ความถี่ GPS และ GNSS: L1, L2, L5 และหน้าที่ของเครื่องรับสองย่านและหลายย่านความถี่
ประเด็นสำคัญ
- GPS L1 คือ 1575.42 MHz, L2 คือ 1227.60 MHz และ L5 คือ 1176.45 MHz เท่ากับ 154, 120 และ 115 เท่าของ 10.23 MHz ตามลำดับ
- ความหน่วงจากไอโอโนสเฟียร์ขึ้นกับความถี่ การรวมสองย่านจึงกำจัดได้เกือบทั้งหมด ส่วนเครื่องรับย่านเดียวต้องใช้แบบจำลอง
- Galileo E1 และ BeiDou B1C ใช้ความถี่ GPS L1 ร่วมกัน และ Galileo E5a กับ BeiDou B2a ใช้ความถี่ GPS L5 ร่วมกัน
- สัญญาณ GPS ที่รับได้อ่อนมาก ประมาณ −158.5 dBW สำหรับ L1 C/A ซึ่งต่ำกว่าระดับสัญญาณรบกวนความร้อน
- สำหรับ RTK ระดับงานสำรวจ เสาอากาศต้องครอบคลุมทุกย่านที่เครื่องรับติดตาม โดยมีศูนย์กลางเฟสคงที่ในแต่ละย่าน
GPS ใช้ความถี่ใด?
แผนความถี่ GPS ใช้ความถี่พาหะพลเรือน 3 ย่านในแถบ L ได้แก่ L1 ที่ 1575.42 MHz, L2 ที่ 1227.60 MHz และ L5 ที่ 1176.45 MHz ทั้งสามมาจากนาฬิกาอะตอมอ้างอิงเดียวที่ 10.23 MHz โดย L1 เท่ากับ 154 × 10.23 MHz, L2 เท่ากับ 120 × และ L5 เท่ากับ 115 ×
L1 ส่งรหัส C/A (coarse/acquisition) พลเรือนดั้งเดิมและสัญญาณ L1C สมัยใหม่บนดาวเทียม GPS III ส่วน L2 ส่งรหัสทหาร P(Y) ที่เข้ารหัสและสัญญาณพลเรือน L2C และ L5 ส่งสัญญาณพลเรือนที่ออกแบบสำหรับงานความปลอดภัยของชีวิต ในย่านที่ได้รับการคุ้มครองสำหรับวิทยุนำร่องการบิน สัญญาณ GPS แต่ละสัญญาณเป็นคลื่นพาหะที่มอดูเลตด้วยรหัสวัดระยะและข้อความนำร่อง
เว็บไซต์ gps.gov เผยแพร่สถานะทางการของแต่ละสัญญาณ หากต้องการทราบความสัมพันธ์ของความถี่เหล่านี้กับกลุ่มดาวอื่น ดูคู่มือกลุ่มดาว GNSS ของเรา
ย่าน GPS และความถี่ GNSS ของระบบอื่นมีอะไรบ้าง?
ย่าน GPS อยู่ระหว่างประมาณ 1164–1610 MHz และกลุ่มดาวอื่นใช้ช่วงเดียวกัน โดยมักมีความถี่กลางตรงกัน เพื่อให้เสาอากาศและภาครับชุดเดียวรับได้หลายระบบ
| ย่าน | GPS | Galileo | BeiDou | GLONASS |
|---|---|---|---|---|
| ย่าน L ส่วนบน | L1 1575.42 MHz | E1 1575.42 MHz | B1C 1575.42 MHz; B1I 1561.098 MHz | L1 ประมาณ 1598–1606 MHz (FDMA) |
| ส่วนกลาง | L2 1227.60 MHz | E6 1278.75 MHz | B3I 1268.52 MHz | L2 ประมาณ 1243–1249 MHz (FDMA) |
| ย่าน L ส่วนล่าง | L5 1176.45 MHz | E5a 1176.45 MHz; E5b 1207.14 MHz | B2a 1176.45 MHz; B2b 1207.14 MHz | L3OC ประมาณ 1202 MHz (CDMA) |
QZSS และ SBAS ส่งสัญญาณบน L1 และ L5 เช่นกัน ส่วน NavIC ใช้ L5 และย่าน S บริการค่าแก้ผ่านดาวเทียมใช้ช่องในย่าน L แยกต่างหาก ประมาณ 1525–1560 MHz จึงเป็นเหตุผลที่เสาอากาศบางรุ่นระบุว่ารองรับ L-Band
GPS L1 คืออะไร และมีความถี่เท่าใด?
