A resposta é complexa devido à maneira como o sistema GPS funciona, então vou simplificar várias coisas para que você entenda o princípio, mas se você estiver interessado em saber como ele é realmente implementado, precisará encontrar um bom GPS referência. Em outras palavras, o que está escrito abaixo tem o objetivo de lhe dar uma idéia de como funciona, mas tecnicamente está errado em alguns aspectos. O abaixo não está correto o suficiente para implementar seu próprio software GPS.
fundo
Todos os satélites transmitem essencialmente na mesma frequência. Eles estão tecnicamente andando pelos sinais uns dos outros.
Então, como o receptor GPS lida com isso?
Primeiro, cada satélite transmite uma mensagem diferente a cada mS. A mensagem tem 1024 bits e é gerada por um gerador de números pseudo-aleatórios.
O receptor GPS recebe todo o espectro de todos os transmissores e, em seguida, executa um processo chamado correlação - gera a sequência específica de um dos satélites, multiplica-o pela entrada do sinal e, se o sinal corresponde exatamente ao sinal de um satélite, o correlator encontrou um satélite. A mixagem essencialmente retira o sinal do satélite do ruído e verificou que 1) temos a sequência correta e 2) temos o tempo certo.
No entanto, se não encontrou uma correspondência, ele deve mudar o sinal um pouco e tentar novamente, até passar por todos os períodos de 1023 bits e não encontrar um satélite. Em seguida, ele tenta detectar um satélite diferente em um período diferente.
Devido à mudança de tempo (1023 bits, 1.000 transmissões por segundo), em teoria, ele pode pesquisar completamente um código em um segundo para encontrar (ou determinar que não há nada) em um código específico.
Devido à troca de código (atualmente existem 32 códigos PRN diferentes, um para cada satélite), pode levar mais de 30 segundos para pesquisar em cada satélite.
Além disso, o deslocamento do doppler devido à velocidade do satélite em relação à sua velocidade no solo significa que a base de tempo pode ser alterada em até +/- 10kHz, exigindo, portanto, a busca de cerca de 40 mudanças de frequência diferentes para um correlacionador antes que ele desista. um PRN e tempo específicos.
O que isto significa
Isso nos deixa com um cenário de pior cenário possível (um satélite no ar e tentamos tudo, menos a correspondência exata primeiro) de um tempo para primeiro iniciar uma partida a frio (ou seja, nenhuma informação sobre a hora ou a localização do receptor, ou localização dos satélites) de 32 segundos, supondo que não fazemos suposições ou realizamos truques inteligentes, que o sinal recebido é bom etc.
No entanto, se você tiver dois correlacionadores, reduziu pela metade esse tempo porque pode procurar dois satélites ao mesmo tempo. Obtenha 12 correlacionadores no trabalho e isso leva menos de alguns segundos. Obtenha um milhão de correlacionadores e, em teoria, isso pode levar alguns milissegundos.
Cada correlacionador é chamado de "canal" para fins de marketing. Não está totalmente errado - em certo sentido, o correlacionador está desmodulando uma frequência codificada específica de cada vez, que é essencialmente o que um receptor de rádio faz quando você muda de canal.
Entretanto, existem muitas suposições que um receptor de GPS pode simplificar o espaço do problema, de modo que um receptor genérico de 12 canais possa obter uma correção, na pior das hipóteses, em cerca de 1 a 3 minutos.
Enquanto você pode obter uma correção 3D com um GPS de 4 canais, quando você perde um sinal de GPS (ultrapassa o horizonte ou sob uma ponte, etc.), perde a correção 3D e vai para a correção 2D com três satélites enquanto um dos seus canais voltam ao modo de correlação.
Agora seu receptor começa a baixar as efemérides e o almanaque, o que permite que o receptor procure sinais de maneira muito inteligente. Após 12 minutos, ele sabe exatamente quais satélites devem estar em exibição.
Portanto, a pesquisa é muito rápida, porque você conhece a posição e o código de cada satélite, mas ainda tem uma correção 2D até encontrar um novo satélite.
No entanto, se você tiver um receptor de 12 canais, poderá usar 4 dos canais mais fortes para fornecer sua correção, alguns canais para bloquear satélites de backup, para que possam mudar os cálculos para eles, se necessário, e vários canais para continuar procurando satélites. o receptor deve poder ver. Dessa forma, você nunca perde a correção 3D completa.
Como você pode ver apenas 12 satélites, por que você precisaria de mais de 12 canais?
Existem cerca de 24 satélites GPS operando a qualquer momento, o que significa que em um ponto da Terra você pode realmente ver apenas metade deles.
Mas lembre-se: você pode procurar apenas um satélite por correlacionador; portanto, o principal motivo para aumentar os correlacionadores além das doze é melhorar o tempo para a primeira correção e o principal motivo para melhorar isso é o consumo de energia.
Se o seu chipset GPS precisa ser alimentado o tempo todo, é um consumo de energia de 100mW o tempo todo. Se, no entanto, você só precisar ligá-lo uma vez por segundo por apenas 10mS por vez, reduza o consumo de energia para 1mW. Isso significa que seu telefone celular, farol de localização etc. pode operar por duas ordens de magnitude mais tempo no mesmo conjunto de baterias, mantendo uma correção em tempo real na sua localização.
Além disso, com milhões de correlacionadores, é possível fazer pesquisas mais exatas, o que pode ajudar a reduzir os efeitos dos reflexos de rádio nos cânions urbanos (edifícios altos nas grandes cidades costumavam danificar os receptores GPS com menos correlacionadores).
Por fim, enquanto apenas 4 satélites são necessários para obter uma correção 3D, bons receptores usam mais satélites em seu algoritmo de posição para obter uma correção mais precisa. Portanto, apenas um receptor de 4 canais é necessário, mas um receptor de 12 canais pode obter mais precisão.
Conclusão
Então, os milhões de correlacionadores:
- Acelera a aquisição de satélites
- Reduz o consumo de energia
- Reduz a probabilidade de perder uma correção 3D, mesmo em gargantas urbanas
- Ofereça melhor sensibilidade, permitindo correções em florestas densas e até mesmo em alguns túneis
- Fornece melhor precisão de posicionamento
Obrigado a borzakk por algumas correções .