¿Cuál es la tasa de actualización más alta alcanzable para un receptor GPS civil?

El factor de restricción es el filtrado de paso bajo después de la separación. Si asumimos una densidad de potencia de ruido de -204dBW / Hz (temperatura de ruido de ~ 17 ° C), solo podemos permitir alrededor de 25 kHz de ancho de banda de ruido antes de que alcance la potencia L1 de -160dBW. Nuestro tiempo de integración debe ser de al menos 1 / 25.000s para detectar la señal del fondo de ruido (suponiendo una antena omnidireccional). Este es el límite teórico para una señal de intensidad completa.

El producto del tiempo de integración \ $ T \ $ y el ancho de banda del bucle de seguimiento \ $ B_n \ $ debe ser significativamente menos la unidad para que el bucle sea estable, por lo que es posible un máximo de ancho de banda de 25 kHz (en los receptores del mundo real, a menudo encontrará \ $ T = 10 ^ {- 3} s \ $ y \ $ B_n < = 18Hz \ $). El tiempo relativo de la señal recibida y la réplica local solo puede cambiar (de manera significativa) a una tasa de \ $ B_n / 2 \ $, haciendo inútiles los arreglos de posición más frecuentes.

Puede hacer trampa usando una antena direccional, pero para calcular el azimut y la elevación, la posición de su antena debe ser fija, y eso contradice el propósito de un sistema de navegación.

Ahora volvamos a la realidad: acortar el período de integración hace que la posición se fije más ruidosamente. Dado el presupuesto de enlace de una unidad comercial, más de 50 arreglos / s es un desperdicio, a menos que tenga una señal muy fuerte, todo lo que obtiene es ruido (de fase). Y hay una alta carga computacional, se va a comer la batería como un infierno.

Un receptor GPS funciona manteniendo un "modelo" de software interno de la posición del receptor (y derivados de la posición). Un filtro de Kalman se usa normalmente para mantener este modelo sincronizado con la realidad, basado en datos sin procesar provenientes de los satélites.

La señal de cada satélite normalmente se integra durante 20 ms a la vez, porque este es el período de bits de los datos PSK provenientes del satélite. Esto significa que el modelo obtiene una actualización bruta de la distancia de cada satélite 50 veces por segundo. Sin embargo, tenga en cuenta que las actualizaciones de los diferentes satélites son esencialmente asíncronas (no todas se producen al mismo tiempo), porque las diferencias en la longitud de la trayectoria de los satélites que van desde arriba a los satélites en el horizonte también son del orden de 20 ms. A medida que entra cada nueva medición satelital, el modelo interno se actualiza con la nueva información.

Cuando el receptor GPS emite un mensaje de actualización, los datos del mensaje provienen del modelo. El receptor puede actualizar el modelo con la frecuencia que desee y enviar mensajes de posición con la frecuencia que desee. Sin embargo, el resultado es una interpolación simple: no hay información nueva contenida en los mensajes de salida adicionales. El ancho de banda de información está limitado por la velocidad a la que las mediciones de satélite sin procesar se envían al filtro.

Como señala Andreas , tener una alta tasa de mensajes de salida NO significa que pueda rastrear una mayor dinámica del receptor. Si debe realizar un seguimiento de la dinámica del receptor alto, debe utilizar otras fuentes de información, como una IMU. En un sistema "estrechamente acoplado", los datos de la IMU actualizan el mismo modelo interno que está utilizando el receptor GPS, lo que permite que la IMU "ayude" al seguimiento de las señales GPS individuales.

También hay un aspecto económico de la pregunta. La mayoría de los receptores GPS "civiles" tienen una gran limitación de costos y, por lo tanto, solo se emplea suficiente potencia de la CPU (y de la batería) para cumplir con los requisitos de tasa de actualización para la aplicación en cuestión (por ejemplo, navegación para automóviles o teléfonos celulares). Una velocidad de actualización de una vez por segundo (o menos) es más que suficiente para la mayoría de las aplicaciones. Las aplicaciones "militares" que necesitan tasas de actualización más altas tienen presupuestos más altos para materiales y energía. Los receptores GPS tienen un precio adecuado, aunque el hardware real del receptor es esencialmente el mismo, con la posible excepción de emplear una CPU más potente.