Яка найвища досяжна швидкість оновлення для цивільного GPS-приймача?

Мені цікаво знати максимально досяжну швидкість оновлення для цивільного GPS-приймача. Конкретно

Приймачі, які залежать виключно від супутників GPS (наприклад, не включаючи оцінку руху інтерполяції на основі IMU)
Гіпотетичний межа (тобто виключаючи питання техніко-економічного обґрунтування, наприклад, потужність обробки)
Швидкість оновлення після блокування (наприклад, TTFF)

Найшвидші цивільні мікросхеми приймача мають частоту оновлення 50 ГГц, наприклад, Venus838FLPx.

Згідно alex.forencich у цій потоці обміну stackexchange , вона може бути "досить високою":

Важко встановити швидкість оновлення позиції на супутниках, оскільки це все в приймачі. Супутники просто передають дані орбітальних ефемерій та час доби зі швидкістю 50 біт на секунду та частотою мікросхема CDMA 1,023 МГц, усі точно фазово заблоковані до атомного стандарту частоти. GPS-приймач підтримує блокування коду розповсюдження CDMA і використовує це для визначення різниці в часі прибуття між супутниками. Спочатку блокування займає деякий час, але після цього положення може бути оновлено з досить високою частотою. Я не впевнений, що таке верхня межа.

І це, звичайно, не пов'язано з обмеженнями швидкості та висоти CoCom для цивільних приймачів .

Ось що я знайшов.

gps gnss

— Громада
джерело

@ MarkoBuršič це дуже очевидно неправильно. є кілька жорстких обмежень. почнемо з фази, що, очевидно, дає вам першу жорстку межу (частоту носія). Тоді у вас є Cramer-Rao, який не дозволить вам отримати значну точність без накопичення достатнього спостереження. то довільно висока швидкість оновлення абсолютно несумісна з можливостями каналу Шеннона. Тоді у вас, завдяки Планку / Гейзенбергу, дуже обмежена потенційна накопичувальна програма, що призводить до обмеженої точності розташування та обмеженої швидкості оновлення. Список продовжується.

— Маркус Мюллер

З почуття кишки я б почав з ємності каналу Шеннона, оскільки це здається досить суворим обмеженням, враховуючи низьку пропускну здатність і низький SNR, що фізично можливо, навіть без атмосферних впливів.

— Маркус Мюллер

Ніщо, що вказує на обчислення положення GPS, не відповідає або перевищує вихід. Вихід може перевищувати положення.

— old_timer

І Javad, і Topcon роблять приймачі зі швидкістю оновлення позиції 100 Гц. Це найшвидші, які я бачив загальнодоступними. Як зазначають інші, більшість виробників обмежені 20 або 50 ГГц, в реальному світі користь від запуску швидше, тому для більшості застосувань це витрачає час процесора та сили для цього.

— Андрій

@winny Shannon переслідує мої безсонні ночі; Я б також міг дати йому кредит там, де належить кредит: P

— Маркус Мюллер,

Відповіді:

Обмежуючим фактором є низькочастотна фільтрація після знецінення. Якщо припустити щільність шумової потужності -204dBW / Гц (темп. Шуму ~ ~ 17 ° C), ми можемо дозволити лише близько 25 кГц смуги пропускання шуму до досягнення потужності L1 -160 дБВт. Наш час інтеграції повинен бути не менше 1/25 000, щоб виявити сигнал із шумового фону (якщо припустити, всенаправлена антена). Це теоретична межа для сигналу повної сили.

Продукт часу інтеграції і пропускної здатності циклу відстеження повинен бути значно меншим, ніж одиниця, щоб цикл був стабільним, тому можлива не більше ніж 25 кГц смуга пропускання (у реальних приймачах ви часто знаходите і ). Відносні терміни прийнятого сигналу та локальної репліки можуть змінюватися (значущим) лише зі швидкістю , роблячи частіші виправлення положення марними. $T$ $B_n$ $T=10^{-3}s$ $B_n<=18Hz$ $B_n/2$

Ви можете обдурити , використовуючи спрямовану антену, але для того, щоб обчислити азимут і висоту, ваше положення антен потрібно виправити, і такий вид суперечить призначенню навігаційної системи.

Тепер повернемось до реальності: скорочення періоду інтеграції робить позиції виправленими більш галасливими. Зважаючи на бюджет зв'язку на позаштатній одиниці, більше 50 виправлень / с - це марно, якщо у вас немає сильного сигналу, все, що ви отримуєте, - фазовий шум. І це високий обчислювальний тягар, він буде їсти акумулятор, як пекло.

