 위성의 신호를 노이즈에서 끌어 내고 1) 올바른 시퀀스를 가지고 있고 2) 올바른 타이밍을 가지고 있음을 확인했습니다.

그러나 일치하는 항목을 찾지 못하면 신호를 1 비트 씩 이동 한 후 1023 비트 기간이지나 위성을 찾지 못할 때까지 다시 시도해야합니다. 그런 다음 다른 기간에 다른 위성을 감지하려고 시도합니다.

시간 이동 (1023 비트, 초당 1,000 회 전송)으로 인해 이론적으로 특정 코드에서 1 초 내에 코드를 완전히 검색하여 아무것도 찾을 수 없습니다.

코드 이동 (현재 각 위성마다 하나씩 32 개의 서로 다른 PRN 코드가 있음)로 인해 각 위성을 검색하는 데 30 초 이상 걸릴 수 있습니다.

또한, 지상 속도에 상대적인 위성 속도로 인한 도플러 편이는 타임베이스가 +/- 10kHz만큼 변이 될 수 있음을 의미하므로 상관기를 포기하기 전에 약 40 개의 서로 다른 주파수 편이를 검색해야합니다. 특정 PRN 및 타이밍.

이게 무슨 뜻이야

이로 인해 콜드 스타트 ​​(cold start)를 먼저 해결 (즉, 수신기의 시간이나 위치에 대한 정보가 없음) 할 수있는 최악의 시나리오 (공중의 위성 하나, 정확한 일치를 제외한 모든 것을 먼저 시도)가 남습니다. 가정하지 않거나 영리한 트릭을 수행한다고 가정하고 수신 신호가 양호하다는 가정하에 32 초의 위성 위치 또는 위성 위치)

그러나 두 개의 상관 기가있는 경우 한 번에 두 개의 위성을 검색 할 수 있기 때문에 시간이 절반으로 줄어 듭니다. 직장에서 12 명의 상관자를 구하면 몇 초도 걸리지 않습니다. 백만 개의 상관기를 가져 오면 이론상 몇 밀리 초가 걸릴 수 있습니다.

각 상관 기는 마케팅을 위해 "채널"이라고합니다. 상관은 상관이 없습니다. 어떤 의미에서 상관 기는 한 번에 하나의 특정 코딩 된 주파수를 복조하고 있습니다. 이는 본질적으로 채널을 전환 할 때 무선 수신기가하는 것입니다.

그러나 GPS 수신기가 문제 공간을 단순화하여 일반적인 12 채널 수신기가 최악의 경우 약 1-3 분 안에 문제를 해결할 수 있다는 가정이 많이 있습니다.

4 채널 GPS로 3D 수정을 할 수 있지만 GPS 신호를 잃으면 (지평선을 넘어가거나 다리 아래로 갈 때 등) 3D 수정을 잃고 위성 3 개로 2D 수정으로 이동합니다. 채널이 상관 모드로 돌아갑니다.

이제 수신기가 ephemeris 및 almanac를 다운로드하기 시작하여 수신기가 지능적으로 신호를 검색 할 수 있습니다. 12 분 정도 지나면 정확히 어떤 위성을 보아야하는지 알게됩니다 .

따라서 각 위성의 위치와 코드를 알고 있기 때문에 검색이 매우 빠르게 진행되지만 실제로 새 위성을 찾을 때까지 2D 수정 만 할 수 있습니다.

12 채널 리시버가있는 경우 가장 강력한 채널 중 4 개를 사용하여 수정 사항을 제공하고 몇 개의 채널을 백업 위성에 고정하여 필요한 경우 계산을 전환하고 위성을 계속 검색 할 수있는 여러 채널을 사용할 수 있습니다 수신자가 볼 수 있어야합니다. 이런 식으로 완전한 3D 수정을 잃어 버리지 않습니다.

최대 12 개의 위성 만 볼 수 있기 때문에 12 개 이상의 채널이 필요한 이유는 무엇입니까?

주어진 시간에 24 개 정도의 GPS 위성이 작동하므로 지구상의 한 지점에서는 실제로 절반 만 볼 수 있습니다.

그러나 상관 관계-상관 기당 하나의 위성 만 검색 할 수 있으므로 상관기를 12 시간 이상 늘려야하는 주된 이유는 처음 수정하는 시간을 개선하고이를 개선하는 주된 이유는 전력 소비 때문입니다.

GPS 칩셋에 항상 전원을 공급해야하는 경우 항상 100mW의 전원이 소모됩니다. 그러나 매번 10mS 동안 초당 1 회만 켜야하는 경우 전력 소비를 1mW로 줄이면됩니다. 즉, 휴대 전화, 위치 비콘 등은 동일한 배터리 세트에서 2 배 더 긴 시간 동안 작동하면서 위치에 대한 실시간 실시간 수정을 유지할 수 있습니다.

