La respuesta es compleja debido a la forma en que funciona el sistema GPS, por lo que voy a simplificar varias cosas para que entienda el principio, pero si está interesado en cómo se implementa realmente, tendrá que buscar un buen GPS referencia. En otras palabras, lo que está escrito a continuación tiene la intención de darle una idea de cómo funciona, pero técnicamente es incorrecto de alguna manera. Lo siguiente no es lo suficientemente correcto como para implementar su propio software de GPS.
Antecedentes
Todos los satélites transmiten esencialmente en la misma frecuencia. Técnicamente están caminando sobre las señales de los demás.
Entonces, ¿cómo trata el receptor GPS con esto?
Primero, cada satélite transmite un mensaje diferente cada mS. El mensaje tiene una longitud de 1024 bits y es generado por un generador de números pseudoaleatorios.
El receptor GPS recibe el espectro completo de todos los transmisores, luego realiza un proceso llamado correlación: genera la secuencia específica de uno de los satélites, lo multiplica por la entrada de señal y, si su señal coincide exactamente con la señal de un satélite, entonces el correlacionador ha encontrado un satélite La mezcla esencialmente saca la señal del satélite del ruido y verifica que 1) tenemos la secuencia correcta y 2) tenemos el tiempo correcto.
Sin embargo, si no ha encontrado una coincidencia, tiene que cambiar su señal un bit e intentarlo nuevamente, hasta que haya pasado por todos los períodos de 1023 bits y no haya encontrado un satélite. Luego pasa a tratar de detectar un satélite diferente en un período diferente.
Debido al cambio de tiempo (1023 bits, 1,000 transmisiones por segundo), en teoría puede buscar completamente un código en un segundo para encontrar (o determinar que no hay nada) en un código en particular.
Debido al cambio de código (actualmente hay 32 códigos PRN diferentes, uno para cada satélite), por lo tanto, puede tomar más de 30 segundos buscar cada satélite.
Además, el cambio Doppler debido a la velocidad del satélite en relación con su velocidad de avance, significa que la base de tiempo podría desplazarse hasta +/- 10 kHz, por lo que es necesario buscar un correlacionador en aproximadamente 40 cambios de frecuencia diferentes antes de que pueda darse por vencido un particular PRN y tiempo.
Lo que esto significa
Esto nos deja con el posible peor de los casos (un satélite en el aire, e intentamos todo menos la coincidencia exacta primero) de un tiempo para arreglar primero un arranque en frío (es decir, no hay información sobre la hora o la ubicación del receptor, o ubicación de los satélites) de 32 segundos, suponiendo que no hagamos ninguna suposición, o realicemos algún truco inteligente, la señal recibida es buena, etc.
Sin embargo, si tiene dos correlacionadores, acaba de reducir a la mitad ese tiempo porque puede buscar dos satélites a la vez. Obtenga 12 correlacionadores en el trabajo y le llevará menos de unos segundos. Obtenga un millón de correlacionadores y, en teoría, puede tomar algunos milisegundos.
Cada correlacionador se llama un "canal" en aras de la comercialización. No está del todo mal: en cierto sentido, el correlacionador está demodulando una frecuencia codificada en particular a la vez, que es esencialmente lo que hace un receptor de radio cuando cambias de canal.
Sin embargo, hay muchas suposiciones que puede hacer un receptor GPS que simplifican el espacio del problema de manera que un receptor genérico de 12 canales puede obtener una solución, en el peor de los casos, en aproximadamente 1-3 minutos.
Si bien puede obtener una solución 3D con un GPS de 4 canales, cuando pierde una señal GPS (va más allá del horizonte o pasa por debajo de un puente, etc.), pierde la solución 3D y se dirige a la solución 2D con tres satélites mientras uno de sus canales vuelven al modo de correlación.
Ahora su receptor comienza a descargar las efemérides y el almanaque, lo que le permite buscar señales de manera muy inteligente. Después de aproximadamente 12 minutos, sabe exactamente qué satélites deberían estar a la vista.
Por lo tanto, la búsqueda va bastante rápido porque conoce la posición y el código de cada satélite, pero todavía tiene una solución 2D hasta que encuentre un nuevo satélite.
Sin embargo, si tiene un receptor de 12 canales, puede usar 4 de los canales más fuertes para proporcionar su solución, algunos canales para bloquear satélites de respaldo para que pueda cambiar los cálculos si es necesario, y varios canales para seguir buscando satélites el receptor debería poder ver. De esta manera nunca pierdes la solución 3D completa.
Como solo puede ver hasta 12 satélites, ¿por qué necesitaría más de 12 canales?
Hay aproximadamente 24 satélites GPS funcionando en un momento dado, lo que significa que en un punto de la tierra solo se puede ver la mitad de ellos.
Pero recuerde: solo puede buscar un satélite por correlacionador, por lo que la razón principal para aumentar los correlacionadores después de las doce es mejorar el tiempo de la primera reparación, y la razón principal para mejorar eso es el consumo de energía.
Si su chipset GPS tiene que estar alimentado todo el tiempo, es un drenaje de energía de 100mW todo el tiempo. Sin embargo, si solo necesita encenderlo una vez por segundo durante solo 10 mS cada vez, simplemente reduce el consumo de energía a 1 mW. Esto significa que su teléfono celular, baliza de ubicación, etc. puede funcionar durante dos órdenes de magnitud más tiempo con el mismo conjunto de baterías mientras mantiene una solución completa en tiempo real en su ubicación.
Además, con millones de correlacionadores, uno puede hacer búsquedas más exactas que pueden ayudar a reducir los efectos de los reflejos de radio en los cañones urbanos (los edificios altos en las grandes ciudades solían ensuciar los receptores GPS con menos correlacionadores).
Por último, aunque solo se necesitan 4 satélites para obtener una solución 3D, los buenos receptores utilizan más satélites en su algoritmo de posición para obtener una solución más precisa. Por lo tanto, solo se requiere un receptor de 4 canales, pero un receptor de 12 canales puede obtener más precisión.
Conclusión
Entonces los millones de correlacionadores:
- Acelera la adquisición de satélites
- Reduce el consumo de energía.
- Reduce la probabilidad de perder una solución 3D incluso en cañones urbanos
- Proporcionan una mejor sensibilidad, permitiendo reparaciones en bosques densos e incluso en algunos túneles.
- Proporciona una mejor precisión de posicionamiento
Gracias a borzakk por algunas correcciones .