本教程演示了Air8000在LuatOS中利用AGPS輔助定位實現(xiàn)快速定位的方法，系統(tǒng)講解AGPS原理及開發(fā)應用時的注意事項。

一、AGPS 概述

AGPS（Assisted GPS，輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）通過移動網(wǎng)絡預先獲取衛(wèi)星星歷、時間等輔助數(shù)據(jù)，可大幅縮短 GPS 首次定位時間。LuatOS 提供 AGPS 原生支持，適用于物流追蹤、車載定位等場景。

1.1 GPS、WiFi、基站、AGPS 幾種常用定位原理介紹與區(qū)別

GPS

GPS(Global Positioning System)即全球定位系統(tǒng)，它是由美國研究的一種定位方式，特點是:不需要 SIM 卡，不需要連接網(wǎng)絡，只要在戶外，基本上就能隨時隨地的準確定位。但是 GPS 啟動后搜索衛(wèi)星的時間比較多，一般需要2分鐘左右(俗稱冷啟動) 冷啟動包括: 1.GPS 初次使用 2.GPS 電池耗盡 3.關(guān)機狀態(tài)下移動 1000 公里以上的距離或持續(xù)關(guān)機超過 4 小時。

原理:接收機接收 GPS 衛(wèi)星廣播，通過解析可見 GPS 衛(wèi)星的位置、距離等信息以及相應算法得出自己的位置信息。

優(yōu)勢:定位精度高，只要能接收到四顆衛(wèi)星的定位信號，就可以進行定位。 缺點:GPS 受天氣和位置的影響較大。當遇到天氣不佳的時候、或者處于高架橋/樹蔭的下面，或者在高樓的旁邊角落、地下車庫、室內(nèi)或露天的下層車庫(或者簡單地說當見不到天空的時候)，GPS 的定位就會受到相當大的影響，甚至無法進行定位服務。

注意:各國定位系統(tǒng)有:中國北斗、美國 GPS、俄羅斯 GLONASS、歐洲伽利略等，統(tǒng)稱衛(wèi)星定位。

gps 模組定位精度：3~5 米

LBS(基站)定位

基站包括移動、聯(lián)通和電信基站?；径ㄎ皇峭ㄟ^移動通信的基站信號差異，通過一定的算法來計算出手機所在的位置，取決于定位地點附近所處的基站覆蓋密度，如果基站多，定位則準確，如果是山區(qū)，基站少，則定位就不那么精確；LBS 定位必須聯(lián)網(wǎng)，手機處于 SIM 卡注冊狀態(tài)(飛行模式下開 wifi 和拔出 SIM 卡都不行)。

原理:運營商蜂窩基站的位置信息都是固定的，通過接收一個或多個基站信號終端，再根據(jù)信號強度及基站位置進行推算自身位置

優(yōu)點:方便，因為它是通過 SIM 卡接收基站信號進行定位的。理論上說，只要計算三個基站的信號差異，就可以判斷出手機所在的位置。因此，只要用戶手機處于移動通信網(wǎng)絡的有效范圍之內(nèi)，就可以隨時進行位置定位，而不受天氣、高樓、位置等等的影響。

缺點:通過計算基站信號差異而得出的位置坐標值，很明顯地遜于 GPS 的定位精度，受環(huán)境影響較大，在郊區(qū)和農(nóng)村可以將移動臺定位在 10~20 米范圍內(nèi)，在城區(qū)由于高大建筑物較多，電波傳播環(huán)境不好，信號很難直接從基站到達移動臺，一般要經(jīng)過折射或反射，因此定位精度會受到影響;其次是使用范圍較窄，LBS 雖然不會受到天氣、高架橋或高樓的影響，但如果超出手機的服務范圍，或者手機所處的基站數(shù)量不足，則無法進行 LBS 定位，從這一點上說不太適合野外使用。

定位精度:10-2000 米。

WIFI 定位

Wifi 定位，顧名思義，周圍必須有 wifi 才可以!WiFi 定位的目的是解決室內(nèi)精確定位，原理類似基站定位。WiFi 定位的條件是:1、必須具有 WIFISCAN 功能，可以掃描到周圍 wifi 的 mac 地址。2、必須能上網(wǎng)，移動數(shù)據(jù)或者 wifi 聯(lián)網(wǎng)皆可。

原理:

每一個無線 AP 都有一個全球唯一的 MAC 地址, WiFi 定位靠的是偵測附近周圍所有的無線網(wǎng)絡基地臺 (WiFi Access Point) 的 MAC 地址，去比對數(shù)據(jù)庫中該 MAC 地址的坐標，交叉計算出所在地。

優(yōu)點:

1.定位精度高，wifi 密集人流多的地方相當精確;

2.速度快;

