这是我的蛋疼论文,发上来做保留的
摘要:本文就当前 GPS 定位速度慢进行了研究,并对提高 GPS 定位速度的 AGPS 和 LAAS 两种辅助定位方式进行了讨论,这两种方式各有优缺点.
关键词:GPS 码分多址 AGPS LAAS 伪卫星
0.引言
GPS是用来授时和测距的导航系统.该系统由轨道卫星,运行控制系统和用户接收机3个子系统组成.随着 GPS 在军用,民用中的广泛应用, GPS 接收机得到迅猛的发展,其装备及更新速度快,用户数目急剧增长.但是,目前无辅助的GPS冷启动后初始定位较慢,一般需要 45 秒钟,在移动时这个值更加慢.本文就是讲述其他信号辅助状态下的高速定位.在其他信号辅助下,定位的精确度也能升高.
1.当前卫星信号系统
当前,所有的卫星都以相同的两个频道向下广播卫星上的原子钟时钟信号, 1575.425 MHz 和 1227.625MHz .这两个频率段波长在 15cm 左右,相对无线电干扰比较少,国际无线电组织专门划分用于导航.其中 1227.625MHz 是军用精码频率,不在本文讨论分为之内.目前天上一共有32颗卫星,每颗卫星用CDMA扩频技术在低速时钟数据上和一个高速伪随机序列编码.接收机在出厂时已经设置了每颗卫星的编码信号.民用粗编码信号为 1.023MHz ,军用为 10.230MHz .
接收机通过计算粗码信号得到信号生成时间,算出接收机和该卫星距离,但并不能马上计算出自己的位置,因为它不知道卫星在发射电波时的位置.因此在 1575.425 MHz 载波上面,还加载了一个 50Hz 的导航电文,包括了:卫星的编号,轨道参数,误差修正值等. GPS 接收机就是通过这些参数计算出某一时刻某颗卫星在空间中的位置,然后再确定自己与卫星的距离,计算出自己的实际位置.
2.当前系统定位较慢
接收机关机后会在 RAM 中保存关机时的最后星历信息,用于提高下次定位速度.当 RAM 断电,或者长时间没有接受信号造成星历变化,必须完全重新定位(重新预热).一般重新定位理论上需要 45 秒,其中 30 秒是用来接收导航电文,确定卫星位置,剩下 15 秒钟是计算时间和位置. 45 秒是理论距离.但是,这只是理论速度.实际信号传输会因为云层,电离层,多路径干扰而造成衰竭,因此实际定位常常大于 1 分钟半,甚至大于 3 分钟,尤其是在移动中的初始定位.当前 GPS 这种预热性无法满足部分场景的需要,而 GPS 的工作原理决定了无法解决这种预热问题.因此,需要采用其他技术辅助提速 GPS 定位速度.
3.AGPS
AGPS 是基于 Internet 的辅助 GPS 定位技术.当前只要有 GPS 模块的手机基本都支持 AGPS .由于手机都通过基站联通互联网,当 GPS 初始工作时,会从互联网上下载最新卫星星历,汇报当前基站位置给辅助定位服务器.辅助定位服务器会把当前基站位置反馈到接收机,提升定位速度.由于每个基站通信范围有限,所以通过基站能获得大约 1000M 的精度.在城市等人口密集地域,由于每个基站容量有限,往往会采用微小区技术,使用更多基站并降级基站发射功率,进一步提高基站定位的准确性.目前我国的移动营运商都没有对公众开放相应 API ,但是目前 Google 已经在 Google Maps 中开放了基站定位.由于 AGPS 接收器与辅助服务器间的任务是互为分工的,所以 AGPS 往往比普通的 GPS 系统有速度更快的定位能力,有更高的效率.
优点:在互联网的帮助下定位,简单而方便.
缺点:并不是所有的设备都有 GSM 或者 Wifi 模块,能链接到互联网.如专业导航设备.
4.LAAS
局域增强 GPS 系统的本意是利用基站充当伪卫星,提供更加准确的信号.现在该系统也被用来提高定位速度.固定基站接收卫星的广播信号,转码后同频率广播时钟信号和导航电文.由于基站天线体积可以适当提高,基站精确度可以比较大.而对接收机来说,基站发射功率较卫星大, GPS 接收机将轻松接收到卫星信号,并视作一颗伪卫星.目前已经在美国的部分机场应用,使飞机能高速定位,并且提高精确度.
优点:设备无须拥有互联网通信功能
缺点:基站成本较大,一般用于专业领域,接收机无法向下兼容.
5.结束语
本文就当前 GPS 定位速度慢进行了研究,并对提高 GPS 定位速度进行了讨论. GPS 目前已经广泛应用在各行各业,在辅助 GPS 设施的帮助下, GPS 定位将更快速,更准确,更给力.实在是以后人肉搜索,跨省追捕的利器.
参考文献:
[1]Understanding The GPS - An Introduction to the Global Positioning System by Gregory T. French
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