— Андреас
джерело

Приємно . Хоча пара ускладнюючих факторів: 1. Ми можемо отримати «віртуальне» збільшення пропускної здатності, спостерігаючи більше ніж мінімум чотири супутники; ви зазвичай збільшуєте точність, а не швидкість. 2. Ми могли б знизити рівень шуму, використовуючи різноманітність приймачів; це досить обмежений, але відносно дешевий шлях. Думаючи про це, 1. і 2. обидва використовують надлишкову інформацію в приймальній системі з незалежним шумом, тому обидва - це методи різноманітності. Обидва знаходяться на "логічній" межі того, що все ще є єдиним GPS-приймачем, а не ефектами синтезу датчика.

— Маркус Мюллер

@ MarcusMüllerYes, підвищення точності також збільшує можливий коефіцієнт виправлення і, таким чином, максимальну відстежувану динаміку. Допомагають множинні когерентні сигнали (L2), те ж саме стосується фазових антенних масивів. Тут ми вже не говоримо про "громадянське".

— Андреас

Ну а різноманітність, додавши більше ланцюгів приймачів, була б відносно простою, порівняно з припущенням, що значно знижує рівень шуму. Я впевнений, що 18 ГГц GPS-приймач вже підпадає під те, що вам доведеться заповнити форму контролю експорту.

— Маркус Мюллер

Чудово. Тепер я хочу переглянути реалізацію SDR-приймачів GNSS. І я не маю часу ...

— Маркус Мюллер

@ MarcusMüller FWIW: Я не бачив> 10 ГГц у COTS SMD IC, але частоти рішення 5 та 10 ГГц поширені, наскільки я знаю.

— Мортен Йенсен

GPS-приймач функціонує, підтримуючи внутрішню програмну "модель" положення приймача (та похідних позиції). Кальманський фільтр, як правило, використовується для синхронізації цієї моделі з реальністю на основі необроблених даних, що надходять із супутників.

Сигнал від кожного супутника, як правило, інтегрується за 20 мс одночасно, оскільки це бітовий період даних PSK, що надходить із супутника. Це означає, що модель отримує неоноване оновлення відстані від кожного супутника 50 разів на секунду. Однак зауважте, що оновлення з різних супутників по суті є асинхронними (вони не відбуваються одночасно), тому що різниці в довжині шляху від супутників, що надходять до супутників на горизонті, також складають порядку 20 мс. По мірі кожного нового вимірювання супутника внутрішня модель оновлюється новою інформацією.

Коли GPS-приймач видає повідомлення про оновлення, дані в повідомленні надходять від моделі. Одержувач може оновлювати модель так часто, як їй подобається, і виводити повідомлення про положення так само часто, як і їй подобається. Однак результат є простою інтерполяцією - нова інформація не міститься у додаткових вихідних повідомленнях. Інформація пропускна здатність обмежена швидкістю , при якій вихідні вимірах супутникових подають в фільтр.

Як зазначає Андреас , наявність високої швидкості вихідних повідомлень НЕ означає, що ви можете відстежувати більш високу динаміку приймача. Якщо потрібно відстежувати високу динаміку приймача, потрібно використовувати інші джерела інформації, наприклад IMU. У системі "щільно пов'язаних" дані IMU оновлюють ту саму внутрішню модель, що і GPS-приймач, що дозволяє IMU "допомагати" відстежувати окремі сигнали GPS.

Існує також економічна сторона питання. Більшість «цивільних» GPS-приймачів дуже обмежені у витратах, а отже, для задоволення вимог щодо швидкості оновлення програми, що використовується, застосовується лише достатня потужність процесора (і акумулятор). Швидкість оновлення один раз на секунду (або менше) більш ніж достатня для більшості таких програм. "Військові" програми, які потребують більшої швидкості оновлення, мають більший бюджет на матеріали та потужність. Приймачі GPS приймаються відповідно, навіть незважаючи на те, що фактично апаратне забезпечення приймача однакове, за винятком використання більш потужного процесора.

— Дейв Твід
джерело

Ну добре, як ви сказали, і я думаю, що варто наголосити: більш високі швидкості оновлення зазвичай походять від злиття даних сенсора з іншими датчиками. Такі речі, як прецизійні компаси та акселерометри, - це зазвичай значні витрати в IMU, які ви зазвичай не купуєте, якщо не літаєте з високою швидкістю. Я маю на увазі, якщо серйозно, Калман, навіть широко модифікований, мабуть, не є проблемою для мікроконтролера з FPU, що працює на пару 100 МГц. Алгоритм та його параметризація, знання калібрування та інтеграції - це те, за що виробники збираються платити (окрім дорогих датчиків)

— Маркус Мюллер,