上面GPS的搜星说了,一定要收到4颗卫星以上才能定位,由于卫星一直是在运动的,所以每颗卫星大约5小时左右在地平线以上,同时位于地平线上的卫星至少有4颗,最多12颗,上图是用户可接收到卫星数量的概率分布图,7、8、9颗卫星概率最大了,此时定位是毫无压力。
卫星定位有点类似 古希腊唯物主义哲学家赫拉克利特的一句名言“人不能两次走进同一条河流”这句名言的意思是说,河里的水是不断流动的,你这次踏进河,水流走了,你下次踏进河时,又流来的是新水。河.水川流不息,所以你不能踏进同一条河流。同样的,卫星定位的时候,你早上搜到的那颗卫星和你傍晚搜到的那颗卫星都不是同一颗卫星了,但是不影响你最终的定位输出。
有的人说不对啊,为什么经常在桥下或者树林茂密的地方无法定位呢?
是因为卫星的发射功率并不大,信号到达地面时已经很弱。这种信号强度相当于1.6万公里外一个25瓦的灯泡发出的光。再做个比喻,它比电视机天线所接收到的功率还要低10亿倍,此时就和不同手机的接收模块有关系,有的手机GPS接收性能好一些,如果你恰好又在停车场或者天桥等遮挡信号的地方,此时不能定位也是正常的,所以这里埋下伏笔,GPS定位在一些信号恶劣的环境下是无法定位的。
同样都是使用GPS定位,为什么车载导航定位的时间要比手机定位的时间要慢很多呢?
常规情况下,定位模块上电开机后,通过天线搜索卫星,解析卫星发射的数据(导航电文),然后内部生成星历,再经过复杂的计算,从而得到当前精确的位置(3D Fix)。这个过程称之为“冷启动”。根据信号强度、芯片运算能力,通常耗时几十秒到几分钟不等。这个过程中,搜星 生成星历文件耗时最久,不同厂家的芯片算法能力不同,时间就会有差异,基本上目前都是30秒上下。
为什么有的时候定位模块只用了几秒就成功定位了呢?原因有二:
1、非“冷启动”方式,即“温启动”或“热启动”;
2、使用了AGPS辅助定位。
也许大家会以为,这里的“X启动”和电脑的开机、待机(睡眠)、重启近似吧?实际上并非如此哦。由于卫星所处空间位置、终端设备所处地表位置是不固定的,所以此处的“X启动”都是以最后一次定位时间和位移距离作为判断依据的:比如温启动,指的是距离上次的定位时间超过2小时,不足4小时,没有较大距离的位移发生,这样就可以实现秒定位,为什么呢?
因为定位模块要搜星,生成星历,比如我在深圳,头上有某一颗卫星,假如我不移动,这颗卫星要经过4个小时后才会移动到搜不到的地方,更换为其他卫星,如果我没有发生较大位置移动,不足四小时的话,可以使用上次的搜星的星历,就会节省很多时间,就会秒定位,热启动也是一样的原理。
怎么实现AGPS秒定位呢?
那么,什么又是“AGPS辅助定位”呢?在传统GPS定位方式中,定位模块需要全频段搜索以找到可用卫星,因而耗时较长。而“AGPS辅助定位”方式,是通过网络直接下载当前地区的可用卫星星历数据,并将之发送给定位模块,定位模块只搜索特定的卫星,从而提高了搜星速度,减少设备耗电。
想想网络下载当前地区可用星历,那么有好几种方法,比如使用2G/3G/4G网络,中控车上带有TBOX就可以,比如通过WIFI,WIFI连接某个热点也可以下载星历。这里简单说说2G怎么一个AGPS的过程。
1、设备从蜂窝基站获取到当前位置的小区信息;
2、设备通过蜂窝网络,将当前蜂窝小区信息传送给网络中的AGPS位置服务器;
3、APGS位置服务器根据当前小区信息查询该区域当前可用的卫星信息(包括卫星的频段、方位、仰角
等相关信息),生成对应星历文件,并返回给设备;
4、通信模块通过串口把收到的星历文件传输给定位模块;
5、定位模块根据星历文件,得到的可用卫星信息,快速找到当前可用的GPS卫星,针对性的搜星,大大提升定位时间。
冷启动像是多项选择题,要把所有选项计算一遍,才能找到正确答案;而“AGPS辅助定位”就像是作弊器,排除掉了很多错误答案,只要计算少数几个即可。从而提高效率和准确率。
所以大家可以明白,都是通过GPS导航,手机的定位时间会比车载中控的快很多,也就是这个AGPS辅助快速定位的区别,比较老的车载中控导航很少有4G模块,都是通过GPS,第二天开车就属于冷启动方式,至少要30秒左右才能定位了。
想想如果此时是老式的导航机器,没有4G,没有WIFI,只有蓝牙怎么做到快速定位呢,其实有可以通过手机的4G信号下载星历,然后通过手机蓝牙和车机蓝牙相互连接,此时通过连接后把对应的信息传输过来就可以做到快速定位,这个已经有手机厂商写了相关专利。
GPS定位精准度问题
1983 年,韩国007 号客机导航系统故障误入苏联领空被击落,时任美国总统里根旋即宣布一旦GPS 建成将开放给公众使用,GPS 民用的大门就此开启。
美国政府在GPS设计中,计划提供两种服务。一种为标准定位服务(SPS),利用粗码(C/A)定位,精度约为100m,提供给民用。另一种为精密定位服务(PPS),利用精码(P码)定位,精度达到10m,提供给军方和特许民间用户使用。
GPS 卫星将发射两种不同的测距码,即军用的P 码和民用的C/A 码,分别对应精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。由于C/A 码无法用双频技术消除电离层折射影响,美国技术人员预测定位精度会在百米级别。不过,测试表明C/A 码定位精度远高于预测值,能达到14 米左右,,这就是实力,本来以为设计的精度有100米左右,结果竟然达到了14米,哎,他们的工程师太保守了,这和我们国内某些领域的“叫兽”经常说我们某项技术国际领先,国内一流的技术相比还是too yong to simple。
由于多次试验表明,SPS的定位精度已高于原设计,美国政府出于对自身安全的考虑,对民用码进行了一种称为“选择可用性SA(Selective Availability)”的干扰,以确保其军用系统具有最佳的有效性。由于SA通过卫星在导航电文中随机加入了误差信息,使得民用信号C/A码的定位精度降至二维均方根误差在100米左右。