北斗/GPS导航定位应用技术系列问答（六）

2024-03-07 10:20:28 543

26、假设有 1 个固定目标点，当 GPS 接收机向目标点移动时，能实时计算出与目标之间的距离，目标点的经纬度已知。现有 2 种计算方法：直接通过 2 个点的经纬度计算；或把 2 个点的经纬度转化为大地坐标系（如北京 54 或自定义坐标系），然后再计算。请问专家，一般是用哪种方法计算。是否还有其他方法。

答 1：GPS 定位是通过立体四维坐标来解四元二次方程组实现的，这里的未知量包括：X、Y、Z 和速度。因为该物体的移动既不是水平也不是垂直。即使看似直线的道路，地球还是圆的呢。你这样的算法算两点之间的直线距离可以，但实际用途呢？

答 2：应该先转成大地坐标系，然后再计算。大地测量技术，一般有以下几种算法:
最小二乘法（LS），TDOA 双曲线模型，Fang 算法，
Chan 算法，Friedlander 算法，SX 和 SI 算法。
其中 Chan 算法性能最好，Fang 算法、Friedlander 算法误差较大。

27、上述的算法是在 GPS 模块里实现呢，还是通过外接的 MCU 实现。我在网上看到有些模块带有内置的 flash芯片，经销商说这种模块留有一部分资源给用户开发，上述的算法可以写在内置的 flash 上，直接使用模块上的 arm 芯片计算，然后输出结果。不知这种模块是否可行。

答 1：现有的情况是 GPS 算法在 GPS 模块里实现，GPS 模块接收到相对位置信息，通过解方程组和其它措施，直接输出数据信号给 MCU。有些模块带有内置的 flash 芯片，是把程序和数据放在里面，并开放少量的参数设定而已。了解到有只通过 GPS 天线把 GPS 卫星定位信息传给 MCU，然后由 MCU 处理的，但基本不用。

答 2：目前是有两类 GPS 模块，一类在 GPS 内实现算法，直接输出数据;另一类，则利用外部的 CPU 计算。前者更多些。

答 3：上述的算法是在 GPS 模块里实现呢，还是通过外接的 MCU 实现。我在网上看到有些模块带有内置的flash 芯片，经销商说这种模块留有一部分资源给用户开发，上述的算法可以写在内置的 flash 上，直接使用模块上的 arm 芯片计算，然后输出结果。不知这种模块是否可行，各位专家有接触过否。我指的算法不是计算经纬度的算法，而是指将模块计算好的经纬度结果和已知点的经纬度做对比的算法，然后输出对比的结果，这个算法我要把它存在模块里的 flash 里，这个算法的执行也是通过模块上的 arm芯片执行。也就是说模块厂商留了一部分资源给用户做二次开发，不知有没有这么设计的有没有这种模块。

答 4：如果你的 GPS 芯片内部含有处理器资源（如 ARM），且该处理器在执行下载的固体软件的同时，还有剩余的资源，且内部的 FLASH 也还有剩余（给你的算法程序存储），则理论上你可以用 GPS 芯片内部的处理器和 FLASH 来实现你的简单的位置比对算法。但是，要这样做，你肯定要购买芯片商的开发包，并且，你必须保证不能对 GPS 原有固体软件产生影响。这是有一定的成本和开发难度的。

4G全向天线 KH-GNSS.WLAN-FAKRA-L3M

28、GPS 模块输出的一般都是 NMEA 格式，那在输出该格式之前，模块内部是否会缓存中间结果，我们能否利用这个中间结果。

答 1：GPS 模块输出的一般都是 NMEA 格式，因为 GPS 模块处理数据的速度比不上串口传输速度，所以基本是处理完就传给 MCU 了。GPS 芯片内部的东西还未曾深入接触过，是否存在缓存中间结果，无法判定。

