Какова самая высокая достижимая частота обновления для гражданского приемника GPS?

Мне интересно знать максимально достижимую частоту обновления для гражданского приемника GPS. конкретно

Приемники, которые зависят исключительно от спутников GPS (например, не включая оценку движения на основе IMU для интерполяции)
Гипотетический предел (то есть, исключая проблемы осуществимости, например, вычислительную мощность)
Частота обновления после блокировки (например, TTFF)

Самые быстрые микросхемы приемника, которые я обнаружил, имеют частоту обновления 50 Гц, например Venus838FLPx.

Согласно alex.forencich в этом потоке обмена стеком , он может быть «довольно высоким»:

Трудно определить частоту обновления положения на спутниках, так как все это находится в приемнике. Спутники просто передают эфемеридные данные об орбите и время суток со скоростью 50 бит в секунду и частотой чипа CDMA 1,023 МГц, причем все они точно синхронизированы по фазе со стандартом атомной частоты. Приемник GPS поддерживает блокировку кода расширения CDMA и использует его для определения различий во времени прибытия между спутниками. Получение блокировки в первую очередь занимает некоторое время, но после этого позиция может обновляться с довольно высокой частотой. Я не уверен, каков верхний предел для этого.

И это, конечно, не связано с ограничениями скорости и высоты CoCom для гражданских приемников .

Вот что я нашел.

gps gnss

— Сообщество
источник

@ MarkoBuršič, очевидно, неправильно. Есть несколько жестких ограничений. начать с фазы, которая, очевидно, дает вам первый жесткий предел (частота несущей). Тогда у вас есть Крамер-Рао, который не даст вам сколько-нибудь значительной точности без накопления достаточного количества наблюдений. тогда произвольно высокая скорость обновления совершенно несовместима с пропускной способностью канала Шеннона. Затем, из-за Планка / Гейзенберга, у вас очень ограниченная потенциальная точность LO, что приводит к ограниченной точности определения местоположения и ограниченной частоте обновления. Список можно продолжить.

— Маркус Мюллер

Исходя из интуиции, я бы начал с пропускной способности канала Шеннона, поскольку это выглядит довольно жестким ограничением, учитывая физическую возможность низкой полосы пропускания и низкого SNR, даже без атмосферных эффектов.

— Маркус Мюллер

Ничто, указывающее на то, что расчет местоположения GPS не соответствует или превышает выход. На выходе может быть передискретизация позиции.

— old_timer

Javad и Topcon создают приемники с частотой обновления положения 100 Гц. Это самые быстрые из всех, что я видел. Как отмечают другие производители, большинство производителей ограничены частотой 20 или 50 Гц, но в реальности скорость работы невелика, поэтому для большинства приложений это пустая трата времени и ресурсов процессора.

— Андрей

@winny Shannon часто посещает мои бессонные ночи; С таким же успехом я мог бы отдать ему должное: P

— Маркус Мюллер

Ответы:

Ограничивающим фактором является фильтрация нижних частот после сжатия. Если мы предположим, что плотность мощности шума составляет -204 дБВт / Гц (шумовая температура ~ 17 ° C), мы можем допустить только около 25 кГц ширины полосы шума, прежде чем она достигнет мощности L1 -160 дБВт. Наше время интегрирования должно составлять не менее 1/25.000 с для обнаружения сигнала от шумового фона (при условии, что антенна направлена всенаправленно). Это теоретический предел для сигнала полной силы.

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

Вы можете обманывать , используя направленную антенну, но для вычисления азимута и угла места ваше положение антенн должно быть фиксированным, и это противоречит назначению навигационной системы.

Теперь вернемся к реальности: сокращение периода интеграции делает позиции более шумными. Учитывая бюджет канала связи готового модуля, более 50 исправлений / с - пустая трата, если у вас нет действительно сильного сигнала, все, что вы получаете, - (фазовый) шум. И есть большая вычислительная нагрузка, он будет кушать батарею как ад.