GPS L1 เป็นสัญญาณ GPS พลเรือนดั้งเดิม ส่งที่ความถี่ L1 1575.42 MHz มีความยาวคลื่นประมาณ 19 cm เครื่องรับ GPS ทุกชนิด ตั้งแต่โทรศัพท์จนถึงเครื่องรับงานยีออเดซี ติดตาม L1
รหัส L1 C/A ดั้งเดิมเป็นลำดับ 1023 ชิป ส่งด้วยอัตรา 1.023 ล้านชิปต่อวินาที จึงวนซ้ำทุกมิลลิวินาที ดาวเทียม GPS III เพิ่ม L1C ซึ่งใช้การมอดูเลตต่างออกไปและออกแบบให้ทำงานร่วมกับ Galileo E1 และ BeiDou B1C
L1 เพียงย่านเดียวเพียงพอสำหรับการนำทางและทำแผนที่ระดับเมตร และเมื่อใช้ RTK สามารถให้ผลระดับเซนติเมตรบนเส้นฐานสั้น ข้อจำกัดคือไอโอโนสเฟียร์: เมื่อมีความถี่เดียว เครื่องรับวัดความหน่วงจากไอโอโนสเฟียร์โดยตรงไม่ได้ ซึ่งอาจสูงหลายเมตรในเวลากลางวันและมากกว่านั้นมากระหว่างพายุสุริยะ RTK ย่านเดียวจึงเริ่มต้นช้ากว่าและเชื่อถือได้เฉพาะระยะสั้น โดยทั่วไปเพียงไม่กี่กิโลเมตร
เหตุใดสองความถี่จึงกำจัดความคลาดเคลื่อนจากไอโอโนสเฟียร์ได้?
สองความถี่กำจัดความคลาดเคลื่อนจากไอโอโนสเฟียร์ได้ เพราะความหน่วงของสัญญาณในไอโอโนสเฟียร์แปรผกผันกับกำลังสองของความถี่ การวัดระยะเดียวกันด้วยสองย่านจึงช่วยให้เครื่องรับคำนวณและหักล้างความหน่วงนั้น
ไอโอโนสเฟียร์คือชั้นอนุภาคมีประจุที่สูงจากโลกประมาณ 50–1,000 km ทำให้รหัสช้าลงและเฟสพาหะล่วงหน้า ที่ L1 ความหน่วงมักอยู่ที่ไม่กี่เมตรถึงมากกว่า 10 เมตร และแปรตามเวลาในวัน ฤดูกาล ละติจูด และวัฏจักรสุริยะ เนื่องจาก L5 มีความถี่ต่ำกว่า ไอโอโนสเฟียร์เดียวกันจึงทำให้หน่วงประมาณ 1.8 เท่าของ L1 การรวมค่าทั้งสองแบบปราศจากผลไอโอโนสเฟียร์กำจัดผลอันดับหนึ่งได้ ซึ่งคิดเป็นมากกว่า 99 % ของผลทั้งหมด
สำหรับ RTK ประโยชน์นี้เกิดทางอ้อมแต่สำคัญ: เมื่อวัดไอโอโนสเฟียร์แทนการสมมติว่าเหมือนกันที่ฐานและโรเวอร์ เครื่องรับจะแก้ความกำกวมบนเส้นฐานยาวขึ้นและกู้คืนได้เร็วหลังหลุดการติดตาม นี่เป็นเหตุผลหลักที่เครื่องรับหลายย่านเริ่มต้นได้ในไม่กี่วินาที ขณะที่เครื่องย่านเดียวอาจใช้หลายนาที
ความถี่ GPS L5 คือเท่าใด และสำคัญอย่างไร?