答 2：中间结果不可用。

29、SIRF 的 GPS 模块多支持 TRICKLE 模式，以作到节电的效果，请教，TRICKE 模式的 ONTIME 一般设为多少为宜，对 GPS 的定位效果有何影响呢?若对效果有影响，是否要根椐定位效果动态改变。再问设置成TRICKLE 模式，能节省很多电流吗?我现用有一块，用 0x97 指令设，电流变化并不明显，这是与定位有关，还是其它问题，望解答。

答：跟你用的哪家的模块有关系。SIRF STARIII 内部有 ARM7 处理器，所以可以开发固体软件。有实力的模块厂商都会在 STARIII 的芯片上开发（改进）自己的固体软件。所以每家模块厂商扩展出来的固体软件所支持的接口命令可能都不同。

30、如何实现对 GPS 有源天线的开路和短路检测？

答 1：GPS 有源天线的工作电流是有一定范围的。比如 10ma~15ma。在基站设计中，需要对该天线的工作状态进行监测，便于维护和维修。开路则电流为 0，短路电流较大，此时可切断电源。相关电路请参考电流比较电路。

答 2：我想你应该先确定检测的目的是什么？是为了 IQC？为了生产中的配适？还是售后保固的维修？不同的需求有不同的设计方案，不过检测的方式基本上都是以电流检测为主要手段，TI 有许多电流检测的IC 可供运用，像是我们对 GPS 天线的检测是为了防弊，这目的不同，自然设计上就不同了。不过电流检测也不是万灵丹，首先你的 GPS 接收模块必须是天先供电是外部的，有些设计为了体积 GPS 天线是直接由接收模块供电，处理起来非常麻烦的。

31、想给汽车安装卫星导航装置，不知道 nav4all 能否安装在车内 DVD 显示屏上显示地图

答 1：对于特定的显示操作终端，只要有适当的接入装置是可以与其它设备相连接的。如使用了与蓝牙（发射）技术的 GPS 产品，可以与任何具有蓝牙（接收）功能的终端显示设备连接使用。包括蓝牙手机、笔记本电脑、台式 PC、移动电视、移动 DVD 等产品等。如果车载 DVD 具有 UBS 接口，只要购买一个具有 UBS 接口的蓝牙产品和一个具有蓝牙功能的 GPS，将 UBS接口的蓝牙（接收）产品插在 DVD 上即可使用 GPS 进行定位。MMT 已推出相关的蓝牙 GPS 产品。

答 2：最近出现一种叫 NAV4ALL 的新软件，可以安装在手机里面，通过真人发声，运用全球卫星定位导航，很方便的通过电脑告诉驾驶者正确的路径。其中有个关键是要带有无线传输设备（比如手机的通信网络）和 GPS 接收器，这样的话电脑通过通信网络给你规划路径，GPS 接收器告知你当前位置，有些车行天下的哈车宝味道。汽车装上 nav4all 就可以接收卫星定位地图，仅仅是汽车导航的一部分而非全部，能看到很清楚的图像，nav4all 可以接在任何有屏幕显示的设备上，很方便，而且价格很便宜，普通汽车上都可以装。

4G通讯+GPS定位二合一外置圆盘天线--KH1(G4)C100-B02

32、请教:GPS 有哪些项目需要测试?他们的标准是什么?

答：GPS 需要测试哪些项目：一般有灵敏度、定位精度、功耗的测定。

33、做导航产品，用的都是那种操作系统？“手机上用 window mobile；车载产品用的是 window CE 及 linux。”这种说法是否准确？

答：关于导航产品用的那种操作系统，就现有市场分布而言，确实如你所说：手机上用 window mobile；车载产品用的是 window CE。其实在这其中 linux 应用的都不多，当然排除其它因素只考虑操作系统，linux完全可以在这些平台上使用的。考虑如下原因：

a、操作系统的开发是个大工程；b、应用软件的开发是个问题；c、通用性的需要。

基于以上情况，市场产品在操作系统的选择上就有了明确的目标。用最省钱省时的方式做出最受市场欢迎的产品。

34、请教一些关于导航软件的问题，像我这样从事导航系统测试工作的，主要是在实验室和实际道路测试。像你提出的系统软件、应用软件、底层驱动软件，主要包括哪些？具体指的是什么？据我所知，地图数据是导航中最重要的部分，这个是靠软件来读取的，而这又是交给软件公司做的，像比较出名的高德软件公司。由于我是读电子和管理毕业的，对软件不是很了解，也没有一个系统的观念，只知道程序是软件，所以比较难理解导航里面的软件。