3.周圍的 wifi 即使連接不上也能定位。在不依賴外部設備的情況下，沒有比 WIFI 定位更精準的室內(nèi)定位方式，室內(nèi)定位不精準，偏二三十米遠，這個問題當前科技無解。

缺點:

1.依賴wifiscan! 沒有 wifiscan 就不能定位;

2.必須處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)。

3.用戶被迫共享了一點流量

精確度:10~200 米

AGPS 輔助定位

AGPS 是輔助 GPS 定位的一種方法。AGPS 和 GPS 是一樣的,只是加上網(wǎng)絡的輔助而已，定位時，必須有 GPS 模塊存在，如果沒有 GPS 模塊，這種定位是不起什么作用的。A-GPS 定位是用來加快定位速度的，由于 GPS 冷啟動時，搜星速度很慢(需要把頭上二十多顆衛(wèi)星挨個搜一遍)，大約 2 分鐘才能搜到，合宙定位模組冷啟動 35s 左右就可以定上位。增加了 AGPS 定位之后可以利用基站大體定位下你所在的位置，然后通過網(wǎng)絡將這個位置發(fā)送到服務器，服務器根據(jù)這個位置將此時經(jīng)過你頭頂?shù)男l(wèi)星參數(shù)(哪幾顆、頻率、位置、仰角等信息)反饋給你的定位設備，設備上的 GPS 就可以很有目的的去搜索衛(wèi)星，此時你的搜星速度大大提高，幾秒鐘就可以定位。

原理:

接收機接收 GPS 星歷文件，通過解析可見 GPS 衛(wèi)星的位置、距離等信息以及相應算法得出自己的位置信息。

和 GPS 相比比優(yōu)勢:

1.搜星定位快，不管是冷啟動還是熱啟動都秒定

2.有效減少設備的電量消耗

3.緩解弱 GPS 信號情況下無法定位或精度降低的問題

4.對移動設備的計算能力要求更低。

缺點:

1.必須聯(lián)網(wǎng)，如果你的設備不能上網(wǎng)，或是停機了身邊又沒有 wifi，是沒法應用 AGPS 達到秒定效果的。

2.必須有 AGPS 位置服務器的支持 3.與 GPS 一樣，仍無法完美解決室內(nèi)(室內(nèi)無法接收 GPS 信號)定位的問題。

精確度:3~5 米

二、演示功能概述

本教程將演示如何使用 Air8000 的 GPS 功能，使用 agps 實現(xiàn)快速定位功能。agps 實現(xiàn)流程圖如下：

Air8000 的 AGPS 實現(xiàn)原理為：通過蜂窩基站或 Wi-Fi 定位獲取粗略位置坐標，再結(jié)合網(wǎng)絡下發(fā)的衛(wèi)星輔助數(shù)據(jù)（星歷），顯著縮短衛(wèi)星信號搜索時間并加速定位解算，最終實現(xiàn)快速精準定位。

注意：GPS 星歷文件能保持 4 小時，定位成功后會自動更新星歷。

由上面原理可知 Air8000 使用 agps 功能需要訪問兩個服務器，基站定位服務器和星歷下載服務器。(注意：如果使用的是專網(wǎng)卡，需要將下面兩個服務器配置在 sim 卡的白名單中，基站定位服務器和[星歷下載服務器] (download.openluat.com)。)

三、準備硬件環(huán)境

1、 Air8000 核心板

2 、GPS 天線

四、準備軟件環(huán)境

1. 燒錄工具Luatools；

2. 內(nèi)核固件文件（底層 core 固件文件）：LuatOS-SoC_V2005_Air8000；此頁面有新版本固件的話選用最新版本固件。

3. LuatOS 需要的腳本和資源文件：https://gitee.com/openLuat/LuatOS/tree/master/module/Air8000/demo/GPS

4. lib 腳本文件：使用 Luatools 燒錄時，勾選 添加默認 lib 選項，使用默認 lib 腳本文件；

準備好軟件環(huán)境之后，接下來查看如何燒錄項目文件到 Air8000 開發(fā)板中，將本篇文章中演示使用的項目文件燒錄到 Air8000 開發(fā)板中。

五、GPS 軟硬件參考

5.1 API 接口介紹

本教程使用 api 接口為:

https://docs.openluat.com/osapi/core/libgnss/

5.2 GPS 硬件設計

GPS 在硬件設計中天線部分是比較關(guān)鍵的，可以參考這篇文章：Air8000 GNSS 硬件設計指導：https://docs.openluat.com/air8000/luatos/hardware/design/gnssant/

在核心板上內(nèi)置 GNSS ipex 連接器，同時內(nèi)置 3.3V LDO, 用于有源天線供電。因此可以使用外部有源天線直接連接 GNSS 連接器。