ความถี่ GPS L5 คือ 1176.45 MHz มีความยาวคลื่นประมาณ 25.5 cm เป็นสัญญาณพลเรือน GPS ที่ทันสมัยที่สุด มีกำลังส่งสูงกว่าและรหัสวัดระยะเร็วกว่า L1 C/A 10 เท่า ช่วยเพิ่มความเที่ยงตรงและความทนต่อสัญญาณหลายเส้นทาง
Galileo E5a, BeiDou B2a, QZSS, NavIC และ SBAS ใช้ความถี่ L5 เดียวกัน เครื่องรับที่ติดตามย่านนี้จึงใช้ดาวเทียมจำนวนมากบนรูปแบบสัญญาณร่วมกันได้ จึงมีคุณค่าทั้งต่ออุปกรณ์ผู้บริโภคแบบสองย่านและเครื่องรับงานสำรวจ
L5 ส่งจากดาวเทียม GPS รุ่นใหม่กว่า (Block IIF และ GPS III) รัฐบาลสหรัฐฯ อยู่ระหว่างดำเนินการระบบภาคพื้นดินที่จำเป็นเพื่อประกาศใช้งานเต็มรูปแบบ สำหรับงานที่ความปลอดภัยเป็นเรื่องสำคัญจึงควรตรวจสถานะปัจจุบันจากแหล่งทางการ สำหรับงานสำรวจ มีการใช้ L5 ร่วมกับ L1 และ L2 อย่างแพร่หลายในระบบประมวลผล RTK หลายย่านแล้ว
สัญญาณ GPS ทำงานอย่างไร และรูปคลื่น GPS เป็นอย่างไร?
สัญญาณ GPS เป็นสัญญาณวิทยุแบบแผ่สเปกตรัมลำดับตรง: คลื่นพาหะบริสุทธิ์ซึ่งเฟสถูกสลับด้วยรหัสวัดระยะสุ่มเทียมที่รวดเร็วและข้อความนำร่องที่ช้า รูปคลื่น GPS จึงดูเหมือนสัญญาณรบกวนจนกว่าเครื่องรับจะหาสหสัมพันธ์กับสำเนารหัส
- คลื่นพาหะ: คลื่นไซน์ L1, L2 หรือ L5 เครื่องรับงานสำรวจวัดเฟสได้ระดับมิลลิเมตร ซึ่งเป็นพื้นฐานของ RTK และ PPK
- รหัสวัดระยะ: ลำดับชิปที่ทราบและเฉพาะสำหรับดาวเทียมแต่ละดวง เครื่องรับวัดความหน่วงเพื่อคำนวณระยะเทียมที่แม่นยำประมาณระดับเดซิเมตรถึงเมตร
- ข้อความนำร่อง: ข้อมูลวงโคจร นาฬิกา และสถานะสุขภาพ ส่งที่ 50 บิตต่อวินาทีบน L1 C/A ดั้งเดิม และรูปแบบที่ปรับปรุงแล้วบน L2C, L5 และ L1C
- การมอดูเลต: สัญญาณดั้งเดิมใช้การคีย์เลื่อนเฟสแบบไบนารี (BPSK) ส่วนสัญญาณสมัยใหม่ เช่น L1C และ Galileo E1 ใช้รูปแบบคลื่นพาหะออฟเซ็ตไบนารี (BOC) ที่ช่วยให้ติดตามได้คมชัดขึ้น
เนื่องจากดาวเทียมทุกดวงส่งที่ความถี่กลางเดียวกัน (ยกเว้น GLONASS ดั้งเดิม) เครื่องรับจึงแยกสัญญาณด้วยรหัส เรียกว่าการเข้าถึงหลายทางแบบแบ่งรหัส (CDMA)
ความแรงสัญญาณ GPS คืออะไร และเหตุใดจึงอ่อนมาก?
