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GPS一些似是而非的觀念釐清

兩位前輩真是令小弟佩服,
小弟本身也是在相關產業從事研發工作,
只是領域跟兩位前輩不太一樣,是在RF相關的部份
相信大家應該了解,同樣的規格,卻有不同的定位時間與不同的穩定性
定位時間如果牽涉到演算法的部份,我沒有辦法回答,
我單純就我的部份做一些簡單的說明,因為我自己也是只有一點皮毛,如果有不太對的謬論,也希望大家能夠提出一些看法

就衛星到PND而言,由於衛星要穿透電離層加上距離遙遠,如果以線性極化波,會有極化改變之現象,這個改變很難估算,因為有可能會變成雜散電波,所以衛星上面的訊號皆是用圓極化波來發射,而GPS衛星是RHCP(Right hand circular polarization),也就是右手圓極化波發射,所以假設在空地上,可以直視衛星的地方,用RHCP的天線接收會是最好,這是跟天線極化匹配有相關的問題,相同的也可以引申到家裡的無線網路天線擺直的跟擺橫的為何接收有差的原因..不過天線問題不是這樣單純,如果經過一次反射,就會變成LHCP,二次反射又變成RHCP,但是會具備延遲性,這個問題,我相信兩位前輩應該都很有經驗...在大樓或多建築物就會有這樣的狀況發生,這是比較外在的環境.

然而在內部設計上,由於天線極化,基本上無法預估環境狀況,所以在設計上就必須有所取捨,像天線的選取,就有好幾種形式,有分為Patch antenna,PIFA跟ceramic chip,也有helix很多型式,不過每種都有其設計的特性,必須要看外觀及機構的設計,才會發揮天線最大的用處,但是天線僅是一個環節,由於大部分的PND內建天線居多,但是內建在機殼內,靠近各系統區塊太近,就會有所謂的近場干擾,這些干擾通常都是由系統的時脈訊號clock與Data bus所產生出來,在天線後一級會加上filter就是為了減低這些干擾對訊號的萃取與放大...,如果雜訊太大,就會造成放大器的失真或訊號擷取問題...,這個就是電磁干擾問題EMI(electromagnetic interference),一般而言,這些雜訊對其他的系統來說是很OK的,可被接受的,像DVB-T的最低接收訊號僅-85 dBm,手機也才-110dBm,802.11g 64QAM -80dBm,如果記得沒錯的話,年代有點久遠,記性不佳,有錯誤還煩指正一下.GPS大家都嘛背起來了-158 dBm但是雜訊如果大於某一數值就很糟糕了,比方說-120dBm@1575.42MHz+/-20MHz,大於這個數值就危險了...SiRF有做一張table分別是在不同的頻率下可接受的雜訊程度,同頻干擾是最難解決的...

另外一提,經常都會有人講錯的地方就是天線增益antenna gain,一般外接天線都是主動式天線,所以有所謂的主動電路部份跟天線本體,天線本體可以視為被動元件,因為靜止時不消耗能量,也不傳輸能量,就跟RLC一樣,只有加上主動電路才會有效果,但是千萬不要說我的天線本體的gain有28dBi,因為dBi是測試天線本體的一個單位比較,不能加上LNA去描述,我發現包含天線廠商的業務都有這個缺點,連規格書都寫錯,應該是要說放大器放大28dB,這樣的說法才正確,因為一般外接主動式天線本體,頂多到達5dBi,有時會有dBic那是有加上圓極化的比較,要達到10dBi以上那都是較大型天線才做得到比方陣列天線或碟型天線等...
感謝大大發表有關 GPS 的知識
小弟有一問題 .... 為何 GPS 在移動時比較準確, 而在停止時, 會到處漂移 ?
JackyLau wrote:
感謝大大發表有關 G...(恕刪)


因為都會飄移 , 差別在於固定時都在同一點 , 所以很明顯看到飄

但移動時因距離的不同 , 所以把偏給沖散了
windkate wrote:
每次計算一個點需要約48秒的時間(30+18+平行處理),我的好奇是GPS導航機是一個持續性的運作、不斷的把GPS計算後的訊號呈現在圖資 (GIS)上,那麼開始運作(開機完成+三顆衛星已定位完成)之後,是否至少需要30秒(一個完整的衛星資料框架)才能算出下一個點(新的點),而此30 秒之內不管GPS計算幾次,算出來的結果都會是同一個點??
您誤會 ephemeris data 了。
請參考 http://www.acadweb.wwu.edu/gis/GPS/ephemeris.htm 。
星曆資料 (ephemeris data) 是關於衛星本身的完整資料,星曆資料裡面可以得到衛星位置的軌跡預測,也就是說,你可以知道一分鐘後以及一小時之後,某顆衛星正位於地表何處的正上方。

