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定位快慢为哪般 GPS的那些事
2013-03-14    来源作者:迅为百科

摘要:都是手机,为啥有些型号GPS可以实现秒定,但有些型号10分钟都搜不到一颗卫星呢?是什么在影响手机或GPS设备的定位能力呢?


全球定位系统有四种,分别为美国GPS全球定位系统、中国的北斗定位系统、俄罗斯的Glonass定位系统和欧盟正在建设的伽利略定位系统。目前北斗定位系统已经可以提供亚太地区的导航服务,而后两种还在建设完善中。

GPS定位系统的组成

GPS定位系统主要由覆盖全球的24颗卫星组成,其中包括21颗工作卫星和3颗备用卫星。这些卫星被平均分布在6个轨道平面内,犹如“人造星座”一般悬浮在距离地面2.02万公里的空中。它们每隔12小时围绕地球旋转一周,以确保在任意时刻、任意地点高度角15度以上都能够观测到4颗以上的卫星。这些卫星任劳任怨地在预设的轨道上周而复始地移动,而且无时无刻都在通过卫星信号向全世界广播自己当前位置的坐标信息,同时还会附加上该数据包发出时的时间戳。

小提示

卫星广播的信号中包含载波、测距码和数据码等信息,其中测距码分为粗码C/A码和精码P码。C/A码的精度约100米,主要用于民用设备,而P码的精度小于10米,仅为美国军方服务。这一点无需多言,大家都明白。

为了管理这24颗卫星,美国在全球各地建立了完善的GPS控制中心。其中包括1个主控站、5个监测站和3个注入站。卫星广播的信号首先会被监测站接收,以检测卫星运行状态、收集天气数据,并将这些信息传送给主控站。主控站在收集卫星数据之后,会计算出卫星的星历和时钟修正等参数信息(还能控制卫星,在卫星出现故障时可随时调度备用卫星),最后由注入站将这些参数注入卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。

GPS设备是如何定位的

前文提到过,GPS卫星广播信号的数据包中含有时间戳,当GPS设备(如车载GPS、智能手机)接收到数据包后,会用当前时间(GPS设备所显示的时间)减去时间戳上的时间,得到数据包在空中传输所用的时间值。根据我们在初中物理课就学过的 “距离=速度×时间”计算公式,用这个时间值乘上它的传输速度,就是数据包在空中传输的距离,也就是该卫星到GPS设备间的距离了。

根据立体几何的知识,只要确定了GPS设备与三颗卫星之间的距离就能实现定位了。但实际上,GPS设备必须在搜到四颗卫星时才能正常工作,这是为什么呢?原来,GPS卫星广播信号的传输速度会受到空中电离层的影响而出现误差,为了确保定位的精准无误,必须加入一组额外的距离数据来进行校正误差,这也就是为什么必须有四颗卫星才能定位的原因。

谁在影响GPS定位速度

回到正题,GPS卫星的广播信号无处不在,影响手机定位速度的关键则是其对卫星广播信号的接收灵敏度,以及对数据包进行解码、编译的效率。可见,手机内置的GPS导航芯片和接收天线的设计才是核心。专业GPS导航仪的定位速度普遍优于手机,就是源于这类设备有足够的空间来优化天线,并采用了SiRF等高端品牌的芯片。

为了尽可能提升定位速度,手机也有自己的杀手锏:A-GPS,借助可以随时随地联网的特性,依靠下载网络服务器端所存储的最新星图(24颗卫星当前大致的轨道信息,48小时一更新),提高GPS芯片靠自身接收、解码卫星广播信号中包含位置信息的效率。

很多网站上都有修改gps.conf配置文件”(位于Android系统System/etc/目录)来提升GPS定位速度的教程。这个配置文件的作用就是优化A-GPS服务器的相关信息,从而更快地辅助GPS定位。但是,配置文件仅能起到辅助效果,如果手机内的GPS芯片和天线设计不给力,修改配置文件的效果也会大打折扣,而对那些定位速度本身就很快的手机而言,即便你将gps.conf文件删除同样可以实现秒定。

         

图1 图注:类似GPS Status等辅助搜星软件,大都是依靠AGPS功能下载星历信息从而实现的定位提速

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