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 .}}

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