为什么智能手机 GPS 比 GPS 模块更快地找到它的位置?

电器工程 全球定位系统
2022-01-23 23:22:41

当我使用 arduino GPS 模块时,它通常需要几分钟才能开始发送数据。似乎所有 GPS 模块通常都是这种情况,因为它们需要“收听”卫星一段时间。但是,每当我使用手机内部 GPS 时,它会在几秒钟内找到它的位置。这是为什么?

4个回答

有几件事会影响首次修复时间 (TTFX)

  1. 获取年历和星历。这两件事在技术上略有不同,但出于我们的目的,我们将它们视为相同。它们是卫星的位置,您需要知道它们在哪里才能确定自己的位置。每颗卫星大约每 12 分钟传输一次整个批次。因此,从使用单通道接收器和良好信号的完全冷启动开始,TTFX 至少需要 12 分钟。您可以通过以下方式加快速度:

    • 而是从互联网下载 - 通常是手机的不错选择。以这种方式下载年历和星历被称为 MSB 辅助 GPS。
    • 记住上次的年历(好几个星期),只下载星历。
    • 设备中有多个接收通道,因此您可以一次收听多个卫星。交错传输以使这项工作发挥作用,并且您可以在没有年历的情况下使用星历表,从而节省大量时间。现在市场上的绝大多数模块都有多个通道,因此很难找到仍然需要 12 分钟的模块。
  2. 识别卫星。您需要收听至少三颗卫星,最好是更多,才能获得良好的修复,但每个接收器(称为相关器)一次只能调谐到一个。如果你大致知道你在哪里,现在几点了,并且已经有了历书,那么你就可以猜出你能看到哪些卫星。手机往往通过识别 wifi 或蓝牙信号、知道他们正在使用的手机信号塔以及其他来源来大致知道他们在哪里。他们也会定期获得非常准确的时间更新,因此他们通常可以直接找到正确的卫星。手机和更大的模块还可以记住它们最后一次使用的时间和地点,并以此开始。

  3. 相关器的数量。由于 GPS 信号的信噪比非常低,您需要一些特殊的硬件来接收它们。有些接收器只有一个,需要绕卫星旋转。其他人有更多,可以一次听更多。因此,即使您已经拥有历书/星历表并且大致知道自己的位置,那么更多的相关器仍然可以帮助您更快地修复。您可能认为越多越好,但更多确实会增加成本和功耗。一些电话和模块比其他的更多。

  4. 信号和天线。如果您有良好的信噪比,相关器将更快地完成他们的工作。非常差的信号可能根本不起作用。一个好的天线设计、放大器、天空视图和好的 PCB 布局可以让一切变得不同。某些模块开箱即用可能工作正常,插入天线后效果会更好。

  5. 可用卫星的数量。那里实际上有两个大型卫星星座,GPS(由美国运营)和 GLONASS(由俄罗斯运营)。还有更多正在建设中:伽利略(欧盟)和北斗二号(中国)以及一些具有本地覆盖的地方,如印度的 NAVIC 或北斗一号。可以与来自多个星座的卫星一起工作的接收器有更多的卫星可供选择,并且将获得更快、更准确的定位。

  6. 相关器的质量。新的硬件设计比旧的更好,并且能够更好地从嘈杂的信号中挑选出 GPS 消息的片段。手机可以做的另一个技巧是捕获信号片段并通过互联网将它们传递到具有非常好的软件相关器的服务器,并完成年历/星历表检查。这称为 MSA 辅助 GPS。

  7. 一些手机(甚至一些模块)也可能会使用一些偷偷摸摸的技巧来避免或隐藏较长的 TTFX。由于它们一直处于开启状态,因此它们可能会在不告诉用户的情况下短暂打开 GPS,以使位置和星历保持大致最新。其他人可能会在等待真正修复的同时显示最近的位置 - 大多数时候看起来像一个很好的 TTFX,但如果结果证明位置非常错误,看起来很糟糕。

上面的第 1 点是最大的区别,通常是基本模块、更高级模块和手机之间不同的关键。其他的通常会产生较小的差异,但实际上它可能会成为一件非常复杂的事情。如果您想了解更多信息,那么“首次修复的 GPS 时间”是要搜索的术语。

手机操作系统通过蜂窝网络在互联网上下载 GPS 历书数据(卫星星历和状态信息),并将其加载到 GPS 模块中,比直接以 50 bps 的速度从 GPS 卫星下载数据要快得多(是的,这是每秒 50 位,GPS 是相当古老的技术,针对在非常低的 SNR 下运行进行了优化),显着加快了首次修复的时间。这称为辅助 GPS. 它还可能具有来自蜂窝调制解调器的非常准确的初始时间参考(蜂窝塔通常通过 GPS 进行时间同步)以及可能来自蜂窝调制解调器的粗略位置估计。所有这些结合起来大大减少了接收器必须做的搜索量——它知道它应该能够看到哪些卫星,所以它只寻找那些,而不需要等待卫星发射整个消息。

其他答案已经解释了“如何”和“为什么”,所以剩下的就是“什么”:它被称为A-GPS(辅助 GPS,有时也称为加速或增强 GPS)

换句话说:手机的 GPS 比“GPS 的 GPS”工作得更快的原因是手机没有使用“GPS”,而是使用了 aGPS。

这里的部分答案是手机 GPS 不仅仅是 GPS。Cell 还使用其他信息进行地理定位,例如手机信号塔的三角测量和 wifi 网络的可见性。例如,iPad Air 的非蜂窝版本没有实际的 GPS,但仍然可以使用这些技术知道您在建筑区域的位置。