答：关于导航的问题，系统软件是指装载在设备上的操作系统，如 WINCE 系列版本;底层驱动软件是指基于操作系统的开发软件，如总线驱动等；应用软件是指具有实现某种特殊功能的软件，如导航软件等。导航中导航地图是非常重要的部分，国内基本由 8 家公司控制，具我了解绝大部分自己做地图数据及导航引擎软件，大概是两者的关系太密切相关了，直接影响到用户使用的感受。软件是基于硬件基础上的软件，建议去看看这类的书籍，推荐 Jobn Catsoulis 的《嵌入式硬件设计》，中国电力出版社。先了解硬件体系，有助于更系统的理解软件。

35、在 GPS 应用软件中，通信网关，通信中心，坐席这几个子系统各自实现的功能是哪些，他们如何合作完成对车台 GPS 数据的处理？？

答：在 GPS 系统中，通信中心、通信网关、坐席如何区分？通信中心其实就是 GPS 系统的控制部分，象硬件里的 MCU，是 GPS 系统的大脑；通信网关是连接电信网络的接口，象硬件里的 SPI 等，是一个连接内外的端口；坐席是监控子系统，某个坐席就负责该线的接入呼出，说的普通些就象寻呼台。车台 GPS 数据上传通过通信网关，网关把数据送到通信中心，通信中心在电脑上显示情况，通过坐席监控人员就可以看到实际的信息。

36、linux 下有导航软件和电子地图吗？目前看到的车载导航应用，大多数是运行在 win ce 下的。请问，有在 linux 下运行的导航软件和电子地图吗？为什么现在 for linux 的导航软件和电子地图那么少？

答：现在的情况确实如此，绝大部分使用的是 wince 和 window mobile 系统，有 linux 下的导航软件和电子地图，比如 Maproc linux。其实这就像个人电脑，装 windows 操作系统的比装 linux 系统的多的多吧。其根本涉及到的是开发费用的问题，wince 要钱，但比开发 linux 呢？当然就选择 wince 吧。

37、请问，安装 GPS 对相关配置有何要求?

答：和其它的无线电产品一样，安装 GPS 没有什么特殊的要求。只要产品不被金属物体（如汽车）、建筑物、丛林等遮蔽即可。如果遇到这种情况，可以将产品外置或天线外置，面对天空即可。如果是已其它产品连接使用，只要具有 UBS 端口，并使用蓝压 GPS 产品即可。

38、RDS 是于 1984 年由欧洲广播联盟（EBU）制定的数据广播系统的欧洲规范，1986 年国际无线电咨询委员会（CCIR）通过了有关 RDS 的 643 号建议书，1990 年正式通过和出版“实施 RDS 的准则”EN50067。自此欧洲各国纷纷开设 RDS 的广播业务。TMC（Traffic Message Channel，交通信息频道）是一个数字编码系统。TMC 能产生连续的交通信息流，如交通拥塞或事故，可报告出事地点与时间结果。信息包括了一定地域范围内的交通状况。将 TMC 信息与地图导航结合到一起，提高了车辆导航对前方路况预测的准确性。同时，在很多地区，建立 DGPS 数据的 FM 负载波广播服务，提供广播电台周围的 GPS 差分校正数据，大大提高了 GPS 的位置定位精度。欧洲有 RDS，TMC?中国的 GPS 怎么办?

