O que é um módulo GPS?
O módulo GPS é um receptor de sinal GPS. Ele pode ser conectado a um computador ou telefone celular via Bluetooth sem fio ou conexão com fio, e transmite os sinais GPS que recebe para o software GPS no computador ou telefone celular para processamento. O módulo de posicionamento GPS ao qual nos referimos frequentemente é chamado de parte do usuário. Ele recebe e demodula o sinal de código C/A transmitido pelo satélite, com uma frequência de 1575,42 MHz, como um "rádio". O módulo GPS não transmite sinais e é um dispositivo de posicionamento passivo.
A chave para a aplicação do módulo GPS reside na formulação do protocolo de comunicação serial, ou seja, o formato de protocolo de entrada e saída relevante do módulo. Ele inclui principalmente tipos de dados e formatos de informação, entre os quais os tipos de dados incluem principalmente informações binárias e informações de dados NMEA (National Marine Electronics Association). Esses dois tipos de informações podem ser comunicados com o receptor GPS através da porta serial.
O módulo GPS calcula a pseudo-distância com cada satélite e usa o método de interseção de distância para obter os quatro parâmetros do receptor, ou seja, longitude, latitude, altitude e correção de tempo. A vantagem deste método é sua rápida velocidade de posicionamento pontual, mas o erro é grande. Para o módulo de posicionamento inicial, pelo menos 4 satélites precisam estar envolvidos no cálculo, o que é chamado de posicionamento 3D. Com 3 satélites, o posicionamento 2D pode ser alcançado, mas a precisão não é boa. O módulo GPS emite continuamente informações de posicionamento e informações auxiliares em formato NMEA através da porta de comunicação serial, que podem ser selecionadas e aplicadas pelo receptor.
O princípio do posicionamento do módulo GPS
Os 24 satélites GPS orbitam a Terra a uma altitude de 12.000 quilômetros, completando uma órbita a cada 12 horas. Isso permite que qualquer ponto no solo observe simultaneamente mais de 4 satélites em um determinado momento.
Como a posição do satélite é precisamente conhecida, nas observações GPS, a distância do satélite ao receptor pode ser calculada usando a fórmula da distância no sistema de coordenadas tridimensionais. Com a ajuda de três satélites, três equações podem ser formadas para resolver a posição do ponto de observação (X, Y, Z). Considerando o erro entre o relógio do satélite e o relógio do receptor, na verdade existem quatro incógnitas: X, Y, Z e a diferença de tempo. Portanto, um quarto satélite precisa ser introduzido para formar quatro equações para solução, obtendo assim a longitude, latitude e elevação do ponto de observação.
Na verdade, o receptor pode se conectar a mais de quatro satélites. Neste ponto, o receptor pode dividir os satélites em vários grupos de acordo com sua distribuição de constelação, com cada grupo consistindo em quatro satélites. Então, através de algoritmos, ele pode selecionar o grupo com o menor erro para posicionamento, melhorando assim a precisão.
Devido aos erros na órbita e no relógio do satélite, bem como à influência da troposfera e da ionosfera no sinal, a precisão de posicionamento do GPS civil é de apenas 10 metros. Para melhorar a precisão de posicionamento, a tecnologia GPS diferencial (DGPS) é comumente adotada. Uma estação de referência (estação DGPS) é estabelecida para observações GPS. Usando as coordenadas precisas da estação de referência conhecida e comparando-as com os valores de observação, um fator de correção é obtido e liberado ao público. Depois que o receptor recebe este fator de correção, ele o compara com seus próprios valores de observação, eliminando a maioria dos erros e obtendo uma posição mais precisa. Experimentos mostram que, usando DGPS, a precisão de posicionamento pode ser melhorada para 5 metros.
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