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          右上角聯系方式

          這有可能是一篇關于GPS定位寫得最詳實清晰的文章之一(1)

          文章來源:http://www.soundpla.net 發布時間:2020-04-29 瀏覽次數:127

          介紹篇

          過去,如果你的女友是個路癡,大概會有這樣的對話……

          ——你在哪兒呢?

          ——???我在馬路上啊。

          ——有什么特征?

          ——頭頂有個月亮。

          ——你旁邊有什么???

          ——有個路燈。

          ——有沒有路牌???路牌上寫的什么?

          ——我看看啊。還真的有,上邊寫著“禁止停車 違者罰款”。

          ——姑奶奶,我真是服了你了……

          ——哼,你是不是不愛我了,你肯定是不愛我了,你是不是喜歡上了新來的那個前臺?

          ——。。。

          ——我跟你說那個前臺是個偽娘?。ㄩ_啟八卦模式)還有還有,小王買了個新口紅真好看,你也給我買好不好……

          ——(一臉崩潰的表情)

          (路人甲:你是不可能有女友的?。?/span>

           

          現在,如果你的女友是個路癡……

          ——你在哪兒???

          ——我發定位給你!乖乖的來接老娘。

          ——遵命。。。

           

          作為一個標準路癡,曾經有N次陷入絕境黑歷史。正所謂:手持一紙地圖,雙眼緊盯道路,環顧四周茫然,我現身在何處?

           

          后來隨著智能手機的普及,我以為情況能有所改善,后來才發現是我想多了——為嘛xx地圖、xx導航還是總讓我往死胡同里跑,非讓我開車過湖?

           

          再后來,隨著手機操作系統的迭代,芯片的升級,定位才慢慢變得精準、可靠。我再也不用湖里游泳了……當然,這都是后話了。

           

           

          image

          (哥開的不是車,是!寂!寞?。?/span>

           

          慢慢的隨著了解的深入,才明白原來定位有這么多區別,里邊的學問可大著呢。

           

          定位給方式有很多種,室外定位有基站定位,衛星定位等方式;室內定位有BLE、RFID、Wi-Fi等方式;還有其他IP定位,慣性導航等等方式。

          定位方式

          定位原理

          定位方案

          應用場景

          成本

          設備要求

          精度

          基站定位

          上報設備周邊基站信息,服務器查表、解析并返回定位結果

          單基站定位

          多基站定位

          室外

          極低

          設備成本低

          需后端支持*

          500m

          衛星定位

          使用天線搜索衛星向地表發射的電波,解算后輸出定位結果

          多星定位

          室外

          較低

          設備成本低

          5m

          差分定位

          衛星+結合基準站的數據進行定位

          多星定位

          室外

          很高

          設備成本高

          需專有后端支持*

          5mm

          BLE iBeacon

          使用設備接收藍牙信號,根據信號強弱計算距離,輸出定位結果

          單點定位

          多點定位

          室內

          較高

          設備成本較高

          30cm

          RFID

          使用設備接收射頻信號,根據信號強弱計算距離,輸出定位結果

          單點定位

          多點定位

          室內

          很高

          設備成本較高

          10cm

          Wi-Fi

          上報設備周邊路由器MAC信息,服務器查表、解析并返回定位結果

          單機定位

          多機定位

          室內

          較低

          設備成本低

          需后端支持*

          10m

          IP 定位

          上報目標設備公網IP地址,服務器查表并返回定位結果

          -

          不限

          極低

          設備成本低

          需后端支持*

          10km

          佛系

          手持佛珠

          念念有詞

          -

          不限

          0成本

          無需設備

          隨緣


          “需后端支持”指需要連接到服務器進行數據解析,才能獲得定位結果;

          需專有后端支持”指可能需要付費才能獲得相關數據,終端設備才可以進行定位。

           

          本文咱們就說說和物聯網關系最密切的衛星定位那些事兒。

           

           

           

          眾多衛星定位系統中,最廣為人知的就是GPS (Global Positioning System)了。它是美國在1958年開始研發,1964年投入使用,1994年實現全球覆蓋的全球衛星定位系統。


           

          image 


           

          GPS24顆工作星和4顆備用星組成。衛星工作在互成55度的6條高度為2.02KM的非同步軌道上。如此一來,在全球的任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的GPS衛星。GPS衛星向地球發射導航電文(系統時間、星歷、歷書、衛星時鐘修正參數、導航衛星健康狀況、電離層延時參數等內容),GPS終端收到衛星發送的數據,經解算即可確定當前位置,并以NMEA0183格式,WGS-84坐標系輸出數據。 

           

          image

           

          也許有的讀者會問,萬一衛星壞了怎么辦,GPS豈不是要失準了?其實這個擔心是多余的啦,軌道上不僅有備用衛星,每年NASA也會委托Space X補發和替換壽終的衛星。

           

          當然,衛星定位系統不是GPS一家獨大的。只是因為GPS的先驅地位,所以很多人也都習慣性的把所有衛星定位系統都稱之為“GPS”。

           

          畢竟,使用GPS衛星之時,就是被美國鉗制之日。GPS衛星是被美國軍方控制的,他們可以隨意調節某地區的定位精度(如中東地區),甚至讓終端設備解算結果南轅北轍。而且GPS衛星是單向廣播的,不具備雙向通信能力,功能略顯單一。

           

          有鑒于此,很多國家也都在建設或已建成衛星定位系統。如中國的北斗(BeiDou)、歐洲的伽利略(Galileo)、俄羅斯的格洛納斯(GLONASS)、印度的IRNSS等。

           