또한 수백만 개의 상관 기가 있으면 도시 협곡에서 무선 반사의 영향을 줄이는 데 도움이되는보다 정확한 검색을 수행 할 수 있습니다 (대도시의 높은 건물은 상관 기가 적은 GPS 수신기를 파울 링하는 데 사용됨).

마지막으로, 3D 수정을 위해서는 4 개의 위성 만 필요하지만, 좋은 수신기는보다 정확한 수정을 위해 위치 알고리즘에 더 많은 위성을 사용합니다. 따라서 4 채널 수신기 만 필요하지만 12 채널 수신기가 더 정확할 수 있습니다.

결론

수백만의 상관 자들이

• 위성 획득 속도 향상
• 소비 전력 감소
• 도시 협곡에서도 3D 수정을 잃을 가능성 감소
• 울창한 숲과 일부 터널에서도 더 나은 감도를 제공하여 수정
• 더 나은 포지셔닝 정확도 제공

_{^{약간의 수정에 대한 borzakk에게 감사합니다 .}}

위 성당 주파수 당 하나의 채널이 필요합니다.

저렴한 수신기의 대부분 (휴대 전화 나 자동차의 수신기)은 GPS 위성에서만 L1 주파수 만 추적합니다. 정확성을 원한다면 전리층 지연을보다 정확하게 결정하기 위해 각 위성에서 두 개의 주파수를 추적해야합니다. 부분 장애물이있는 지역에서 더 나은 범위를 원한다면 GPS 위성 이상을 추적해야합니다.

현재 궤도에 32 개의 GPS 위성이 있으며 그 중 31 개는 지난 주 현재 상태가 양호했습니다. 고도 마스크로 인해 수신기가 절반 이하를 보게되므로 수평선 위 5도 미만의 위성은 무시합니다. 고도 마스크를 더 높게 설정할 수 있습니다. 8도 또는 10 도가 일반적입니다. 이들 위성 각각은 L1 및 L2 주파수로 방송되고, 하나의 GPS 위성은 현재 L5에서 방송되고있다 (테스트 모드). 미래의 모든 GPS 위성은 L5도 지원할 것이며 결국 일반 수신기는 L1 대신 L5를 사용할 것입니다. 아마도 저렴한 장치에서 L5가 L1을 대체하기 전에 2020 년이 될 것입니다.

러시아는 또한 GLONASS로 알려진 지구 위치 위성의 별자리를 가지고 있습니다. 현재 궤도에 27 개의 GLONASS 위성이 있습니다. 지난 주 현재 23 개는 건강하고 3 개는 유지 관리 모드이고 1 개는 시운전 모드입니다. GLONASS 위성은 모두 L1과 L2의 두 주파수로 방송됩니다.

유럽과 중국도 별자리를 짓고 있습니다.

WAAS 수정 데이터를 사용하려면 SBAS에 대해 하나의 채널이 필요합니다.

OmniStar 또는 캐나다의 CDGPS를 사용하려면 해당 채널이 필요합니다.

내가 가장 익숙한 수신기는 다음 채널을 추적합니다.

• 14 GPS L1 채널
• 14 GPS L2 채널
• 6 GPS L5 채널
• GLONASS L1 채널 12 개
• GLONASS L2 채널 12 개
• 2 개의 SBAS 채널 (WAAS 또는 EGNOS)
• 1 L- 밴드 채널 (OmniStar 또는 CDGPS)

최신 세대의 고급 수신기에는 유럽 및 중국 별자리에 대한 추가 채널이 있습니다.

왜 12 개 이상의 채널이 있습니까?

내비게이션 수신기 내부의 채널 수는 마케팅 개그 이상의 것입니다. 비슷한 종류의 다양한 내비게이션 시스템을 사용하기 위해 처리 할 수있는 데이터의 수에 대한 질문입니다. 이 위성 시스템은 선박, 자동차, 철도 및 비행기 내비게이션, 측지, 타이밍, 지구 모니터링, 건물 전리층, 일기 예보 등과 같은 다양한 응용 분야에 유용합니다. ..) 따라서 다양한 수신기 (다른 채널 지원)도 넓습니다.

현재의 하이 엔드 측지 GNSS 수신기 (멀티 컨 스텔 레이션 용)는 216 개 이상, 최대 440 개의 채널을 지원합니다. 모바일 애플리케이션에 사용되는 수신기는 66-200 채널을 사용합니다. 채널 수는 상관기 수와도 관련이 있습니다. 각 채널에는 고유 한 수의 상관 기가있을 수 있습니다. 시치 공간을 줄이기위한 상관기의 수가 중요하고 안정적인 TTF (처음 수정 시간)를 얻기 위해 중요하다는 것은 사실입니다.

