个人博客：xiuxiuing.gitee.io/blog
GPS定位实现原理解析
什么是GPS定位/h4>
我们手机上的GPS定位，是卫星定位的一种约定俗成的说法，严格来说应该叫做GNSS（GlobalNavigation Satellite System）定位。因为GPS确实只是GNSS的一种，是美国部署的一套全球卫星系统。这套系统给个简单的描述，就是
- 天上有24颗卫星在不断的绕地球运动（下图左），
- 每颗卫星不断发送“我是谁，我在哪里”的信号
- 接收机（比如手机GPS芯片）收到了多颗卫星发出的这样的信号，根据信号传播时间推算出离卫星的距离，进而解出了接收机自己的位置，顺便可以得到当前准确时间（下图右）。
上图中，可见22颗卫星，锁定使用了20颗卫星，左面的国旗揭露了奥秘，是的，现在手机的所谓GPS接收模块中，很多都拥有多种卫星的接收能力，实际可用的卫星主要是三种：GPS、格洛纳斯、北斗。多个卫星系统共同定位，产生比单一GPS更好的定位效果。
如何确定你的手机支持哪些卫星呢为一个使用者，可以直接下载GPS软件来看国旗的颜色来大致了解，作为一个开发者，可以获取GPS的卫星伪随机码作为编号，具体可参看Android中关于GPSStatus类的描述。
之所以多套卫星定位系统存在的原因，要从部署卫星定位系统的初衷说起。一个国家部署卫星定位系统，主要目的是为了在作战中，能精确定位，便于精确调度进行打击。当然在平年代（比如说当代中国），这种卫星系统更普遍地出现在民用领域，如车载导航仪等。
那么就会有人问，既然这样，为什么要另起炉灶，部署那么多套呢如中国为什么不沿用GPS，而要花大量人力做一套北斗系统呢因就是GPS卫星的部署者（美国军方）是可以对信号设置干扰的，一旦干扰产生，普通的接收机便无法正确定位，而美国由于知道具体的干扰加密策略，它可以无损解密，依然正常定位。从技术角度说，形成GPS垄断难度并不大（当然这样也确实非常损人品），这样的后果却是很不可想象的——首先对中国主权构成很大的威胁，其次各行各业的正常生产也都会受到极大的影响。因此，一个有实力的国家，都应该有一套属于自己的卫星导航系统。
自从2000年中国发射了第一个北斗导航卫星至今，已经有17颗卫星在天空中默默地提供定位服务，目前北斗只能在亚太地区提供局部的定位能力，当所有35颗卫星都发射完毕后，就可以提供全球范围的定位服务，届时北斗系统的定位能力便可正式比肩GPS。关于GPS搜星的速度讨论
刚才说到GPS定位慢，这个确实不假。接下来我们细致的讨论下，为什么慢，以及在手机里是如何解决这个问题的。
搜星时间长，主要是两个因素构成的：第一是GPS信号的解调，可以认为需要用类似穷举的方式解出来真正的信息；第二是GPS卫星发送30秒一次的循环电文，这个循环电文已经包含了这段时间每一瞬间的卫星位置，一般总得一个循环完成后，才能收集到足够可以推算设备位置的信息。对于冷启动来说，后者是免不了的，前者则取决于接收机软硬件的优劣，这就是所谓GPS在没有任何知识的情况下启动至少要持续30秒的原因。
但实际上，有时候打开地图软件，都是看到瞬间定位，而有时候则可能几分钟乃至几十分钟都无法定位成功，这又是为什么/p>你看到地图app定位成功，不一定都是GPS定位
首先，wifi定位已经可以做到很不错的精度，甚至在室内可以做到5M，这个精度已经不比GPS差了，在室外，wifi定位也可以做到20M量级，也就是比GPS稍稍差一些，在高楼林立的区域，wifi定位的精度会比GPS更好。
其次，在新版Android和市面上可见的IOS系统上，刻意屏蔽了“GPS是否定位成功”这么一个信息，表现为一旦使用定位，位置图标即展现，并且不闪烁（老Android系统，会有闪烁来表达GPS没有定位成功），以至于用户无法知道到底这个定位结果是谁产生的。
我们之前的讨论说起过，wifi定位，是可以瞬间完成的，所以这一切产生了“GPS”定位很快的错觉。卫星分布状态不一定允许快速定位
下图是上海延安路高架下在静安区的真实轨迹（黄色）和GPS轨迹（绿色）对比。
