1) GPS接收機的基本結構
2.1)天線單元
GPS信號接收機的天線單元爲接收設備的前置部分。天線單元包含接收天線和前置放大器兩部分。
其中天線部分可能是全向振子天線或小型螺旋天線或微帶天線,但從發展趨勢來看,以微帶天線用的最廣、最有前途。
爲了提高信號強度,一般在天線後端設置前置放大器(LNA),前置放大器的作用是將由極微弱的GPS
信號的電磁波能量轉換成爲弱電流放大。前置放大器分外差式和高放式兩種。由於外差式前置放大器不僅具有放大功能,
還具有變頻功能,即將高頻的GPS信號變換成中頻信號,這有利於獲得穩定的定位精度,所以絕大多數GPS接收機採用外差式天線單元。
3.1)信號通道
信號通道是一種軟件和硬件相結合的複雜電子裝置,是GPS接收機中的核心部分。其主要功能是捕獲、跟蹤、處理和量測衛星信號,
以獲得導航定位所需要的數據和信息。通道數目有1到24個不等,由接收機的類型而定。總的來講,信號通道目前有相關型、
平方型和相位型等三種。新一代GPS信號接收機廣泛採用相關型通道,主要由信號捕獲電路、僞噪聲跟蹤環路和載波跟蹤環路組成。
4.1)存儲器
這是GPS信號中接收機將定位現場採集的僞距、載波相位測量、人工量測的數據及解譯的衛星星曆儲存起來的一種裝置,以供差分導航和作相對定位的測後數據。
5.1)微處理機
接收機的計算部分由微處理機和機內軟件組成。機內軟件是由接收機生產廠家提供的,是實現數據採集、
通道自校自動化的重要組成部分,主要用於信號捕獲、跟蹤和定位計算。微處理機結合機內軟件作下列計算和處理:
(1)開機後指令各通道自檢,並測定、校正和存儲各通道的時延值;
(2)解譯衛星星曆,計算測站的三維座標;
(3)由測站定位座標和衛星星曆計算所有衛星的升降時間、方位和高度角,提供可視衛星數據及衛星的工作狀況,
以便獲得最佳定位星位,提高定位精度
2)GPS天線使能
上一節提到GPS天線的前置放大器,也叫LNA,如果GPS功能已經打開,但是搜星效果較差,
可以檢查GPS的天線使能腳是否拉高(因爲發射功率的問題,GPS天線對GPS搜星效果影響很大)。
GPS使能腳對應的GPIO口可以在硬件原理圖中找到。
在原理圖GPS部分找到EXT_GPS_ELNA_EN:
在到主板圖上面找到EXT_GPS_ELNA_EN所對應的GPIO口,在這裏爲150:
W:\528\r11\ARM9\Nicobar\modem_proc\gps\gnss\mgp\me\gen9\src\cgps_ext.c
如果沒有LNA則此處修改無效,要具體看硬件原理圖的GPS天線使能引腳,自己添加驅動拉高相應的GPIO。
3) NMEA協議
NMEA-0183協議是美國國家海洋電子協會(National Marine Electronics Association)爲海用電子設備制定的標準格式。
現在已經成爲GPS導航設備統一的RTCM(Radio Technical Commission for Maritime services)標準協議。
NMEA-0183協議是目GNSS接收機上使用最廣泛的協議,大多數常見的GNSS接收機、GNSS數據處理軟件、
導航軟件都遵守或者至少兼容這個協議。NMEA-0183協議定義的語句非常多,常用的兼容性最廣的語句
有$XXGGA、$XXGSA、$XXGSV、$XXRMC、$XXVTG等。
隨着各種衛星系統增多,每種報文的報頭不一樣,如GPS的報文頭爲GP,GLONASS的報文爲GL,
中國北斗衛星導航(BDS)的報文頭爲BD,對於多系統聯合定位(雙星或者多星)的頭爲GN。
4) GPGGA(定位信息)
協議格式:
$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>,<13>,<14>*hh<CR><LF>
5) GPGLL(地理定位信息)
協議格式:
$GPGLL,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>*hh<CR><LF>
GPGSA(當前衛星信息)
協議格式:
$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>,<13>,<14>,<15>,<16>,<17>*hh<CR><LF>
6 ) GPGSV(可見衛星信息)
協議格式:
$GPGSV, <1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,...,<4>,<5>,<6>,<7>*hh<CR><LF>
7 ) GPRMC(最簡定位信息)
協議格式:
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>*hh<CR><LF>
8) GPVTG(地面速度信息)
協議格式:
$GPVTG,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>*hh<CR><LF>
7 ).Android GPS
7.1 XTRA
XTRA(eXTended Receiver Assistance)是高通提供的一種GPS增強功能,類似於AGPS功能,
在GPS沒有搜到衛星之前,先利用網絡下載星曆數據,然後通過數據可以很快找到可用的衛星,從而提高搜星的速度。
Xtra功能的設置:
對XTRA和AGPS的設置,NV4627、4628和4631分別對應着XTRA的功能開關、下載時能開關和下載時間間隔設置,
而在AP側同樣必須進行相應的設置才能使得XTRA正常工作,需要支持 GLONASS 的話必須設置爲XTRA 2.0;
對於AGPS,在modem側需要設置,NV4707=1、1920=7和3758,AP側需要配置SUPL服務地址,需要兼容 GLONASS 同樣需要設置爲XTRA2.0.
8) AGPS
AGPS(Assisted GPS)輔助全球衛星定位系統是結合GSM或GPRS與傳統衛星定位,
利用基站發送輔助衛星信息以縮減GPS芯片獲取衛星信號的延遲時間。與純GPS、基站三角定位比較,
AGPS能提供範圍更廣、更省電、速度更快的定位服務。理想誤差範圍在10公尺以內,日本和美國都已經
成熟運用AGPS於LBS服務(Location Based Service)基於位置的服務。
AGPS技術是一種結合了網絡基站信息和GPS信息對移動臺進行定位的技術,可以在GSM/GPRS、
WCDMA和CDMA2000網絡中進行使用。該技術需要在手機內增加GPS接收機模塊並改造手機的天線,
同時要在移動網絡上加建位置服務器、差分GPS基準站等設備。AGPS解決方案的優勢主要體現在其定位
精度上在室外等空曠地區其精度在正常的GPS工作環境下可以達到10米左右,堪稱目前定位精度最高的一種定位技術。
該技術的另一優點爲首次捕獲GPS信號的時間一般僅需幾秒,不像GPS的首次捕獲時間可能要2-3分鐘。
AGPS是基於GPS的,在沒有GPS的情況下,AGPS是沒意義的。也就是說,要想使用AGPS必須有GPS模塊。
爲什麼AGPS定位快?因爲AGPS幫助GPS定位解決了一個速度上非常關鍵的問題——尋找衛星。怎麼解決的呢?
每個基站都需要GPS來同步,所以每個基站上都有GPS,基站上有衛星所在位置的信息。通過AGPS,
GPS模塊可以直接從基站得到衛星的所在位置,就能通過衛星的數據來定位了。所以AGPS只不過是GPS技術的一種補充而已。
爲什麼手機只用GPS定位慢?因爲手機GPS天線小,而且發射功率有限,手機的GPS模塊要找到衛星需要很長時間,
特別是第一次冷啓動GPS的時候。模塊設備連接GPS天線(蘑菇頭)能夠加速定位。