¿Qué es un "marco" en GPS?
El principio básico del sistema de navegación GPS es medir la distancia entre la posición conocida del satélite y el receptor del usuario, y luego combinar los datos de múltiples satélites para conocer la ubicación específica del receptor. Para ello, la posición del satélite se determina en función del tiempo registrado por el reloj a bordo en las efemérides del satélite. La distancia del usuario al satélite se obtiene registrando el tiempo que tarda la señal del satélite en propagarse hasta el usuario y multiplicándolo por la velocidad de la luz (debido a la interferencia de la ionosfera atmosférica, esta distancia no es la distancia real entre el usuario y el satélite, pero una pseudo distancia (PR): cuando los satélites GPS funcionan normalmente, transmitirán continuamente información de navegación de código pseudoaleatorio (denominado pseudocódigo) compuesto por símbolos binarios 1 y 0. dos pseudocódigos utilizados por el sistema GPS GPS, a saber, el código civil C/. y el código militar P (Y). La frecuencia del código C/A es de 1.023 MHz, el período de repetición es de 1 milisegundo y la distancia del código es de 1 microsegundo. , que equivale a 300 metros; la frecuencia del código P es de 10,23 MHz y el período de repetición es de 266,4 días. La distancia del código es de 0,1 microsegundos, lo que equivale a 30 metros y el código Y se forma sobre la base del P. código y tiene un mejor rendimiento de confidencialidad El mensaje de navegación incluye efemérides del satélite, estado de funcionamiento, corrección del reloj y corrección de la ionosfera, corrección de la refracción atmosférica, etc. La información de navegación se demodula a partir de la señal del satélite y se transmite en la frecuencia portadora con una modulación. Velocidad de 50 b/s. La información de navegación contiene cinco subtramas, cada una de las cuales tiene una duración de 6 segundos. Cada trama tiene un código de 10 caracteres, que se repite cada 30 segundos y se actualiza cada hora. 15000b es principalmente el código de telemetría, el código de conversión, el primer, segundo y tercer bloque de datos. El más importante son los datos de efemérides. Después de que el usuario recibe el mensaje de navegación, puede extraer la hora del satélite y compararla con su propio reloj. la distancia entre el satélite y el usuario, y luego utilizar los datos de efemérides del satélite en el mensaje de navegación para calcularlo. A partir de la posición del satélite que transmite el mensaje, el usuario puede conocer la posición, velocidad y otra información en el WGS-84. sistema de coordenadas geodésicas.
Se puede ver que la función de la parte satelital del sistema de navegación GPS es transmitir continuamente información de navegación, ya que el reloj utilizado por el receptor del usuario no siempre se puede sincronizar. En el reloj a bordo del satélite, además de las coordenadas tridimensionales del usuario x, y, z, se debe introducir un Δt, que es la diferencia entre el satélite y el receptor. La diferencia horaria se toma como incógnita y luego Se utilizan cuatro ecuaciones para resolver las cuatro incógnitas. Por lo tanto, si desea conocer la posición del receptor, debe poder recibir las señales de al menos 4 satélites.
El receptor GPS puede recibir. La información de tiempo con una precisión de nanosegundos se puede utilizar para cronometrar las efemérides de pronóstico para predecir la posición aproximada de los satélites en los próximos meses; las efemérides transmitidas se utilizan para calcular las coordenadas de los satélites necesarias para el posicionamiento, con una precisión de varios metros a decenas de metros. metros (los satélites son diferentes y cambian en cualquier momento); e información del sistema GPS, como el estado del satélite, etc.
La medición codificada en el receptor GPS puede obtener la distancia desde el satélite al receptor. , debido a la inclusión del error del reloj del satélite del receptor y el error de propagación atmosférica, se llama pseudorango. El pseudorango medido para el código 0A se llama pseudorango del código UA, y la precisión es de aproximadamente 20 metros. El pseudorango medido para el código P se llama. Pseudorango del código P y la precisión es de aproximadamente 2 metros.
El receptor GPS utiliza decodificación u otras técnicas para eliminar la información modulada en la onda portadora de la señal del satélite recibida, y luego se puede restaurar la onda portadora. Estrictamente hablando, la fase de la portadora debería llamarse fase de batido de la portadora, que es la diferencia entre la fase de la portadora causada por el cambio de frecuencia Doppler de la señal del satélite recibida y la fase de la señal generada por el oscilador local del receptor. Generalmente, cuando el reloj del receptor determina la medición de la época, para seguir rastreando la señal del satélite, se puede registrar el valor de cambio de fase. Sin embargo, se desconoce el valor de fase inicial del receptor y del oscilador del satélite al iniciar la observación. Se desconoce la época inicial. Los números enteros también son agnósticos, es decir, la ambigüedad de todo el rango sólo se puede utilizar como parámetro en el esquema de procesamiento de datos.
La precisión de la observación de fase puede alcanzar el nivel milimétrico, pero la premisa es que el problema de la ambigüedad circunferencial completa debe resolverse, por lo que solo se puede utilizar en el caso de posicionamiento relativo y observación continua durante un período de tiempo. Sólo se puede utilizar para lograr un posicionamiento mejor que el nivel del medidor.
El posicionamiento GPS se divide en posicionamiento de un solo punto y posicionamiento relativo (posicionamiento diferencial) según los métodos de posicionamiento. El posicionamiento de un solo punto determina la posición del receptor en función de los datos de observación del receptor. Solo puede utilizar observación de pseudorango y puede utilizarse para navegación y posicionamiento generales, como vehículos y barcos. El posicionamiento relativo (posicionamiento diferencial) es un método para determinar la posición relativa entre puntos de observación basándose en los datos de observación de más de dos receptores. Puede utilizar observación de pseudorango o observación de fase que se debe utilizar en levantamientos geodésicos o levantamientos de ingeniería. realizar posicionamiento relativo.
Las observaciones GPS incluyen errores como diferencias de reloj entre satélites y receptores, retrasos en la propagación atmosférica, efectos de trayectorias múltiples, etc. Los cálculos de posicionamiento también se ven afectados por errores de efemérides de transmisión por satélite, que afectan en gran medida el posicionamiento relativo. Los errores se compensan o atenúan, por lo que la precisión del posicionamiento mejorará enormemente. El receptor de doble frecuencia puede compensar los errores ionosféricos en la atmósfera basándose en las dos frecuencias de observación. Lo más importante es que cuando los requisitos de precisión son altos y la distancia entre receptores es grande (hay diferencias obvias en la atmósfera), se deben seleccionar receptores de doble frecuencia.