图中右面有个高楼，接收机（手机）收到的某卫星的信号，实际由两个分支构成，一部分是直射，一部分是发射到墙上再反射回来的卫星，GPS可能会被这样的信号所欺骗，甚至以为右面那部分信号才是直射过来的信号，于是就导致了它计算信号传播时间就错了，最终定位发生很大偏差。GPS能知道自己算错了吗/h4>
如果你是个开发者，就会知道，各种手机系统几乎都提供对GPS定位获取误差的API接口，那么GPS能知道自己算错了吗又是如何计算其误差的呢br> 答案很复杂，一句话没法把这个问题说清楚，得分四种场景：
- GPS定位实际误差小，GPS认为自己误差小：天空无遮挡，卫星分布均匀，每颗卫星信噪比都很好，GPS选择了形状最饱满、信噪比最高的几颗卫星加以定位，因此其对定位误差很有信心。
- GPS定位实际误差小，GPS认为自己误差大：典型的是在较高的公共汽车和火车车厢里，这种情形信号强度很弱，但各颗卫星同等减弱，所以实际定位效果还可以，GPS却认为这个信噪比不靠谱，对此无信心，因此给出很大的误差半径。
- GPS定位实际误差大，GPS认为自己误差小：这是个严重误判，主要出现在高楼区域（最典型的如CBD），这些区域其实信号遮挡并不明显，卫星数并不少，有时候还会非常多，但某些卫星通过光滑表面（玻璃高楼）反射到接收机，GPS接收机被欺骗，误以为这个卫星发射过来的信号是“单一直射”过来的，从而采纳了这颗卫星的传播时间用来定位，当多颗卫星存在这种情形，而且总卫星数非常多时，卫星分布也非常饱满，则GPS接收机就会乐观过度，悲剧就此发生。
- GPS定位实际误差大，GPS认为自己误差大：主要出现在明确遮挡的区域（最典型的如高架下），某些的信号强度变得很差，从而接收机便不太信任这颗卫星。但身不由己，能用的卫星数太少，GPS接收机不得不用它来定位，所以卫星降低了对位置准确程度的预期，给出一个很大的半径。
如何改善高楼区域的GPS定位精度/h4>
笔者先给出结论，纯粹靠端，并且把接收机当成黑盒，是无法做到的。
近年，学术界研究这玩意的Paper并不少，大致思路是两类：
第一个思路，真是在端上做，但不把接收机当成黑盒，而深入修改定位逻辑，显然开发者是做不了这个事情的。最多也只是极少数对驱动精通的人能做，app开发者是做不了的——试问Android和IOS开放了GPS接收机内部解算逻辑了吗有。其实这和radio内部是黑盒一样的，你见过哪个开发者声称能改善手机拍照性能、改善音频播放音质、改善信号质量吗S根本没把基本功能的实现逻辑开放出来，怎么改善能改善的都是耍流氓。
第二个思路，有可能能在手机上做，但paper一般基于楼的轮廓建立反射模型，举个例子，附近不是有个楼吗个楼多高，楼的地面轮廓是什么，我们都知道了，然后就根据卫星的细节情况（如方位、仰角、信噪比、是否参与定位）来猜测某些卫星发射到手机的信号，是不是会受到干扰，如果两者连线穿过了楼，那么我们就有理由认为，这个卫星信号的传播距离可能比实际的要长，从而我们就把定位结果朝这个卫星的位置做一些修正。
就第二个思路，要想做好也是很困难的，因为这个思路从原理上说，有很多想当然的前提。比如，当时用户真实的位置并不知道，所以判断是否有反射也就无从谈起，只能将其作为隐变量来迭代求解。其他的坑也很多，如楼的数据从哪里搞来要说可以去人肉采集的，那我想先问一个问题，先不说楼高度如何测量，你在人肉测绘楼轮廓的时候，是不是也用GPS了你是如何保证当时楼轮廓的测量结果是准确的呢br> 不过，判断GPS是否真正的飘，这个比确定设备在GPS漂移时的真正位置，还是要容易一些的。首先GPS本身就给个半径出来，这个半径虽然不准，但也可以作为参考。其次GPS还有大量的卫星分布细节信息，是足以结合云端的统计结果来判断是否漂移的。只要能识别出GPS定位的真正误差，其意义就已经很大了，如在导航中，就会避免误偏航，在定位中，就可以用WIFI定位结果来替代GPS，做到真正的双向融合。不过，这个工作对开发者的模式识别功底，还是挺考验的。来源：咻咻ing
声明：本站部分文章及图片转载于互联网，内容版权归原作者所有，如本站任何资料有侵权请您尽早请联系jinwei@zod.com.cn进行处理,非常感谢！