Qual é a taxa de atualização mais alta possível para um receptor GPS civil?

Estou interessado em saber a taxa máxima de atualização possível para um receptor GPS civil. Especificamente

• Receptores que dependem exclusivamente de satélites GPS (por exemplo, não incluindo estimativa de movimento baseada em IMU para interpolar)
• O limite hipotético (ou seja, excluindo preocupações de viabilidade, por exemplo, poder de processamento)
• Taxa de atualização após bloqueio (por exemplo, TTFF)

Os chips receptores civis mais rápidos que encontrei têm uma taxa de atualização de 50Hz, como o Venus838FLPx.

De acordo com alex.forencich neste thread de troca de pilha , pode ser "bastante alto":

É difícil fixar uma taxa de atualização de posição nos satélites, pois está tudo no receptor. Os satélites simplesmente transmitem dados de efemérides orbitais e a hora do dia a 50 bits por segundo e uma taxa de chip CDMA de 1,023 MHz, todos precisamente bloqueados de fase para um padrão de frequência atômica. O receptor GPS mantém uma trava no código de dispersão CDMA e a utiliza para determinar as diferenças de horário de chegada entre os satélites. Conseguir um bloqueio em primeiro lugar leva um tempo, mas depois disso a posição pode ser atualizada com uma frequência bastante alta. Não sei ao certo qual é o limite superior.

E isso obviamente não tem relação com os limites de velocidade e altitude do CoCom para receptores civis .

Foi o que eu encontrei.

O fator de restrição é a filtragem passa-baixa após a dispersão. Se assumirmos a densidade de potência de ruído de -204dBW / Hz (temperatura de ruído de ~ 17 ° C), só podemos permitir cerca de 25kHz de largura de banda de ruído antes de atingir a potência L1 de -160dBW. Nosso tempo de integração deve ser de pelo menos 1 / 25.000s para detectar o sinal do fundo de ruído (assumindo antena omnidirecional). Este é o limite teórico para um sinal de força total.

$T$$B_n$ $T=10^{-3}s$$B_n<=18Hz$$B_n/2$

Você pode trapacear usando uma antena direcional, mas, para calcular o azimute e a elevação, a posição de suas antenas precisa ser fixa e isso contradiz o objetivo de um sistema de navegação.

Agora, de volta à realidade: diminuir o período de integração torna a posição mais barulhenta. Dado o orçamento do link de uma unidade pronta para uso, mais de 50 correções / s são um desperdício, a menos que você tenha um sinal muito forte, tudo o que você recebe é ruído (fase). E há um alto fardo computacional, ele consumirá bateria como o inferno.

Um receptor GPS opera mantendo um "modelo" de software interno da posição do receptor (e derivados da posição). Um filtro Kalman é normalmente usado para manter esse modelo sincronizado com a realidade, com base em dados brutos provenientes dos satélites.

O sinal de cada satélite é normalmente integrado por 20 ms por vez, porque este é o período de bits dos dados PSK provenientes do satélite. Isso significa que o modelo recebe uma atualização bruta da distância de cada satélite 50 vezes por segundo. No entanto, observe que as atualizações de diferentes satélites são essencialmente assíncronas (nem todas ocorrem ao mesmo tempo), porque as diferenças de comprimento do caminho, de satélites aéreos a satélites no horizonte, também são da ordem de 20 ms. À medida que cada nova medição de satélite chega, o modelo interno é atualizado com as novas informações.

Quando o receptor GPS lança uma mensagem de atualização, os dados da mensagem são provenientes do modelo. O receptor pode atualizar o modelo quantas vezes quiser e enviar mensagens de posição quantas vezes quiser. No entanto, o resultado é uma interpolação simples - nenhuma informação nova está contida nas mensagens de saída extras. A largura de banda da informação é limitada pela taxa na qual as medições brutas de satélite são alimentadas no filtro.

Como observa Andreas , ter uma alta taxa de mensagens de saída NÃO significa que você pode acompanhar uma dinâmica mais alta do receptor. Se você deve rastrear a alta dinâmica do receptor, deve usar outras fontes de informação, como uma IMU. Em um sistema "fortemente acoplado", os dados da IMU atualizam o mesmo modelo interno que o receptor GPS está usando, o que permite que a IMU "ajude" o rastreamento dos sinais GPS individuais.

Há também um lado econômico na questão. A maioria dos receptores de GPS "civis" tem alto custo e, portanto, apenas energia suficiente da CPU (e energia da bateria) é empregada para atender aos requisitos de taxa de atualização do aplicativo em questão (por exemplo, navegação de carro ou celular). Uma taxa de atualização de uma vez por segundo (ou menos) é mais que suficiente para a maioria desses aplicativos. Aplicativos "militares" que precisam de taxas de atualização mais altas têm orçamentos mais altos para materiais e energia. O preço dos receptores GPS é o mesmo, embora o hardware real do receptor seja essencialmente o mesmo, com a possível exceção de empregar uma CPU mais poderosa.