答 1：TMC 是实时交通信息（Traffic Message Channel）的简称，是欧洲的辅助 GPS 导航的功能系统。全球主要有三种此类系统 TravTek 系统、日本的 VICS 系统以及欧洲的 RDS-TMC 系统。TMC 是 FM 无线调频系统（RDS）在播报实时交通及天气信息中的一种应用，数据信息由配备 TMC 的车载无线接收终端或导航设备“无声”的接收并解码，以各种方法传达给驾驶员。TMC 在欧洲是成熟的车载智能交通导航技术，能实时反映区域内交通路况，指引最佳、最快捷的行驶路线，提高道路和车辆的使用效率。所以从功能而言，TMC 等系统是 GPS 系统应用的延伸。国内的 GPS 系统以后肯定会增加此类功能的辅助系统来获得更佳

的服务效果，既可以选择国外的三中系统，也可以自主开发新的一套系统。总之，具有实时的智能交通导航一定会成为 GPS 系统的一个新发展领域。

答 2：中国近几年积极发展航空事业，在气象资源卫星、地面资源卫星、GPS 卫星和北斗星卫星等方面都取得了长足的进步，并做了长期的规划。因此，在未来，将会形成更加可靠的自己的 GPS 网络、各类 GIS 系统和各类应用平台，这些都将会大大提高应用面和定位精度，以及战时保障。

39、很多 GPS 接收机号称支持 A-GPS，是不是要在 GPS 基站中增加辅助运算的算法，通过 GPRS/CDMA 等无线或者 internet 来交换数据，技术出位置呢？

答：GPS 是一种基于卫星的定位系统。A-GPS 通俗的讲是一种结合了网络基站和 GPS 对 GPS 接收机进行定位的技术，可以在 GSM/GPRS、WCDMA 和 CDMA2000 网络中使用。GPS 接收机有*定位时间（TTFF）的概念，TTFF 很大程度上决定于接收器的接收灵敏度，以及可见卫星的数量、每个卫星信号的强度、卫星在天空中的分布以及接收器对天空的视角。A-GPS 的目的是提高 TTFF，或者当它不能提高 TTFF 时使定位运算成为可能。该技术需要在移动网络上加建位置服务器、差分 GPS 基准站等设备。如果要提高该方案在室内等 GPS信号屏蔽地区的定位有效性，该方案还提出需要增添类似于 EOTD 方案中的位测量单元（LMU）。A－GPS 的具体工作原理如下所示：

A－GPS 接收机首先将本身的地址给位置服务器；位置服务器根据该接收机的大概位置传输与该位置相关的GPS 辅助信息（包含 GPS 的星历和方位俯仰角等）到手机；该接收机的 A－GPS 模块根据辅助信息（以提升GPS 信号的第一锁定时间 TTFF 能力）接收 GPS 原始信号；接收机在接收到 GPS 原始信号后将有关信息通过网络传输到位置服务器；位置服务? 鞲荽吹腉 PS 伪距信息和来自其他定位设备（如差分 GPS 基准等）的辅助信息完成对 GPS 信息的处理，并估算该接收的位置；位置服务器将该接收机的位置通过网络传输到 A－GPS 接收机。

A－GPS 解决方案的优势主要在其定位精度上。在室外等空旷地区，其精度在正常的 GPS 工作环境下，可达10 米左右。该技术的另一优点为*捕获 GPS 信号的时间一般仅需几秒，不像 GPS 的*捕获时间可能要2～3 分钟。但是该技术也存在着一些缺点。首先，室内定位的问题目前仍然无法圆满解决。另外，A－GPS 的定位实现必须通过多次网络传输（最多可达六次单向传输），这对运营商来说是被认为大量的占用了空中资源。A－GPS 最主要的问题是用户对于使用移动定位业务必须使用专门的 A－GPS 接收机。而且在耗电上有一定的额外负担，间接减短了 A－GPS 接收机的待机时间。目前，AGPS 的方案提供商主要是高通公司和其子公司 Snaptrack 公司，现在还只能用于 CDMA 和 iDEN 网络的市场，在不久的将来该定位技术还会用于 GSM 网络。所以 A-GPS 功能会在移动基站中增加硬件，同时肯定有辅助运算的算法，并且一般通过GPRS/CDMA 等无线网络来交换数据，确定更精确和有效位置。