아담 데이비스 (Adam Davis)의 답변으로 매우 중요합니다. 위 성당 신호 당 하나의 채널이 필요합니다. 내비게이션 신호의 디자인이 다르기 때문에 (다른 단수 강도, 변조, 대역 등) 수신기를 위치 솔루션에 추가하려는 내비게이션 시스템에 사용할 수 있도록 준비해야합니다.

다른 종류의 내비게이션 시스템에 대한 간단한 개요를 만들 수 있습니다.

네비게이션 시스템 :

• GPS (미국)
• GLONASS (러시아)
• Beidou / COMPASS (중국)
• 갈릴레오 (유럽)

... 또한 동일 신호 유사 기술로 사용할 수있는 동일 / 유사한 주파수 및 탐색 메시지를 사용하는 기능 보강 시스템 및 지역 탐색 시스템 :

• QZSS (지역 시스템 : 일본, 준 정적)
• IRNSS (지역 시스템. 인도)
• EGNOS (확장 시스템 유럽)
• WAAS (증강 시스템 미국)
• OMNISTAR (비공개 확대 시스템)

따라서 위 성별 / 신호 별 토론 (발췌)으로 계산하고 다시 돌아옵니다.

• GPS : L1, L2, L5 (신호 내부에 서브 채널이 있기 때문에 L5 카운트 2 회-예를 들어 I (in-phase) 및 Q (quadphase) 구성 요소)
• GLONASS : L1 L2 L3 (또한 GLONASS는 코드 분할 다중 액세스 (CDMA) 신호 획득을 위해 서브 채널을 사용합니다)
• 갈릴레오 (E1, E6 (보안 신호), E5a E5b E5a + b (광대역 신호))
• 각 시스템의 현재 신호 계획 및 수신자 개요 (추가 정보)를 참조하십시오.

따라서 L1 및 L2 및 L5a + b로 하나의 GPS 위성을 추적하려면 4 개의 채널이 필요합니다. 첫 번째 수정을 위해서는 4 개의 Satellite가 필요하며, 이중화없이 직접 poisiotn 솔루션에 대해서만 8 개의 채널이 필요합니다. GPS 위성이 많을수록 중복 (및 무결성)이 높아집니다. 속도를 높이려면 : 이 구성에서는 L1 / L2 및 L5를 사용하여 5 개의 GPS 위성 만 추적 할 수 있습니다. 내 약한 해결책을 이해하기 위해. 그러나 L1 측정 만 고려하면-12 개 위성을 추적 할 수 있습니다. 따라서 채널이 많을수록 수신기 (또는베이스 밴드 프로세서)가 더 많이 작동해야합니다. 이것은 당신의 칩의 능력에 달려 있습니다. ... 그리고 당신의 어플리케이션을위한 유용한 관찰과 데이터의 숫자입니다. 언제라도 그 인용은 :

1. 신청서에 무엇을 원하십니까?
2. 안정적인 솔루션을 얻으려면 몇 개의 데이터가 필요합니까?
3. 안정적인 솔루션을 얻으려면 얼마나 많은 처리 기능이 필요합니까?
4. 솔루션을 얼마나 제어하고 싶습니까?

더 읽을 거리 :

• ESA의 매우 좋은 수신자 설명
• 2014 GNSS 리시버 설문 조사
• 하나의 단일 보드에 다중 별자리 수신기 기사 (GPS World)
• Aviala-Rodriguez et al. (2007) : MBOC 변조, Indside GNSS, 2 (6) : 43-58 ( 온라인 )
• Guo et al. (2013) : 광대역 다중 별자리 수신기, GPS World, 24 (3) : 36-42
• 갈릴레오 신호 계획
• GPS 신호 계획
• GLONASS 신호 계획
• 나침반 신호 계획

첫 번째 대답은 이미 매우 좋습니다. 하나만 추가하면됩니다. 2 년 동안 GPS 소프트웨어 작업을 해왔으며 위성 하나를 추적하려면 6 개의 상관 기가 필요합니다. GPS 위성 신호에는 두 가지 구성 요소 (I 및 Q 분기, 사인 및 코사인으로 복잡한 신호를 나타내는 정렬)가 있기 때문입니다. 각 브랜치에 대해, 지연된 정시 및 고급 의사 난수 시퀀스를 생성하고 위성 신호와의 상관 관계를 계산해야합니다. 따라서 L1 신호에 대해서만 12 개의 채널을 추적하려면 12 x 6 상관 기가 필요합니다. L2C, L5 또는 Galileo를 수행하려면 더 많은 상관 기가 필요합니다.

대답은 그렇지 않다는 것입니다. 최신 u-Blox GPS 수신기 제품군은 "200 만 개 이상의 상관 기가있는 고성능 GPS"를 자랑스럽게 자랑합니다. 그것은 내가 확실하지 않다는 것을 의미하지만 세일즈맨이 인용하기에 좋은 숫자입니다!