1. 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.m70mg5.cn 發布時間:2020-04-29 瀏覽次數:86

        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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