接下來,你必須再接收一小段訊息,也許每隔 0.1 秒,也許 1秒,我不知道,總之,你會一直收到衛星給你一小段精密時間值(以及衛星編號)。
最簡單的情況:如果你收到三顆衛星給了完全相同的時間訊號,你就有了這些衛星發出訊息時間與你收到訊息時間的差值,那就可以用這個時間差值算出你距離這三顆衛星的距離,在三度空間中定出一個交集點,也就是你的位置。

有些 GPS接收器可以接收星曆資料,有些不行,一次接收的星曆資料約在 30 天內是準確的。所以開機後並不是非得先收完星曆資料才能定位(你的接收器甚至可能先用一年前的星曆來定位,這會讓你覺得定位很快)。而且一次開機,得到所有衛星軌道之後,就不需要再去做這個動作了。

如果你的接收器無法從衛星得到星曆資料,也不能由其他管道更新(例如,電腦程式由 internet 得到,再傳入 GPS receiver unit ),那久了之後定位就會很不準,因為衛星軌道並不是真正完全精確固定的。

這些東西我不是真的很深入了解,若有錯請不吝惜指正。
JackyLau wrote:
為何 GPS 在移動時比較準確, 而在停止時, 會到處漂移 ?
我猜,應該是用移動速度去做預測吧?
例如,你在某點正以時速 100 向北前進,那下一秒出現在原點的機率"應該"是 0 。
所以可以把該點以南的估計差量都乘以 0.0 的加權值來加入定點資料。
以上純屬想像,等看看有沒有 gps 的工程師來解惑。
我要把這一篇收起來
下次要找工程師要到這裡才對
想請問大大, 文中提到"要連續收 12.5分鐘才能把所有衛星的粗略星曆都收下", 我用SiRF Demo這個軟體用factory start, 定位後去下載, 只要1秒馬上就下載下來了, 那麼, 這是不是非完整的資料呢? 如果是這樣, 要如何才能下載所謂"完整的Almanac data呢?

感謝!
sirena wrote:
想請問大大, 文中提到"要連續收 12.5分鐘才能把所有衛星的粗略星曆都收下", 我用SiRF Demo這個軟體用factory start, 定位後去下載, 只要1秒馬上就下載下來了, 那麼, 這是不是非完整的資料呢? 如果是這樣, 要如何才能下載所謂"完整的Almanac data呢?

感謝!


Almanac星曆資料可以是GPS接收機直接透過GPS衛星廣播來接收(也就是12.5分鐘),也可以直接到http://www.navcen.uscg.gov/gps/almanacs.htm這裡取得並上傳給GPS接收機(你所說的使用SIRF DEMO的軟體應該是屬於此類型的灌入星曆資料給GPS接收機)
所以都是屬於完整標準的Almanac data

我是中国大陆的,最近刚开始研究GPS定位软件的开发,不好意思,前面讨论的繁体字我好多看不懂,而且小弟是刚开始接触这方面知识,好多专业术语也是看不太明白,所以前面讨论的内容没怎么仔细看。
不知道现在还是否讨论这个话题。
我先说说我的问题吧,我们公司在做GPS定位软件(软体),要求精度在1米以内,采用的是北斗星通和诺瓦泰的差分定位解决方案,精度可达到1米以内,可是这个差分定位方案使用起来很麻烦:两个GPS接收器,还得都用三角架和对中杆支撑起来而且保持水平;两个无线电台,基站电台天线必须保持100m的高度,移动站天线保持4m左右的高度,覆盖率为50公里,但是实际应用中很难保证每个地方都可以让移动站的无线电台天线在4m,这样的话覆盖率只有6公里到7公里;而且这些设备都要配备电池,这样以来,一堆设备,使用起来很麻烦,客户不太满意。
所以如果用单点定位而且精度能达到1米以内就好了,那么如何把单点GPS的精度精确到一米以内呢?GPS接收机应该如何设置?比如它的仰角、波特率;在软体上应该从哪方面入手?GPS的数据是一直在漂的,我们现在只是用了取一些点然后求平均值的方法,别的还有没有比较不错的算法可以提取比较准确的数据?也就是如何有效消除GPS的误差?
由于我不是专业搞GPS定位的,对这方面的知识比较匮乏,大陆的资源也不是很详细,所以恳请前辈指点一下,先谢谢了。
allai前辈
我仔细看了一下前面讨论的内容,差不多意思看懂了,确实太精彩了,让晚辈看到了前面的坑有多深



公分級定位,當然可以,但1公分以下…恩..我以前的教授說可以,但我沒試過便是,但單機目前應做不到,即使是使用雙頻接收機,我以前也有用過該類型的接收機,2百多萬…..,現在應該便宜許多吧!!主要是有一個參考站,一個移動站,因參考站位置已知,故可求得其修正量,並將其修正量送至移動站做解算,即可達到公分級計算。當移動站與參考站距離越遠誤差愈大

其中,因參考站位置已知,应该如何理解?
故可求得其修正量,並將其修正量送至移動站做解算,这个修正量是怎么结算出来的?

在有些场合,差分方案使用起来确实很麻烦,如果把“參考站”和“移動站”和为一体,做成看似单点,实为差分的怎么样?
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