Quel est le taux de mise à jour le plus élevé possible pour un récepteur GPS civil?

Je souhaite connaître le taux de mise à jour maximal réalisable pour un récepteur GPS civil. Plus précisément

Récepteurs qui dépendent exclusivement des satellites GPS (par exemple, n'incluant pas d'estimation de mouvement basée sur IMU pour interpoler)
La limite hypothétique (c'est-à-dire excluant les problèmes de faisabilité, par exemple la puissance de traitement)
Taux de mise à jour après verrouillage (par exemple TTFF)

Les puces de récepteur civil les plus rapides que j'ai trouvées ont un taux de mise à jour de 50 Hz, comme le Venus838FLPx.

Selon alex.forencich dans ce thread stackexchange , il pourrait être "plutôt élevé":

Il est difficile de fixer un taux de mise à jour de position sur les satellites car tout est dans le récepteur. Les satellites transmettent simplement les données des éphémérides orbitales et l'heure à 50 bits par seconde et un taux de puce CDMA de 1,023 MHz, tous précisément verrouillés en phase à une norme de fréquence atomique. Le récepteur GPS maintient un verrou sur le code d'étalement CDMA et l'utilise pour déterminer l'heure des différences d'arrivée entre les satellites. Obtenir un verrou en premier lieu prend un certain temps, mais après cela, la position peut être mise à jour à une fréquence assez élevée. Je ne sais pas quelle est la limite supérieure à ce sujet.

Et cela n'est bien sûr pas lié aux limites de vitesse et d'altitude du CoCom pour les récepteurs civils .

Voilà ce que j'ai trouvé.

gps gnss

— Communauté
source

@ MarkoBuršič, c'est manifestement faux. il y a plusieurs limites strictes. pour commencer la phase, cela vous donne évidemment une première limite dure (fréquence de la porteuse). Ensuite, vous avez Cramer-Rao qui ne vous permettra aucune précision significative sans accumuler suffisamment d'observation. puis, un taux de mise à jour arbitrairement élevé est totalement incompatible avec la capacité du canal de Shannon. Ensuite, vous avez, en raison de Planck / Heisenberg, une précision de LO potentielle très limitée, conduisant à une précision de localisation limitée et à un taux de mise à jour limité. La liste continue.

— Marcus Müller

D'un sentiment d'intestin, je commencerais par la capacité du canal de Shannon, car cela semble une limite assez sévère compte tenu de la faible bande passante et du faible SNR qui est physiquement possible, même sans effets atmosphériques.

— Marcus Müller

Rien pour indiquer que le calcul de la position GPS atteint ou dépasse la sortie. La sortie pourrait suréchantillonner la position.

— old_timer

Javad et Topcon fabriquent tous deux des récepteurs avec des taux de mise à jour de position de 100 Hz. Ce sont les plus rapides que je connaisse généralement disponibles. Comme d'autres ont noté que la plupart des fabricants sont limités à 20 ou 50 Hz, il y a peu d'avantages réels à fonctionner plus rapidement, donc pour la plupart des applications, c'est une perte de temps CPU et d'énergie pour le faire.

— Andrew

@winny Shannon hante mes nuits blanches; Je ferais aussi bien de lui rendre hommage lorsque c'est dû: P

— Marcus Müller

Réponses:

Le facteur contraignant est le filtrage passe-bas après désétalement. Si nous supposons une densité de puissance de bruit de -204 dBW / Hz (température de bruit de ~ 17 ° C), nous ne pouvons autoriser que 25 kHz de bande passante de bruit avant qu'elle n'atteigne la puissance L1 de -160 dBW. Notre temps d'intégration doit être d'au moins 1/25 000 s pour détecter le signal provenant du bruit de fond (en supposant une antenne omnidirectionnelle). Il s'agit de la limite théorique pour un signal à pleine puissance.

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

Vous pouvez tricher en utilisant une antenne directionnelle, mais afin de calculer l'azimut et l'élévation, la position de vos antennes doit être fixe, et ce genre de contradiction avec l'objectif d'un système de navigation.

Revenons maintenant à la réalité: raccourcir la période d'intégration de rend les corrections de position plus bruyantes. Compte tenu du budget de liaison d'une unité standard, plus de 50 corrections / s sont un gaspillage, à moins que vous n'ayez un signal vraiment fort, tout ce que vous obtenez est un bruit (de phase). Et theres une charge de calcul élevée, il va manger la batterie comme l'enfer.

