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A-GPS學習筆記(二) 之SUPL

1. GNSS

GNSS的全稱是全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System),它是泛指所有的衛星導航系統,包括全球的、區域的和增強的,如美國的GPS、俄羅斯的Glonass、歐洲的Galileo、中國的北斗衛星導航系統,以及相關的增強系統,如美國的WAAS(廣域增強系統)、歐洲的EGNOS(歐洲靜地導航重疊系統)和日本的MSAS(多功能運輸衛星增強系統)等,還涵蓋在建和以後要建設的其他衛星導航系統。國際GNSS系統是個多系統、多層面、多模式的複雜組合系統

2. 星曆年曆

星曆錶(英文為Ephemeris):星曆錶本來是用來記錄天體特定時刻的位置的。而在GNSS中,星曆錶則記錄了衛星的一些執行引數,它使得我們通過星曆錶就可以計算出任意時刻的導航衛星的位置和速度。下文我們將見到在GPS中,星曆錶包含了非常詳細的衛星軌道和位置資訊,所以其資料量較大,傳輸時間較長。為了克服這個問題,人們設計了星曆錶的簡化集,即曆書。

曆書(英文為Almanac)/年曆:曆書也包含了衛星的位置等相關資訊,不過它是星曆資料的簡化集,其精度較低。所以,曆書資料量較小,傳輸時間較短。

3. GPS簡介

GPS系統的構成

GPS系統=空間部分+控制部分+使用者部分

1)空間部分

GPS空間部分主要由24顆GPS衛星構成,其中21顆工作衛星,3顆備用衛星。24顆衛星執行在6個軌道平面上,執行週期為12個小時。保證在任一時刻、任一地點高度角15度以上都能夠觀測到4顆以上的衛星。

主要作用:傳送用於導航定位的衛星訊號。

構成:24顆衛星=21顆工作衛星+3顆備用衛星

2)控制部分

GPS控制部分由1個主控站,5個檢測站和3個注入站組成。

組成:GPS控制部分=主控站(1個)+監測站(5個)+注入站(3個)

作用:監測和控制衛星執行,編算衛星星曆(導航電文),保持系統時間。

主控站:從各個監控站收集衛星資料,計算出衛星的星曆和時鐘修正引數等,並通過注入站注入衛星;向衛星釋出指令,控制衛星,當衛星出現故障時,排程備用衛星。

監控站:接收衛星訊號,檢測衛星執行狀態,收集天氣資料,並將這些資訊傳送給主控站。

注入站:將主控站計算的衛星星曆及時鐘修正引數等注入衛星。 

分佈情況:

主控站:位於美國科羅拉多州(Calorado)的法爾孔(Falcon)空軍基地。

注入站:阿鬆森群島(Ascendion),大西洋;迭戈加西亞(Diego Garcia),印度洋;卡瓦加蘭(Kwajalein),東太平洋。

監控站:1個與主控站在一起;3個與注入站在一起;另外一個在夏威夷(Hawaii),西太平洋。

3)使用者部分

GPS使用者裝置部分包含GPS接收器及相關裝置。GPS接收器主要由GPS晶片構成。

如車載、船載GPS導航儀,內建GPS功能的移動裝置,GPS測繪裝置等都屬於GPS使用者裝置。

組成:主要為GPS接收器

作用:接收、跟蹤、變換和測量GPS訊號的裝置,GPS系統的消費者。

4. AGPS簡介

AGPS(AssistedGPS:輔助全球衛星定位系統)是結合GSM/GPRS與傳統衛星定位,利用基地臺代送輔助衛星資訊,以縮減GPS晶片獲取衛星訊號的延遲時間,受遮蓋的室內也能借基地臺訊號彌補,減輕GPS晶片對衛星的依賴度。日本和美國都已經成熟運用AGPS於LBS服務(LocationBasedService,適地性服務)。 AGPS解決方案的優勢主要在其定位精度上,在室外等空曠地區,其精度在正常的GPS工作環境下,可達10米左右,堪稱目前定位精度最高的一種 定位技術。該技術的另一優點為:首次捕獲GPS訊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定位資料主要主要依賴於網路伺服器,可以通過wifi或者3G、4G連線到提供定位資料的免費伺服器(比如supl.nokia.com.)獲取定位,同時因為可以根據機器連線的附近基站位置,提供更高精度的定位。      5. AGPS的具體工作原理如下所示:
  •  AGPS手機首先將本身的基站地址通過網路傳輸到位置伺服器;
  • 位置伺服器根據該手機的大概位置傳輸與該位置相關的GPS輔助資訊(包含GPS的星曆和方位俯仰角等)到手機;
  • 該手機的AGPS模組根據輔助資訊(以提升GPS訊號的第一鎖定時間TTFF能力)接收GPS原始訊號;
  • 手機在接收到GPS原始訊號後解調訊號,計算手機到衛星的偽距(偽距為受各種GPS誤差影響的距離),並將有關資訊通過網路傳輸到位置伺服器;
  • 位置伺服器根據傳來的GPS偽距資訊和來自其他定位裝置(如差分GPS基準站等)的輔助資訊完成對GPS資訊的處理,並估算該手機的位置;
  • 位置伺服器將該手機的位置通過網路傳輸到定位閘道器或應用平臺。

6. AGPS技術與獨立GPS技術相比,明顯有幾大優勢::

  • 1)縮短定位時間:由於利用行動網路提供GPS輔助資訊,不需要移動終端通過接收GPS衛星廣播資料。由於衛星廣播通道速率非常低,訊號強度非常弱,這個時間通常會非常長。
  • 2)降低終端耗電量:由於不需要對衛星進行全頻段掃描和跟蹤,定位時間縮短,因此終端的耗電量大大降低。
  • 3)提升定位靈敏度:在靠近建築物或者天氣不好等相對惡劣環境下,由於有網路輔助資料,終端可直接鎖定衛星定位,而此時GPS衛星訊號非常微弱,獨立GPS定位模式則往往終端會因為不能接收完所有的衛星星曆和時鐘等引數而導致定位失敗。
  • 4)AGPS定位系統可獲得使用者的位置結果為後臺應用服務。AGPS定位伺服器可將定位結果提供給後臺的SP/SI,SP/SI可在此基礎上開發多種多樣的與使用者位置相關的業務和應用。
  • 5)藉助行動網路定位可在GPS定位失敗時提供Cell ID定位結果。如被定位終端在室內或地下等環境時,無法實現GPS定位,則AGPS伺服器會自動通過Cell ID方式獲得被定位使用者的粗精度位置提供給後臺SP/SI,實現了定位服務的無縫連線。

7. APN簡介:

APN指一種網路接入技術,是通過手機上網時必須配置的一個引數,它決定了手機通過哪種接入方式來訪問網路。
對於手機使用者來說,可以訪問的外部網路型別有很多,例如:Internet、WAP網站、集團企業內部網路、行業內部專用網路。而不同的接入點所能訪問的範圍以及接入的方式是不同的,網路側如何知道手機啟用以後要訪問哪個網路從而分配哪個網段的IP呢,這就要靠APN來區分了,即APN決定了使用者的手機通過哪種接入方式來訪問什麼樣的網路。