          目前,中國的BeiDou北斗已經具備商用能力。配合基準站,甚至能給客戶提供精確到毫米的定位服務。同時,BeiDou北斗也彌補了GPS的不足,具備短報文能力(驢友、海航必備。絕非手機的基站可比擬,只是資費超超超感人)。

           

          既然太空中有那么多衛星,又有那么多種不同的衛星定位系統,那么如何知道某一片區域是否有定位衛星覆蓋,以及有哪些衛星覆蓋呢?Android手機請在應用商店搜索“GPS Data+”并安裝,打開后即可看到當前正在使用的定位衛星:

           

          微信圖片_20200429165636

           

          由于智能手機操作系統、定位芯片、天線、算法的差異,所以并不能搜索到所有用于定位的衛星系統。通常來說,智能手機只能搜到并使用部分(如圖,即GPS+Beidou+GLONASS+QZSS,沒有Galileo、IRNSS)。

           

          各導航系統不同頻段的工作頻率

          導航系統

          國家

          頻段

          工作頻率

          GPS

          美國

          L1

          1575.42MHZ ±1.023MHZ

          L2

          1227.60MHZ ±1.023MHZ

          L5

          1176.45MHZ ±1.023MHZ

          GLONASS

          俄羅斯

          L1

          1602.5625MHZ ±4MHZ

          L2

          1246.4375MHZ ±4MHZ

          BD1

          中國

          S

          2491.75MHZ ±4.08MHZ

          L

          1615.68MHZ ±4.08MHZ

          (左旋圓極化)

          BD2

          B1

          1561.098MHZ ±2.046MHZ

          B2

          1207.520MHZ ±2.046MHZ

          B3

          1268.520MHZ ±10.23MHZ

          Galileo

          歐洲

          L1

          1575.420MHZ ±1.023MHZ

          E5b

          1207.140MHZ ±1.023MHZ

          E5a

          1176.450MHZ ±1.023MHZ

          E6

          1278.750MHz ±1.023MHZ

          QZSS

          日本

          L1C

          L1CD

          1575.42 MHz

          L1CP

          L1-C/A

          L2C

          1227.6 MHz

          L5

          L5I

          1176.45 MHz

          L5Q

          L1-SAIF

          1575.42 MHz

          LEX

          1278.75 MHz

          IRNSS

          印度

          L5

          1176.45 MHz

          S

          2492.028 MHz

           

          觀察一下表格,我們可以發現,日本簡直是太“雞賊”了——L1 C/A、L1C、L2C、L5信號跟GPS衛星信號是完全兼容的,同時L1-SAIF還可以給日本地區提供高精度定位服務;LEX信號頻點和歐洲Galileo系統的E6頻點重合。也就是說,日本的QZSS當前可以作為GPS的補充,日后等到Galileo系統正式提供服務,QZSS也能實現Galileo系統的補充。

           

          接下來進入喜聞樂見的“你問我答”環節:

          Q:為什么有的時候手機定位還是很慢?

          A:信號問題、基帶問題等,一切皆有可能。如果想要提高定位精度,最簡單方式就是——買!個!新!手!機!

           

          Q:我想試試伽利略,有沒有支持的手機呢?

          A:華為有部分機型支持。

           

          Q:小米8劉海屏不好看啊,你看VIVO NEX多美。對了,小米8說是支持GPS雙頻定位(L1、L5)的手機,好像很牛逼,能做到厘米級定位嗎?

          A:不能。沒有基準站的支持,雙頻頂多是減小誤差,對高精度定位無助。所以,還是洗洗睡吧。

           

          Q:北斗的短報文資費究竟有多感人?

          A:十幾塊一條吧。你可以去某貓、某寶查看一下報價。

          至于說語音通信,也有海事衛星電話可用,不同國家資費不同,從十幾塊到幾十塊一分鐘;什么?你想用衛星上網?按量計費$10/1M,怎么樣,用的起嗎?

           

          Q:既然已有GPS,為什么還要重造輪子?

          A:因為GPSL1、L5是民碼,大眾可用,但是美軍曾經在戰時關閉過某些戰區的數據覆蓋,為了避免這種被人卡住喉舌的尷尬,所有必要發展自己的衛星定位系統。

           

          Q:衛星定位系統只在地表有用嗎?

          A:非也。負海拔地區(只要有信號)、空中、甚至大氣層外都可以。需要注意的是,水體、巖石等密度高的物體內無法使用。

          大氣層外使用,還要注意廣義相對論對時鐘造成的影響。

           

          Q:《007 明日帝國》中,大反派使用了某種很牛逼的設備,通過某些手段改變了衛星參數,劫持了一艘船,這種事情可能發生嗎?

          A:這種事情,世界上已經發生過了。

          因為GPS信號沒有認證方式,且信號極弱,非常容易被劫持。例如HackRF One就可以模擬并發射GPS信號;甚至讓大疆無人機在禁飛區起飛。

          伊朗也是用過類似的技術,成功捕獲美國的無人機。

           

          Q:最少搜到多少顆衛星才能定位成功呢?

          A:因為采用三角定位的原理,所以至少3顆衛星才能實現精準定位;具體要求如下:

          使用衛星數

          能否定位

          備注

          0

          無法定位


          1

          無法定位

          可以更新UTC時間和日期;

          2

          無法定位


          3

          可實現2D Fix,輸出經緯度

          不可輸出海拔信息

          4

          可實現3D Fix

          可輸出正確海拔信息

          >4(多頻)

          可實現3D Fix

          可輸出偽距

           

          Q:你為什么懂得那么多???

          A:大概是因為我比高吧。



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