Ретроспективный анализ систем радиоместоопределения

Благодаря технологии расширенного спектра, каждый спутник использует собственный код C/A для шифрования потока данных и разброса его по частотам. Данные модулируются и, в соответствии с кодом C/A, "разбрасываются" в пределах 1-МГц полосы относительно несущей частоты GPS L1 (1575,42 МГц). Можно представить вещание спутников по аналогии с зашифрованными пакетами TCP/IP, пакеты разных потоков данных перемешаны между собой, причём коды C/A в данном случае используются не только для выборки нужных пакетов среди других, но и для задания последовательности, в которой следуют пакеты. GPS-приёмник, таким образом, постоянно сканирует эфир и использует набор из 32 возможных паролей, чтобы расшифровать данные.

Современные технологии передачи GPS работают несколько по-другому. Код используется уже не для смены частотных каналов, поскольку GPS передаёт все данные на одной частоте 1575,42 МГц. Код C/A используется для модуляции несущей частоты в пределах 1 МГц. Поток навигационных данных генерируется на частоте 50 Гц (50 бит/с), поэтому его можно легко распределить в пределах 1-МГц частотного диапазона.

Спасибо Альберту Эйнштейну за его теорию относительности, в частности факту, что при высокой скорости движения ход часов меняется. Поскольку каждый GPS-спутник на орбите, по существу, является атомными часами, они должны корректироваться с учётом релятивистской теории относительности. По сравнению с часами на земле, GPS-часы замедляются разницей в скорости. Впрочем, благодаря правильным расчётам этот эффект можно нивелировать. Ход часов на орбите оказывается на 446,47 в 1012 медленнее. Представьте 2-ГГц процессор Intel Core 2 Duo на орбите: его реальная скорость будет меньше на 1 такт. Чтобы система GPS работала, спутники должны быть синхронизированы. Чем больше ошибок будет предупреждено, тем более точное определение мы получим.

Чтобы технология с расширенным спектром работала, приём и передача сигнала должны синхронизироваться, используя один и тот же код. В своё время Ламар и Антейл предлагали синхронизировать передачу с помощью механических часов на обоих концах системы, но в современной системе GPS используются специальные корреляторы. Корреляторы, по существу, и связывают теорию Ламар о передаче в расширенном спектре с современной технологией глобального позиционирования. Как? Коррелятор - это алгоритм, который автоматически синхронизирует процесс расшифровки в GPS-приёмнике с процессом шифрования на спутнике. Во время настройки на спутники процесс синхронизации GPS-приёмника на множественные одновременные передачи с группы спутников корректирует небольшие относительные различия в синхронизации. Они связаны с расстоянием между спутниками и приёмником.

Способы синхронизации, предложенные Ламар, для современных систем не подходят. Используются более тонкие механизмы. Однако, как только синхронизация будет достигнута, придётся учитывать задержку, с которой сигнал от спутника доходит до GPS-приёмника. И эта задержка напрямую превращается в расстояние.

Учитывая релятивистскую теорию Эйнштейна, система GPS синхронизирует часы. Ваш GPS-приёмник тоже пытается вычислить "системное" время GPS внутри себя. Но даже если спутники будут передавать пакеты в одно время, расстояния до них разные, поэтому и задержка, через которую пакеты достигнут приёмника, тоже будет разная. Корреляторы позволяют синхронизировать разные коды C/A с передачей данных соответствующими спутниками. Задержка у каждого спутника будет своя, поэтому и относительное временное смещение кода C/A по сравнению с "системным" временем будет для каждого спутника своим. Представьте себе обычную локальную сеть. Время ping-запроса позволяет оценить, насколько клиент расположен ближе или дальше. И задержки коррелятора тоже напрямую связаны с расстоянием до конкретного спутника.

Как можно видеть, коррелятор в приёмнике сдвигает копию одного из 32 возможных кодов C/A. Сдвинув код C/A на один шаг, коррелятор проверяет, появляются ли точные данные. Когда сдвиг кода C/A даст нужную информацию, данные считаются полученными. Для определения, информация это или "мусор", коррелятор использует специальные алгоритмы. После корреляции можно расшифровать навигационные данные Корреляция хороша тем, что позволяет узнать примерное расстояние до спутника. А, зная расстояние до 4 спутников, можно высчитать ваше положение на Земле.

Каждый пользователь GPS-приёмников знает, что на определение координат требуется время. Это, увы, недостаток GPS. Некоторые устройства настраиваются быстрее других, но какое-то время всё равно требуется. Как мы теперь знаем, корреляторы позволяют выровнять код C/A передатчика с кодом C/A приёмника. Вообще, механизм действия коррелятора очень напоминает атаку хакера: коррелятор пытается дешифровать сигнал методом подбора кода. Чем больше корреляторов работают параллельно, тем быстрее будет находить координаты GPS-приёмник. У GPS-чипсетов SiRF Star II и III используется 2 000 и 200 000 корреляторов, соответственно. Последние чипсеты uBlox Antaris 5 GS используют более миллиона корреляторов. Правило простое: чем больше корреляторов, тем быстрее будут найдены координаты.

Статьи по теме:

Выбор изоляторов
Шины подвешиваются с помощью полимерных подвесных изоляторов. Марки изоляторов и их технические данные представлены в таблице №3 для РУ 110 кВ, РУ 35 кВ и РУ 27,5кВ. Таблица 3. Характеристики и марки ...

Выбор режима ведения поезда
Для исключения неопределенности при выборе режима ведения поезда выбираем условия, соблюдение которых дает однозначное решен задачи. Такими условиями могут быть: получение наименьшего времени хода; п ...

Основы авторемонтного производства
Должны иметь представление: о факторах, определяющих потребность подвижного состава автомобильного транспорта в ремонте, о старении авто­мобиля и его предельном состоянии. Должны знать: систему ремон ...