— Andreas
source

Sympa . Un couple de facteurs compliquant, cependant: 1. Nous pouvons obtenir une augmentation de bande passante "virtuelle" en observant plus que les quatre satellites minimum; vous augmenteriez normalement la précision, pas la vitesse, avec ça. 2. Nous pourrions réduire le bruit de fond en utilisant la diversité des récepteurs; c'est un moyen assez limité, mais relativement bon marché. En y réfléchissant, 1. et 2. exploitent tous les deux des informations redondantes dans le système récepteur avec un bruit indépendant, ce sont donc des techniques de diversité. Les deux sont très proches de la frontière "logique" de ce qui est toujours un seul récepteur GPS, et non des effets de la fusion des capteurs.

— Marcus Müller

@ MarcusMüllerOui, l'augmentation de la précision augmente également le taux de fixation possible et donc la dynamique de suivi maximale. De multiples signaux cohérents aident (L2), il en va de même pour les antennes réseau en phase. Nous ne parlons plus ici de "civil".

— Andreas

Eh bien, la diversité en ajoutant plus de chaînes de réception serait relativement simple, par rapport à, disons, à une baisse significative du bruit. Je suis à peu près sûr qu'un récepteur GPS 18Hz correspond déjà à ce pour quoi vous devez remplir un formulaire de contrôle d'exportation.

— Marcus Müller

Génial. Maintenant, je veux revoir les implémentations SDR des récepteurs GNSS. Et je n'ai pas le temps ...

— Marcus Müller

@ MarcusMüller FWIW: Je n'ai pas vu> 10 Hz dans les circuits intégrés COTS SMD, mais les taux de solution de 5 et 10 Hz sont courants pour autant que je sache.

— Morten Jensen,

Un récepteur GPS fonctionne en maintenant un "modèle" logiciel interne de la position du récepteur (et des dérivés de la position). Un filtre de Kalman est généralement utilisé pour garder ce modèle en phase avec la réalité, sur la base des données brutes provenant des satellites.

Le signal de chaque satellite est normalement intégré pendant 20 ms à la fois, car il s'agit de la période binaire des données PSK provenant du satellite. Cela signifie que le modèle obtient une mise à jour brute sur la distance de chaque satellite 50 fois par seconde. Cependant, notez que les mises à jour de différents satellites sont essentiellement asynchrones (elles ne se produisent pas toutes en même temps), car les différences de longueur de trajet des satellites au-dessus des satellites à l'horizon sont également de l'ordre de 20 ms. À mesure que chaque nouvelle mesure satellite arrive, le modèle interne est mis à jour avec les nouvelles informations.

Lorsque le récepteur GPS envoie un message de mise à jour, les données du message proviennent du modèle. Le récepteur peut mettre à jour le modèle aussi souvent qu'il le souhaite et afficher des messages de position aussi souvent qu'il le souhaite. Cependant, le résultat est une simple interpolation - aucune nouvelle information n'est contenue dans les messages de sortie supplémentaires. La bande passante de l' information est limitée par la vitesse à laquelle les mesures brutes des satellites sont transmises au filtre.

Comme le note Andreas , avoir un débit de messages élevé ne signifie PAS que vous pouvez suivre une dynamique de récepteur plus élevée. Si vous devez suivre une dynamique de récepteur élevée, vous devez utiliser d'autres sources d'informations telles qu'une IMU. Dans un système "étroitement couplé", les données IMU mettent à jour le même modèle interne que celui utilisé par le récepteur GPS, ce qui permet à l'IMU "d'assister" le suivi des signaux GPS individuels.

Il y a aussi un côté économique à la question. La plupart des récepteurs GPS "civils" sont très limités en termes de coûts et, par conséquent, seule une puissance CPU (et une batterie) suffisante est utilisée pour répondre aux exigences de taux de mise à jour pour l'application en question (par exemple, navigation de voiture ou de téléphone portable). Un taux de mise à jour d'une fois par seconde (ou moins) est plus que suffisant pour la plupart de ces applications. Les applications "militaires" qui nécessitent des taux de mise à jour plus élevés ont des budgets plus élevés pour les matériaux et la puissance. Les récepteurs GPS sont facturés en conséquence, même si le matériel réel du récepteur est essentiellement le même, à l'exception peut-être de l'utilisation d'un processeur plus puissant.

— Dave Tweed
source

Eh bien, comme vous l'avez dit et je pense que cela mérite d'être souligné: des taux de mise à jour plus élevés proviennent généralement de la fusion des données des capteurs avec d'autres capteurs. Des choses comme les boussoles de précision et les accéléromètres sont généralement les coûts élevés des IMU que vous n'achetez pas normalement si vous ne volez pas à grande vitesse. Je veux dire, sérieusement, un Kalman, même profondément modifié, n'est probablement pas un problème pour un microcontrôleur avec FPU fonctionnant à quelques 100 MHz. L'algorithme et sa paramétrisation, les connaissances d'étalonnage et d'intégration sont ce que les fabricants vont vous faire payer (à part des capteurs coûteux)

— Marcus Müller