ความแรงสัญญาณ GPS ที่พื้นดินสำหรับ L1 C/A อยู่ที่ประมาณ −158.5 dBW (ราว −128.5 dBm) ซึ่งอ่อนกว่าสัญญาณรบกวนความร้อนพื้นหลัง เครื่องรับกู้สัญญาณได้ด้วยอัตราขยายจากสหสัมพันธ์รหัสเท่านั้น
เครื่องรับรายงานคุณภาพสัญญาณเป็นความหนาแน่นอัตราส่วนคลื่นพาหะต่อสัญญาณรบกวน (C/N0) หน่วย dB-Hz ในท้องฟ้าเปิด ค่าทั่วไปสำหรับดาวเทียมมุมสูงอยู่ประมาณ 40–50 dB-Hz ค่าที่ตกลงสู่ช่วงต้น 30 หรือต่ำกว่าบ่งชี้สิ่งบดบัง ใบไม้ สัญญาณรบกวน หรือเสาอากาศคุณภาพไม่ดี และการติดตามเฟสพาหะจะไม่น่าเชื่อถือ
คำแนะนำภาคสนามจากวิศวกรของเรา:
- ให้เสาอากาศอยู่เหนือระดับศีรษะและห่างจากรถ หลังคาโลหะ และผนัง เพื่อลดสัญญาณหลายเส้นทาง
- ตรวจ C/N0 รายย่านในสถานะเครื่องรับ ย่านที่ขาดหายหรืออ่อนมักบ่งชี้ปัญหาสาย ขั้วต่อ หรือเสาอากาศ
- หลีกเลี่ยงการวางสายวิทยุ โทรศัพท์เคลื่อนที่ และ GNSS ชิดติดกันที่สถานีฐาน
GPS สองย่านกับหลายย่านความถี่ต่างกันอย่างไร?
GPS สองย่านติดตามความถี่ 2 ย่าน โดยทั่วไปคือ L1 + L5 ในโทรศัพท์และอุปกรณ์สวมใส่ หรือ L1 + L2 ในเครื่องรับงานสำรวจรุ่นเก่า ส่วน GPS หลายย่านติดตามอย่างน้อย 3 ย่าน โดยปกติคือ L1, L2 และ L5 รวมกับ Galileo E5b และ E6 และ BeiDou B3I ครอบคลุมทุกกลุ่มดาว
| ระดับเครื่องรับ | ย่านที่ใช้ทั่วไป | ความแม่นยำทั่วไป | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|
| ย่านเดียว | L1 / E1 / B1 | แบบอิสระไม่กี่เมตร; RTK ระดับเซนติเมตรบนเส้นฐานสั้น | การนำทาง, GIS พื้นฐาน |
| สองย่าน (ผู้บริโภค) | L1 + L5 | แบบอิสระประมาณ 1–3 m ดีขึ้นในเมือง | โทรศัพท์ นาฬิกา ยานพาหนะ |
| GPS สองความถี่ความแม่นยำสูง | L1 + L2 | RTK ระดับเซนติเมตร รองรับเส้นฐานยาวกว่าย่านเดียว | งานสำรวจรุ่นเก่าและการนำทางเครื่องจักร |
| หลายย่าน (ระดับงานสำรวจ) | L1, L2, L5, E5b, E6, B3 และอื่น ๆ | RTK แนวราบประมาณ 1 cm + 1 ppm | งานสำรวจ, CORS, งานก่อสร้าง, เกษตรกรรม |