注意：目前有源天線供電僅支持 3.3V 有源天線，請注意連接的有源天線的供電范圍。

六、代碼示例介紹

6.1 軟件代碼介紹

6.2 效果展示

可以看到?jīng)]有使用 agps 輔助定位需要 31 秒左右才能定位成功。使用 agps 后，注入星歷數(shù)據(jù)后 3s 左右就能定位成功

七、總結(jié)

本教程演示了 Air8000 如何使用 AGPS 來進行快速定位，并講解了 AGPS 的實現(xiàn)原理以及注意事項。

八 、GPS 常見名詞解釋

[1]GNSS：混合定位，不同于 GPS 定位，狹義上講的 GPS 系統(tǒng)，單指美國的 24 顆 GPS 衛(wèi)星以及地面上 1 個主控站、3 個數(shù)據(jù)注入站和 5 個監(jiān)測站及作為用戶端的 GPS 接收機組成的一整套系統(tǒng)。GNSS 是指通過觀測 GNSS 衛(wèi)星獲得坐標系內(nèi)絕對定位坐標的測量技術(shù)。 GNSS 是所有導航定位衛(wèi)星的總稱，凡是可以通過捕獲跟蹤其衛(wèi)星信號實現(xiàn)定位的系統(tǒng)，均可納入 GNSS 系統(tǒng)的范圍。國內(nèi)用戶接觸最多的應該是美國的 24 顆 GPS 衛(wèi)星，以及中國的北斗衛(wèi)星(截至到 2023 年 5 月 17 日 10 時 49 分，中國已有五十六顆北斗導航衛(wèi)星)，其余還有俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO、 日本的準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)、印度的 IRNSS(獨立的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，覆蓋印度領土及周邊 1500 km 范圍內(nèi)，提供定位精度優(yōu)于 20 米的服務)等其余定位系統(tǒng)。

[2]冷啟動：指在一個陌生的環(huán)境下啟動 GPS，直到 GPS 芯片和可用衛(wèi)星聯(lián)系并且計算出坐標的過程。以下幾種情況開機均屬冷啟動：

1. 初次開機使用時；

2. 電池耗盡導致 GPS 芯片內(nèi)星歷信息丟失時；

3. 關(guān)機狀態(tài)下將接收機移動 1000 公里以上距離。

也就是說，冷啟動是通過硬件方式的強制性啟動，因為物理距離較遠，或者時間間隔很久，GPS 芯片已經(jīng)把內(nèi)部的星歷信息清除掉，或者內(nèi)部的星歷信息完全失效。GPS 接收機失去衛(wèi)星參數(shù)，或者已經(jīng)存在的參數(shù)和實際接收到衛(wèi)星參數(shù)相差太多，導致 GPS 芯片無法靠星歷快速搜星，所以必須從新獲得衛(wèi)星提供的坐標數(shù)據(jù)。

這也是很多定位器（譬如車載定位器）啟動后，搜星時間長、定位耗時久的原因

[3]熱啟動：指在上次關(guān)機的地方?jīng)]有過多移動過，且距離上次定位時間小于 1 個小時。再次定位時，GPS 芯片通過軟件的方式，可以繼續(xù)使用之前的星歷快速搜星，實現(xiàn)秒定位。PS：普通的 GNSS 芯片，星歷最長有效期為 12 小時，故此星歷過期后，GPS 芯片無法使用星歷實現(xiàn)快速定位。

[4]溫啟動：指距離上次定位時間超過 1 個小時的啟動，搜星定位時間介于冷啟動和熱啟動之間的情況。

譬如某時間使用過 GPS 定位實現(xiàn) 3D FIX，GPS 芯片內(nèi)部生成星歷（或者外部灌入 AGPS 數(shù)據(jù)），那么在 1 小時內(nèi)啟動 GPS 芯片進行定位的行為就屬于溫啟動。啟動后，GPS 芯片首先會輸出上次的位置信息。因為上次關(guān)機前的經(jīng)緯度和高度已知，但由于關(guān)機時間過長，衛(wèi)星狀態(tài)發(fā)生了變化，之前 3D FIX 時的衛(wèi)星接受不到了，所以星歷中參數(shù)中的若干顆衛(wèi)星已經(jīng)和 GPS 接收機失去了聯(lián)系，GPS 芯片需要繼續(xù)搜星補充位置信息，所以搜星的時間要長于熱啟動，短于冷啟動。

