答えはGPSシステムの動作方法のため複雑です。そのため、原則を理解できるようにいくつかのことを簡略化しますが、実際にどのように実装されているかに興味がある場合は、良いGPSを見つける必要があります。参照。言い換えれば、以下に書かれていることは、それがどのように機能するかのアイデアをあなたに与えることを意図していますが、いくつかの点で技術的に間違っています。以下は、独自のGPSソフトウェアを実装するのに十分ではありません。
バックグラウンド
すべての衛星は本質的に同じ周波数で送信します。彼らは技術的にお互いの信号を歩いています。
では、GPS受信機はこれをどのように処理しますか？
まず、各衛星はmSごとに異なるメッセージを送信します。メッセージは1024ビット長で、疑似乱数ジェネレーターによって生成されます。
GPS受信機はすべての送信機のスペクトル全体を受信し、相関と呼ばれるプロセスを実行します-衛星の1つの特定のシーケンスを生成し、それを信号入力で乗算し、その信号が衛星の信号と正確に一致する場合は相関器1つの衛星を見つけました。ミキシングは、本質的に衛星の信号をノイズから引き出し、1）適切なシーケンスがあり、2）適切なタイミングがあることを確認しました。
ただし、一致するものが見つからなかった場合は、1023ビットのすべての期間を経て衛星が見つからなくなるまで、信号を1ビットシフトして再試行する必要があります。 その後、別の周期で別の衛星を検出しようとします。
タイムシフト（1023ビット、1秒あたり1,000回の送信）により、理論的には特定のコードを見つける（または何もないと判断する）ために1秒でコードを完全に検索できます。
コードのシフト（現在、各衛星に1つずつ、32の異なるPRNコードがあります）により、各衛星の検索に30秒以上かかる場合があります。
さらに、地上速度に対する衛星の速度に起因するドップラーシフトは、タイムベースが+/- 10kHzほどシフトする可能性があることを意味するため、相関器が放棄する前に約40の異なる周波数シフトを検索する必要があります特定のPRNとタイミング。
これが意味すること
これにより、コールドスタートを最初に修正する時間の最悪のシナリオ（空中に1つの衛星があり、完全に一致するものを最初にすべて試す）が残ります（つまり、受信機の時間または場所に関する情報がない、または衛星の位置）を32秒とします。仮定を行わない、または巧妙なトリックを実行しないと仮定すると、受信信号は良好です。
ただし、相関器が2つある場合、一度に2つの衛星を検索できるため、その時間は半分になります。ジョブで12人の相関関係者を取得すると、数秒で完了します。100万個の相関器を取得します。理論上は数ミリ秒かかります。
各相関関係子は、マーケティングのために「チャネル」と呼ばれます。 それは完全に間違っているわけではありません-ある意味では、相関器は一度に特定のコード化された周波数を復調しています。これは基本的に、チャンネルを切り替えるときに無線受信機が行うことです。
ただし、GPSレシーバーは、一般的な12チャンネルレシーバーが最悪の場合、約1〜3分で修正を取得できるように問題空間を単純化することができる多くの仮定を持っています。
4チャンネルGPSを使用して3D修正を取得できますが、GPS信号を失った場合（地平線を超えたり、橋の下を通過したり）、3D修正を失い、3つの衛星で2D修正に進みますチャネルは相関モードに戻ります。
これで受信機は天体暦と暦をダウンロードし始め、受信機は非常にインテリジェントに信号を検索することができます。約12分後、どの衛星を表示する必要があるかが正確にわかります。
各衛星の位置とコードはわかっているので、検索は非常に迅速に行われますが、実際に新しい衛星を見つけるまでは2Dの修正しかありません。
ただし、12チャンネルのレシーバーがある場合は、最も強力な4チャンネルを使用して修正を行い、必要に応じて計算を切り替えるためにいくつかのチャンネルを使用してバックアップ衛星にロックし、いくつかのチャンネルを使用して衛星を検索します受信者は見ることができるはずです。このようにして、完全な3D修正を失うことはありません。
最大12個の衛星しか見ることができないのに、なぜ12以上のチャンネルが必要なのでしょうか？
GPS衛星は常に24基ほど動作しています。つまり、地球上の1つのポイントでは、実際にはその半分しか見ることができません。
ただし、相関器ごとに1つの衛星しか検索できないため、相関器を12を超えて増加させる主な理由は、最初の修正までの時間を短縮することであり、それを改善する主な理由は電力消費です。
GPSチップセットに常に電力を供給する必要がある場合、常に100mWの電力が消費されます。ただし、毎秒10ミリ秒だけ1秒に1回だけオンにする必要がある場合は、消費電力を1ミリワットに削減します。これは、携帯電話やロケーションビーコンなどが、同じバッテリーセットで2桁長い時間動作する一方で、ロケーションの完全なリアルタイム修正を維持できることを意味します。
さらに、数百万の相関器を使用して、より正確な検索を行うことができます。これにより、都市キャニオン（相関器の少ないGPS受信機を汚すために使用される大都市の高層ビル）での電波反射の影響を減らすことができます。
最後に、3D修正を取得するために必要な衛星は4つだけですが、優れた受信機は位置アルゴリズムでより多くの衛星を使用して、より正確な修正を取得します。したがって、必要なのは4チャンネルのレシーバーだけですが、12チャンネルのレシーバーではより正確になります。
結論
数百万人の相関関係者：
- 衛星捕捉を高速化
- 消費電力を削減
- 都市の峡谷でも3D修正が失われる可能性を低減
- 優れた感度を提供し、密林や一部のトンネルでも修正が可能
- より良い位置決め精度を提供
いくつかの修正をしてくれたborzakkに感謝します。