ในทางปฏิบัติ GPS หลายย่านความถี่คืออะไร? คือเครื่องรับที่รวมสัญญาณทั้งหมดที่มี เพื่อให้ระบบประมวลผล RTK มีค่าการวัดอิสระมากขึ้นสำหรับแก้ความกำกวมเฟสพาหะ ผลคือได้สถานะ fixed เร็วขึ้น เชื่อถือได้มากขึ้นเมื่อถูกบดบังบางส่วน และทนต่อกิจกรรมไอโอโนสเฟียร์กับเส้นฐานที่ยาวขึ้น คู่มือความแม่นยำ GPS ของเราแสดงการเปรียบเทียบค่าความแม่นยำเหล่านี้
วิธีเลือกเครื่องรับและเสาอากาศให้ตรงกับย่านความถี่ GPS ที่ต้องการ
เลือกเครื่องรับ เสาอากาศ และแหล่งค่าแก้ให้รองรับชุดความถี่เดียวกัน เครื่องรับหลายย่านที่ใช้เสาอากาศย่านแคบหรือฐานที่ส่งเฉพาะค่าแก้ L1/L2 จะเสียประโยชน์ส่วนใหญ่ไป
- ระบุย่านที่ต้องการ สำหรับงานสำรวจมืออาชีพ ให้เลือกการติดตามครบทุกกลุ่มดาวและหลายย่าน รวมถึง L5 / E5a / B2a
- เลือกเสาอากาศครบทุกย่าน ตรวจว่าครอบคลุมย่าน L ส่วนล่างและส่วนบน มีศูนย์กลางเฟสคงที่ และอัตราขยายของวงจรขยายสัญญาณรบกวนต่ำเพียงพอ คู่มือเสาอากาศ GNSS ของเราอธิบายศูนย์กลางเฟสและการสอบเทียบ
- ตรวจค่าแก้ ใช้ข้อความ RTCM 3 MSM จากฐานหรือเครือข่าย เพื่อให้ข้อมูลทุกย่านและทุกกลุ่มดาวส่งถึงโรเวอร์
- ตรวจสอบในภาคสนาม ดูสัญญาณที่ติดตามของดาวเทียมแต่ละดวงและ C/N0 ของแต่ละย่าน ก่อนใช้งานชุดตั้งค่าใหม่จริง
เสาอากาศ GNSS งานยีออเดซี SA102 ของเราเป็นเสาอากาศครบทุกย่านสำหรับสถานีฐานและ CORS ติดตาม GPS, BDS, GLONASS, Galileo (E1, E5a, E5b, AltBOC), QZSS, SBAS และ L-Band มีอัตราขยาย LNA 36 ± 2 dB และขั้วต่อ TNC เครื่องรับ GNSS RTK E1 ใช้ระบบประมวลผลครบทุกกลุ่มดาว 1408 ช่องสัญญาณสำหรับงานสำรวจ และเสาอากาศอัจฉริยะ GNSS S20 รวมเครื่องรับกับเสาอากาศครบทุกย่านไว้ในฝาครอบ IP67 เดียวสำหรับรถแทรกเตอร์และรถทำงาน หากต้องการเปรียบเทียบวิธีค่าแก้ อ่านคู่มือเปรียบเทียบ PPK, RTK และค่าแก้ GNSS อื่น ๆ หรือขอใบเสนอราคาชุดหลายย่านความถี่
คำถามที่พบบ่อย
ความถี่ GPS L1 คือเท่าใด?
ความถี่ GPS L1 คือ 1575.42 MHz หรือ 154 เท่าของนาฬิกาอ้างอิง GPS 10.23 MHz มีความยาวคลื่นประมาณ 19 cm L1 ส่งรหัส C/A ดั้งเดิมที่เครื่องรับ GPS ทุกเครื่องใช้ รหัสทหารที่เข้ารหัส และสัญญาณพลเรือนสมัยใหม่ L1C บนดาวเทียม GPS III ส่วน Galileo E1 และ BeiDou B1C ใช้ความถี่นี้ร่วมกัน
ความถี่ L5 ใช้ทำอะไร?
