導入
衛星ナビゲーションおよび測位システムは、日常生活においてますます重要な位置を占めており、ますます多くの用途に使用されるようになるでしょう。受信機は、衛星群によって送信された信号を捕捉して分析します。最もよく知られているシステムは GPS とGLONASSです。 2012 年頃にはGalileoシステムが稼働する予定です。この技術は一見単純そうに見えますが、信号の処理と受信機の位置の計算は複雑です。ここで説明する受信機は GPS システムに関するものですが、この説明は他のシステムにも一般化できます。
原理
衛星は、L1 (1575.42 MHz) と L2 (1227.60 MHz) の 2 つの周波数で永続的に送信します。これらは、デジタルデータと 2 つのコードの組み合わせによって同相変調されます。この組み合わせはモジュロ2加算です。コードは、1.023 Mbit/s、周期 1 ミリ秒のシーケンスである擬似ランダム コード C/A (coarse acquisitionの頭字語) と、精度を表す 10.23 Mbit の擬似ランダム コード P です。 /s、期間は 280 日です。 1 つ目は自由にアクセスでき、2 つ目は許可されたユーザーのみに予約されています。ほとんどの場合、暗号化されます。
自由にアクセスできる信号については、L1キャリアが使用されます。各 GPS衛星は、このキャリア上で C/A 取得コードとデータを送信します。 C/A コードは、31 個の衛星のセットの中の各衛星に固有です。50 ビット/秒で送信されるデータには、衛星の位置を計算できる天体暦、時計補正、電離層補正用のデータなど、GPS コンステレーション全体に関する情報が含まれています。 、特別なシステム メッセージも含まれます。衛星からのデータは 30 秒ごとに 1フレームで送信されます。完全なシステムアルマナックを送信するのに必要な時間は 12.5分です。エフェメリスには、すべての衛星の詳細な軌道パラメータが含まれています。エフェメリス データは時間ごとに変化しますが、有効期間は約 4 時間です。 GPS フレームの制御部分は、システムの暦を毎週更新し、3 つの地上制御局を通じて暦を毎時間更新します。通常の連続動作では、 GPS 受信機はメモリに保存されているこれらの軌道暦を継続的に、多くの場合 30 分ごとに更新します。
受信機の位置の計算は、暦のデジタルデータとC/Aコードシーケンスの特徴的な瞬間の時間的マーキングから実行されます。現在の受信機は、多数の専用チャネル上で多数の衛星を同時に追跡できます。 12 チャネルは一般的な数です。電源投入時の GPS 受信機のパフォーマンスは、主に、視界にある衛星と受信機のメモリ内の GPS システム暦の可用性によって決まります。
ウォームスタート
ウォームスタート時に、受信機は最新の暦、3000キロメートル未満の最初の位置、および 5 分以内の正確な時刻をメモリに保存します。ウォーム スタートを強制するには、受信機がアルマナック、時刻、およびホーム ポジションをダウンロードする必要があります。
ウォーム スタート中に、受信機はアルマナックのデータ、初期位置および時刻を使用して、受信が期待される衛星を識別します。受信機は、この計画されたセット内の各衛星の高度とドップラー シフトを計算し、これらの衛星の並行検索にさまざまなチャネルを割り当てます。発振器の内部誤差がわかっている場合、受信機は探索を最適化するためにこのオフセットを補償します。オフセットが不明な場合、検索アルゴリズムは、発振器の許容誤差、経年変化、および温度関連の誤差を考慮して拡張されます。
受信機がアルマナックと最初の位置を持っているが、現在時刻を持っていない場合、最初の衛星が捕捉されるまでコールドスタート検索がトリガーされます。最初の衛星からのこのデータが取得されると、GPS 受信機はおおよその時刻を取得できるようになり、ホット スタート モードに切り替わって追加の衛星を取得します。この場合、最初の取得までの時間はわずかに長くなりますが、完全なコールド スタートよりも著しく短くなります。最初の取得の起動時間は通常 50 秒未満です。
GPS アンテナが遮られた環境にあるなどの理由で、ホット スタート中に受信機が計画された衛星からすべてのデータを数分以内に収集できなかった場合、コールド スタートで検索を実行するためにチャネルの 1 つが割り当てられます。モード。この戦略は、保存されたアルマナック、位置、および時間が無効な場合に、最初の位置までの取得時間を最小限に抑えます。