— Andreas
источник

Ницца . Однако пара усложняющих факторов: 1. Мы можем добиться «виртуального» увеличения полосы пропускания, наблюдая более чем за четырьмя спутниками; с этим вы обычно повышаете точность, а не скорость. 2. Мы могли бы снизить уровень шума, используя разнесение приемника; это довольно ограниченный, но относительно дешевый способ. Если подумать, то 1. и 2. оба используют избыточную информацию в системе приемника с независимым шумом, поэтому оба метода разнесения. И то, и другое находится на «логической» границе того, что все еще является одним GPS-приемником, а не в результате слияния датчиков.

— Маркус Мюллер

@ MarcusMüllerYes, Повышение точности также увеличивает возможную скорость фиксирования и, следовательно, максимальную отслеживаемую динамику. Несколько когерентных сигналов помогают (L2), то же самое касается антенн с фазированной решеткой. Мы больше не говорим "гражданский" здесь.

— Андреас

Что ж, разнесение путем добавления большего количества цепей приемников было бы относительно простым по сравнению, скажем, с существенным снижением коэффициента шума. Я почти уверен, что приемник GPS 18 Гц уже подпадает под то, что вам нужно будет заполнить форму контроля экспорта.

— Маркус Мюллер

Отлично. Теперь я хочу вернуться к реализации SDR приемников GNSS. И у меня нет времени ...

— Маркус Мюллер

@ MarcusMüller FWIW: Я не видел> 10 Гц в микросхемах COTS SMD, но, насколько я знаю, частоты решений 5 и 10 Гц являются общими.

— Мортен Дженсен

Приемник GPS работает, поддерживая внутреннюю программную «модель» положения приемника (и производных от положения). Фильтр Калмана обычно используется для синхронизации этой модели с реальностью на основе необработанных данных, поступающих со спутников.

Сигнал от каждого спутника обычно интегрируется по 20 мс за раз, потому что это битовый период данных PSK, поступающих со спутника. Это означает, что модель получает необработанное обновление расстояния от каждого спутника 50 раз в секунду. Тем не менее, обратите внимание, что обновления от разных спутников по существу асинхронные (они не все происходят одновременно), потому что различия в длине пути от спутника над спутниками на горизонте также составляют порядка 20 мс. С каждым новым измерением спутника внутренняя модель обновляется новой информацией.

Когда приемник GPS выдает сообщение об обновлении, данные в сообщении поступают из модели. Получатель может обновлять модель так часто, как ему нравится, и выводить сообщения о местоположении так же часто, как ему нравится. Однако в результате получается простая интерполяция - в дополнительных выходных сообщениях нет новой информации. Информация пропускная способность ограничена скоростью , при которой исходные измерениях спутниковых подают в фильтр.

Как отмечает Андреас , высокая скорость вывода сообщений НЕ означает, что вы можете отслеживать более высокую динамику приемника. Если вы должны отслеживать высокую динамику приемника, вы должны использовать другие источники информации, такие как IMU. В «тесно связанной» системе данные IMU обновляют ту же внутреннюю модель, которую использует приемник GPS, что позволяет IMU «содействовать» отслеживанию отдельных сигналов GPS.

Есть и экономическая сторона вопроса. Большинство «гражданских» GPS-приемников сильно ограничены в стоимости, и, следовательно, используется только достаточная мощность ЦП (и заряд батареи) для удовлетворения требований к частоте обновления для имеющегося приложения (например, для навигации в автомобиле или мобильном телефоне). Частота обновления в секунду (или меньше) более чем достаточна для большинства таких приложений. «Военные» приложения, которым требуется более высокая скорость обновления, имеют более высокие бюджеты на материалы и энергопотребление. Приемники GPS оценены соответственно, даже при том, что фактическое оборудование приемника по существу то же самое, с возможным исключением использования более мощного ЦП.

— Дэйв Твид
источник

Что ж, как вы сказали, и я думаю, что стоит подчеркнуть: более высокие частоты обновления обычно происходят из-за слияния данных датчиков с другими датчиками. Такие вещи, как прецизионные компасы и акселерометры, обычно являются огромными затратами в IMU, которые вы обычно не покупаете, если не летаете на высоких скоростях. Я имею в виду, серьезно, Kalman, даже сильно модифицированный, вероятно, не является проблемой для микроконтроллера с FPU, работающим на паре 100 МГц. Алгоритм и его параметризация, знание калибровки и интеграции - это то, за что производители будут заставлять вас платить (кроме дорогих датчиков)

— Маркус Мюллер,