ความถี่ L5 ที่ 1176.45 MHz ส่งสัญญาณพลเรือน GPS ที่ทันสมัยที่สุด ออกแบบสำหรับการบินที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยของชีวิตและการระบุตำแหน่งแม่นยำ มีกำลังสูงและรหัสเร็วกว่า L1 C/A ระบบ Galileo E5a, BeiDou B2a, QZSS และ NavIC ใช้ความถี่เดียวกัน เครื่องรับที่ติดตาม L5 จึงได้สัญญาณคุณภาพสูงเพิ่มขึ้นมาก
GPS สองย่านความถี่แม่นยำกว่าหรือไม่?
ใช่ ในสภาพส่วนใหญ่ เครื่องรับสองย่านความถี่สามารถวัดและกำจัดความหน่วงจากไอโอโนสเฟียร์และลดผลของสัญญาณหลายเส้นทางได้ดีขึ้น ความแม่นยำแบบอิสระจึงมักดีขึ้นจากหลายเมตรเหลือ 1–3 เมตร ในเมือง เครื่องรับ L1 + L5 ยังติดตามสัญญาณใกล้อาคารได้ดีขึ้น สำหรับงานระดับเซนติเมตรยังต้องใช้ค่าแก้ RTK หรือ PPK เพิ่มเติมจากการติดตามสองย่านความถี่
GPS หลายย่านความถี่คืออะไร?
GPS หลายย่านความถี่ หรือ GNSS หลายย่านความถี่ หมายถึงเครื่องรับที่ติดตามความถี่อย่างน้อย 3 ย่าน เช่น L1, L2 และ L5 จากหลายกลุ่มดาวพร้อมกัน เครื่องรับระดับงานสำรวจใช้สัญญาณเพิ่มเติมเหล่านี้แก้ความกำกวม RTK ได้เร็วและเชื่อถือได้ยิ่งขึ้น โดยเฉพาะเมื่อถูกบดบังบางส่วน ช่วงไอโอโนสเฟียร์แปรปรวนสูง และเมื่อเส้นฐานจากสถานีฐานยาวขึ้น
ความแรงสัญญาณ GPS มีผลต่อความแม่นยำหรือไม่?
มี ความหนาแน่นอัตราส่วนคลื่นพาหะต่อสัญญาณรบกวนที่ต่ำ โดยทั่วไปต่ำกว่าช่วงต้น 30 dB-Hz ทำให้ค่ารหัสและเฟสพาหะมีสัญญาณรบกวนมากขึ้นและเกิดการกระโดดของรอบเฟส ส่งผลให้ RTK ได้สถานะ fixed ช้าหรือไม่ได้เลย สัญญาณอ่อนมักเกิดจากสิ่งบดบัง ใบไม้ สัญญาณหลายเส้นทาง หรือสายชำรุด การยกเสาอากาศให้สูง เพิ่มมุมมองท้องฟ้า และตรวจสายกับขั้วต่อมักช่วยเพิ่มความแรงสัญญาณและความแม่นยำ
หากเครื่องรับมี L5 ยังต้องใช้ L2 หรือไม่?
สำหรับงานสำรวจ ควรมีทั้งสองย่าน ดาวเทียม GPS รุ่นใหม่ทุกดวงส่ง L2 และเครือข่าย CORS ส่วนใหญ่ใช้งาน ส่วน L5 มีในดาวเทียมรุ่นใหม่กว่าและกลุ่มดาวอื่น เครื่องรับหลายย่านรวมสัญญาณเหล่านี้เพื่อแก้ความกำกวมได้ทนทานยิ่งขึ้น และยังเข้ากันได้กับสถานีฐานและเครือข่ายที่ส่งค่าแก้ L1/L2
ต้องการอุปกรณ์สำหรับงานนี้?
แจ้งงาน ประเทศ และจำนวน วิศวกรจะตอบกลับพร้อมการจัดชุดและราคาภายในหนึ่งวันทำการ จำนวนขั้นต่ำ 1 เครื่อง; มีบริการ OEM