[5]星歷：是用于描述太空飛行體位置和速度的表達式———兩行式軌道數(shù)據(jù)系統(tǒng)。衛(wèi)星、航天器或飛行體一旦進入太空，即被列入 NORAD 衛(wèi)星星歷編號目錄。列入 NORAD 衛(wèi)星星歷編號目錄的太空飛行體將被終生跟蹤。衛(wèi)星、火箭殘骸等飛行體成為太空垃圾時，仍被列入 NORAD 衛(wèi)星編號目錄，直到目標消失。衛(wèi)星星歷以開普勒定律的 6 個軌道參數(shù)之間的數(shù)學關(guān)系確定飛行體的時間、坐標、方位、速度等各項參數(shù)，具有極高的精度。衛(wèi)星星歷能精確計算、預測、描繪、跟蹤衛(wèi)星、飛行體的時間、位置、速度等運行狀態(tài)；能表達天體、衛(wèi)星、航天器、導彈、太空垃圾等飛行體的精確參數(shù)；能將飛行體置于三維的空間；用時間立體描繪天體的過去、現(xiàn)在和將來。衛(wèi)星星歷的時間按世界標準時間（UTC）計算。衛(wèi)星星歷定時更新。

[6]AGPS：輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（英語：Assisted Global Positioning System，簡稱：AGPS）指的是一種 GPS 的運行方式。它可以利用地面基地站的資訊，配合傳統(tǒng) GPS 衛(wèi)星，讓定位的速度更快

[7]有源天線：通常對于設備或車載機而言，由于設備與 GPS 接收模塊之間往往有距離，考慮到安裝的便利性可能會有超過 1 米的距離，在這種情況下我們只能選擇有源 GPS 天線，由于天線長度的信號衰減需要進行補償，一般有兩級低噪聲放大器(LNA)進行天線前端信號放大，放大后的信號經(jīng)電纜輸出，電纜同步提供 LNA 所需要的直流電壓

由于天線收到的信號在有源天線接受頭內(nèi)完成信號接受與天線放大，并且遠離 GPS 設備或其他電器設備，干擾源最小，而且安裝位置由于天線距離延長安裝位置可以選擇非常理想的環(huán)境，所以實際使用時往往感覺信號較強

[8]無源天線：使用無源 GPS 天線時，由于只有一個陶瓷片接收天空的衛(wèi)星信號，直接連接到模塊的 RF-IN 腳，這種聯(lián)接方式結(jié)構(gòu)簡單，而且標準的 25254 的陶瓷片成本低廉，技術(shù)成熟，占空體積小，適合于強調(diào)緊湊型空間 GPS 導航產(chǎn)品，藍牙 GPS,手機 GPS 及其他小型 GPS 消費類產(chǎn)品。

這種天線的布局是從天線的引腳直達模塊的 RF-IN 腳，這根導線需要進行 50 歐阻抗匹配，而且在天線附近不能有電磁干擾，對 PCB 的設計及整機的 EMI 設計要求較高，但如果設計得優(yōu)良的無源天線 GPS 產(chǎn)品同樣有非常好的表現(xiàn)效果，而且功耗比較低，無需考慮天線自身的功耗。

[9]半邊天以及開拓地帶：GPS 衛(wèi)星運行在距地 36000KM 的軌道上，信號強度相當弱（GPS 衛(wèi)星的功率有多大？）。GPS 的民用 C/A 碼從衛(wèi)星發(fā)出來的時候信號只有 27W 左右，達到地球的時候在-158.5dBW 以上。用對數(shù)形式表示可能不直觀，換算成十進制等于將近 0.0000000000000001W，相當小。所以，只有室外開闊的、無遮擋、晴好的地方，才能搜到更多的衛(wèi)星，SNR 值更高（陰天都會有影響哦），GPS 芯片才能更快、更好的實現(xiàn)定位。

半邊天一般指樓宇內(nèi)窗邊，打開窗戶，只能搜到一半天空的衛(wèi)星。

[10]定位糾偏：OpenLuat 的所有 GNSS 模塊均使用國際標準WGS-84坐標系，所以開發(fā)者在國內(nèi)常見地圖定位時，會發(fā)現(xiàn)與實際情況有幾十米甚至上百米的誤差。這并非模塊問題， 而是國內(nèi)地圖采用了非標坐標系所致。 國內(nèi)常見地圖如高德地圖使用GCJ-02坐標系， 百度地圖使用BD-09坐標系，故此開發(fā)者需要對模塊輸出的經(jīng)緯度進行加偏處理，才能在國內(nèi)的地圖上實現(xiàn)精確定位，坐標轉(zhuǎn)換可在合宙提供的坐標轉(zhuǎn)換網(wǎng)站上直觀的展示處理

[11]重捕：是指接收終端在丟失所接收信號狀態(tài)下，從重新接收到信號開始，至終端設備輸出符合定位精度要求的定位結(jié)果所需的時間。失鎖重捕時間反映了在接收機信號失鎖，定位中斷后重新恢復定位的速度。失鎖重捕時間短的接收機在易中斷環(huán)境中（如隧道等）的定位性能好，因此失鎖重捕時間可以有效評估車載終端的性能

[12]低噪聲放大器：主要用于接收信號的前端，放大天線從空中接收到的微弱信號，降低噪聲干擾，以供系統(tǒng)解調(diào)出所需的信息數(shù)據(jù)

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