40、PDA/GPS 的产品，为什么车速超过 40km/h 就不准确了？目前关注的 3 款 PDA+GPS 的产品，Mio A201，Asus A632， E Ten G500，在进行路测的时候发现信号都不大稳定，车速超过 40km/h 基本上语音导航就会滞后。3 款配置大致相同。我给出 ASUS 的配置看看：

CPU:Intel XScale PXA272 416MHz

OS:Windows Mobile 5。0

Memory: 64M SD Ram/128M flash Rom

Basemap: MapKing

请问如果专业的 GPS 产品，如 car in-dash 的，或者 PMP+GPS 的，会也有这些问题吗？如果没有的话，主要是哪部分的差别？！

答 1：具理论计算，现有的 GPS 定位精度在 5－20 米（静止状态下），在开车过程中会出现一些漂移现象，特别是开快车的时候这样的漂移略为明显，这也是正常的。并且不同的时间、地点、气候等都会影响 GPS的定位精度，举个最极端的例子，在室内或地下停车场是定不到的，不是没有 GPS 卫星，而是设备根本就没有接收到信号。通过实际的使用，较为深刻的体会是 GPS 定位会有稍许滞后，但对使用影响不大，最大的原因：硬件的处理能力（特别是 CPU 的处理速度和 GPS 算法）、导航软件的便捷性（特别的简便、使用、可操作等方面）。现有的产品硬件完全满足了导航的需求，但就软件而言，还远远没有达到使用的最优化。就像一个程序，不同的编写方式就极大影响了程序的处理总时间。所以对语音导航确实存在的滞后问题，现有的解决办法是提前预告和多次提醒，从而降低单次预报的误差。所以发生以上原因归纳有如下几点：GPS 定位精度（现有条件下基本无法避免）；硬件的处理速度（已基本解决）；软件的运行速度（还远远不够）；地图的精确程度和详细度（基本满足使用的需要，但还不够）。

答 2：信号不稳，主要有三种情况:一是产品可靠性问题，如抗震能力，抗电磁辐射;二是环境，如地面反射物形成的散射波和反射波形成的影响;三是气候影响，天线口面的信号强度不稳定。语音滞后有两种可能:一是定位本身有误差;二是语音处理系统稍慢一些。从我们支持的客户经验看。产品的抗电磁辐射与抗震动是一个较为复杂的技术，一般产品的确会有些缺陷。

答 3：我认为解答这个问题并不难，首先我们要区别是软件还是硬件的问题，选择一个天气比较晴朗的时间，开车在高速行驶时用手提电脑实时检测 GPS 输出的信号同停止时的数据相比较。给 PDA 设备输入一个失量，（该量值取决于该导航软件公司的协议）然后测试到语音播放的时间差，再用该时间差除以速度=延时播音的距离。

关于金航标：
深圳市金航标电子有限公司，是国家高新技术企业，“中国卫星导航定位协会”、“中国信息产业商会”、“广东省连接器协会”会员。金航标（www.kinghelm.com.cn）从事无线信号收发、电子信号连接器及互连系统产品的设计、制造、销售和技术服务十多年，技术团队来自清华大学和电子科技大学，吸纳优秀海归人才，深耕微波射频技术领域。“金航标，连接北斗”，从最初推出天线产品，包括北斗GPS双模天线、蓝牙、WiFi、Zigbee、NB-IoT、LORA、UWB、天线系列，及配套的射频转接线；现在产品拓展到板与线的各种连接器、板端座子、接插件、信号开关系列；及汽车摩托车线束，工业、医疗、科研用特种线材，非标定制品等三大系列。金航标的兄弟公司萨科微半导体产品销往世界各地，服务超一万家客户，产品有二极管三极管、功率器件、电源管理芯片三大系列。萨科微近年来还推出霍尔传感器、ADC、BMS新产品，与金航标电子一起为电子整机产品公司提供配套服务。