¿Qué es un módulo GPS?
El módulo GPS es un receptor de señal GPS. Se puede conectar a una computadora o teléfono móvil a través de Bluetooth inalámbrico o conexión por cable, y transmite las señales GPS que recibe al software GPS en la computadora o teléfono móvil para su procesamiento. El módulo de posicionamiento GPS al que a menudo nos referimos se llama la parte del usuario. Recibe y demodula la señal de código C/A transmitida por el satélite, con una frecuencia de 1575.42 MHz, como una "radio". El módulo GPS no transmite señales y es un dispositivo de posicionamiento pasivo.
La clave para la aplicación del módulo GPS reside en la formulación del protocolo de comunicación serie, es decir, el formato de protocolo de entrada y salida relevante del módulo. Incluye principalmente tipos de datos y formatos de información, entre los cuales los tipos de datos incluyen principalmente información binaria e información de datos NMEA (National Marine Electronics Association). Estos dos tipos de información se pueden comunicar con el receptor GPS a través del puerto serie.
El módulo GPS calcula la pseudo-distancia con cada satélite y utiliza el método de intersección de distancias para obtener los cuatro parámetros del receptor, a saber, longitud, latitud, altitud y corrección de tiempo. La ventaja de este método es su rápida velocidad de posicionamiento puntual, pero el error es grande. Para el módulo de posicionamiento inicial, se necesitan al menos 4 satélites para participar en el cálculo, lo que se llama posicionamiento 3D. Con 3 satélites, se puede lograr el posicionamiento 2D, pero la precisión no es buena. El módulo GPS emite continuamente información de posicionamiento e información auxiliar en formato NMEA a través del puerto de comunicación serie, que puede ser seleccionado y aplicado por el receptor.
El principio del posicionamiento del módulo GPS
Los 24 satélites GPS orbitan la Tierra a una altitud de 12.000 kilómetros, completando una órbita cada 12 horas. Esto permite que cualquier punto en el suelo observe simultáneamente más de 4 satélites en un momento dado.
Dado que la posición del satélite se conoce con precisión, en las observaciones GPS, la distancia del satélite al receptor se puede calcular utilizando la fórmula de la distancia en el sistema de coordenadas tridimensional. Con la ayuda de tres satélites, se pueden formar tres ecuaciones para resolver la posición del punto de observación (X, Y, Z). Teniendo en cuenta el error entre el reloj del satélite y el reloj del receptor, en realidad hay cuatro incógnitas: X, Y, Z y la diferencia horaria. Por lo tanto, es necesario introducir un cuarto satélite para formar cuatro ecuaciones para la solución, obteniendo así la longitud, latitud y elevación del punto de observación.
De hecho, el receptor puede bloquearse en más de cuatro satélites. En este punto, el receptor puede dividir los satélites en varios grupos según su distribución de constelación, con cada grupo compuesto por cuatro satélites. Luego, a través de algoritmos, puede seleccionar el grupo con el error más pequeño para el posicionamiento, mejorando así la precisión.
Debido a los errores en la órbita y el reloj del satélite, así como a la influencia de la troposfera y la ionosfera en la señal, la precisión de posicionamiento del GPS civil es de solo 10 metros. Para mejorar la precisión de posicionamiento, se adopta comúnmente la tecnología GPS diferencial (DGPS). Se establece una estación de referencia (estación DGPS) para las observaciones GPS. Utilizando las coordenadas precisas de la estación de referencia conocida y comparándolas con los valores de observación, se obtiene un factor de corrección y se libera al público. Después de que el receptor recibe este factor de corrección, lo compara con sus propios valores de observación, eliminando la mayoría de los errores y obteniendo una posición más precisa. Los experimentos muestran que utilizando DGPS, la precisión de posicionamiento se puede mejorar a 5 metros.
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