La réponse est complexe en raison du fonctionnement du système GPS. Je vais donc simplifier un certain nombre de choses afin que vous compreniez le principe, mais si vous êtes intéressé par la manière dont il est réellement mis en œuvre, vous devrez trouver un bon GPS. référence. En d’autres termes, ce qui est écrit ci-dessous est censé vous donner une idée de la façon dont cela fonctionne, mais il est techniquement faux à certains égards. Ce qui suit n’est pas suffisant pour mettre en œuvre votre propre logiciel GPS.
Contexte
Tous les satellites transmettent essentiellement sur la même fréquence. Ils marchent techniquement sur les signaux de chacun.
Alors, comment le récepteur GPS gère-t-il cela?
Tout d'abord, chaque satellite transmet un message différent chaque ms. Le message a une longueur de 1024 bits et est généré par un générateur de nombres pseudo aléatoires.
Le récepteur GPS reçoit la totalité du spectre de tous les émetteurs, puis il exécute un processus appelé corrélation: il génère la séquence spécifique de l'un des satellites, le multiplie par l'entrée du signal et, si son signal correspond au signal d'un satellite exactement, le corrélateur a trouvé un satellite. Le mélange retire essentiellement le signal du satellite du bruit et vérifie que 1) nous avons la bonne séquence et 2) le bon timing.
Cependant, s'il n'a pas trouvé de correspondance, il doit décaler son signal d'un bit et réessayer jusqu'à ce qu'il ait traversé toutes les périodes de 1023 bits et n'ait pas trouvé de satellite. Il tente ensuite de détecter un satellite différent à une autre période.
En raison du décalage temporel (1023 bits, 1 000 transmissions par seconde), il peut théoriquement rechercher complètement un code en une seconde pour trouver (ou déterminer qu'il n'y a rien) pour un code particulier.
En raison du décalage de code (il existe actuellement 32 codes PRN différents, un pour chaque satellite), la recherche de chaque satellite peut donc prendre plus de 30 secondes.
De plus, le décalage doppler dû à la vitesse du satellite par rapport à votre vitesse au sol signifie que la base de temps peut être décalée de +/- 10 kHz, ce qui nécessite donc de rechercher environ 40 décalages de fréquence différents pour un corrélateur avant de pouvoir abandonner. un PRN et un timing particuliers.
Qu'est-ce que cela signifie
Cela nous laisse avec le pire scénario possible (un satellite dans les airs et nous essayons tout sauf le match exact en premier) pour fixer un démarrage à froid (c.-à-d. Aucune information sur l'heure ou l'emplacement du récepteur, ou la position des satellites) de 32 secondes, en supposant que nous ne faisons aucune hypothèse, ni ne réalisions d’astuces astucieuses, le signal reçu est bon, etc.
Cependant, si vous avez deux corrélateurs, vous venez de réduire de moitié ce temps, car vous pouvez rechercher deux satellites à la fois. Obtenez 12 corrélateurs au travail et cela prend moins de quelques secondes. Obtenez un million de corrélateurs et, en théorie, cela peut prendre quelques millisecondes.
Chaque corrélateur s'appelle un "canal" pour des raisons de marketing. Ce n'est pas tout à fait faux: en un sens, le corrélateur démodule une fréquence codée particulière à la fois, ce qui est essentiellement ce que fait un récepteur radio lorsque vous changez de canal.
Un récepteur GPS peut toutefois émettre de nombreuses hypothèses qui simplifient le problème, de sorte qu'un récepteur générique à 12 canaux puisse obtenir une solution, dans le pire des cas, en environ 1 à 3 minutes.
Alors que vous pouvez obtenir un repère 3D avec un GPS à 4 canaux, lorsque vous perdez un signal GPS (dépasse l'horizon ou passez sous un pont, etc.), vous perdez le repère 3D et passez au repère 2D avec trois satellites, l'un des vos canaux repassent en mode de corrélation.
Maintenant, votre récepteur commence à télécharger les éphémérides et l'almanach, ce qui permet au récepteur de rechercher très intelligemment des signaux. Après environ 12 minutes, il sait exactement quels satellites doivent être visibles.
La recherche va donc assez vite car vous connaissez la position et le code de chaque satellite, mais vous n’avez toujours qu’un repère 2D jusqu’à ce que vous trouviez un nouveau satellite.
Si vous avez un récepteur 12 canaux, vous pouvez utiliser 4 des canaux les plus puissants pour fournir votre correction, quelques canaux pour se verrouiller sur les satellites de secours afin de pouvoir y basculer les calculs si nécessaire, et plusieurs canaux pour continuer à rechercher des satellites. le récepteur devrait pouvoir voir. De cette façon, vous ne perdez jamais le correctif 3D intégral.
Puisque vous ne pouvez voir que 12 satellites, pourquoi auriez-vous besoin de plus de 12 chaînes?
Il y a environ 24 satellites GPS en fonctionnement à tout moment, ce qui signifie que sur un point de la Terre, vous ne pouvez en voir que la moitié.
Mais souvenez-vous: vous ne pouvez rechercher qu’un satellite par corrélateur. La principale raison d’augmenter les corrélateurs au-delà de douze est donc d’améliorer le temps nécessaire à la résolution du problème, ce qui est principalement pour la consommation d’énergie.
Si votre jeu de puces GPS doit être alimenté en permanence, la puissance absorbée est de 100 mW en tout temps. Si, toutefois, vous ne devez l'allumer qu'une fois par seconde pendant 10 mS à la fois, il vous suffit de réduire votre consommation d'énergie à 1 mW. Cela signifie que votre téléphone portable, votre balise de localisation, etc. peuvent fonctionner deux fois plus longtemps avec le même jeu de piles, tout en maintenant une localisation complète en temps réel.
De plus, avec des millions de corrélateurs, il est possible d'effectuer des recherches plus précises, ce qui peut aider à réduire les effets des réflexions radio dans les canyons urbains (immeubles de grande hauteur utilisés dans les grandes villes pour encrasser les récepteurs GPS avec moins de corrélateurs).
Enfin, alors que seuls 4 satellites sont nécessaires pour obtenir une correction 3D, les bons récepteurs utilisent davantage de satellites dans leur algorithme de position pour obtenir une correction plus précise. Ainsi, seul un récepteur à 4 canaux est requis, mais un récepteur à 12 canaux peut obtenir une plus grande précision.
Conclusion
Donc, les millions de corrélateurs:
- Accélère l'acquisition de satellites
- Réduit la consommation d'énergie
- Réduit le risque de perdre une correction 3D même dans les canyons urbains
- Fournir une meilleure sensibilité, permettant des corrections dans les forêts denses et même dans certains tunnels
- Fournit une meilleure précision de positionnement
Merci à Borzakk pour quelques corrections .