关于GPS外围设计的讨论

一、GPS基础知识

什么是GPS系统?

GPS主系统是居心叵测的老美发射运行的卫星系统,包含了27颗能持续发送地理位置海拔高度和时间信号的卫星,24个正常使用,3个备用,这些卫星平均分布运行在六个轨道上。一般来说,在地面上的GPS接收器能接收5~12个卫星信号,而为了获得地面上的定位坐标,GPS导航至少需要4个卫星信号,三个用来确定GPS接收器的纬度、经度和海拔高度,第四个则提供同步校正时间。全球定位系统由三部分构成:

太空卫星部份:由24颗绕极使用卫星所组成,分成六个轨道,运行于约20200公里的高空,绕行地球一周约12小时。每个卫星均持续着发射载有卫星轨道数据及时间的无线电波,提供地球上的各种接收机来应用。

地面管制部份:这是为了追踪及控制上述卫星运转,所设置的地面管制站,主要工作为负责修正与维护每个卫星能保持正常运转的各项参数数据,以确保每个卫星都能提供正确的讯息给使用者接收机来接收。

使用者接收机:追踪所有的GPS卫星,并实时地计算出接收机所在位置的坐标、移动速度及时间,各种蓝牙GPS即属于此部份。

我们通常所说的GPS,就是第3部分。

二、GPS应用基础

GPS gloabal Positioning System,主要分三大块,地面控制站、卫星、接收机。

主控制站,在美国科罗拉多。三个地面天线,五个监测站,分布在全球。主要是收集数据,计算导航信息,诊断系统状态,调度卫星这些杂事。

卫星,有27颗,距离地面20200公里。27颗卫星有24颗运行,3颗备用。这些卫星已经更新了三代五种型号。卫星发射两种信号:L1和L2。L1:1575.42MHZ, L2:1227.60MHZ。卫星上的时钟采用铯原子钟或铷原子钟,计划未来用氢原子钟,比我的手表准。

接收机,袖珍式、背负式、车载、船载、机载等等。一般常见的手持机接收L1信号,还有双频的接收机,做精密定位用的。

定位精度

谈到定位精度,就得说说SA和AS。什么是SA,AS呢? GPS的信号有两种C/A码,P码。

C/A码的误差是29.3m到2.93米。一般的接收机利用C/A码计算定位。美国在90代中期为了自身的安全考虑,在信号上加入了SA (Selective Availability),令接收机的误差增大,到100米左右。在2000年5月2日,SA取消,所以,咱们现在的GPS精度应该能在20米以内。

P码的误差为2.93米到0.293米是C/A码的十分之一。但是P码只能美国军方使用,AS(Anti-Spoofing),是在P码上加上的干扰信号。

俄罗斯有自己的卫星定位系统,全球导航卫星系统(GLObal NAvigation Satellite System)。欧洲也要发展自己的定位系统NAVSAT。中国也有自己的卫星定位,叫北斗,是双星系统,只能定位自己国家和附近的地区,而且目前只用于军方。

GPS的设置

GPS拿到手,如果是新机器要定位,已经提到了。另外,还有一些设置,常用的有坐标系、地图基准、参考方位、公制/英制、数据接口格式什么的。

坐标系:常用的是LAT/LON和UTM。LAT/LON就是经纬度表示,UTM在这里就不管他了。地图基准:一般用WGS84。参考方位:实际上有两个北,磁北和真北呀(简称CB和ZBY)。指南针指的北就是磁北,北斗星指的北就是真北。两者在不同地区相差的角度不一样的,地图上的北是真北。

公制/英制:自选。数据接口格式:这得细谈谈。GPS可以输出实时定位数据让其他的设备使用,这就牵扯到了数据交换协议。

几乎现在所有的GPS接收机都遵循美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association)所指定的标准规格,这一标准制订所有航海电子仪器间的通讯标准,其中包含传输资料的格式以及传输资料的通讯协议。NMEA协议有0180、0182和0183三种,0183可以认为是前两种的超集,现在正广泛的使用,0183有几个版本,V1.5 V2.1。所以,如果大家的GPS接收机如果要联上笔记本里通用的GPS导航程序,比如OZIEXPLORER和俺的GPSRECEIVER,就应该选择NEMA V2.0以上的协议。NMEA规定的通讯速度是4800 b/S。现在有些接收机也可以提供更高的速度,但没有什么用,4800就足够了。

象GARMIN,自己有一个mapsource软件,为了不让其他品牌的GPS使用该软件,就设计了私有的GARMIN协议,只有GARMIN的机器才能输出这种数据,而MAPSOURCE只能接收GARMIN协议,这样一来MAPSOURCE就只能让GARMIN的机器使用!

三、GPS接收机原理图


四、GPS模块


五、选择GPS方案所应考虑的几个方面

1、GPS芯片导航的准确性,最关键的是接受卫星信号的精度和算法。而卫星接收性能,主要由GPS的芯片决定。GPS的芯片相当于电脑的CPU。现在主流的是Sirf(瑟浮)三代芯片。具有20个卫星通道(sirf二代有12个通道)。其他的还有sony的芯片和瑞士的RFMD芯片。这些芯片在实际使用中的效果,和sirf的有明显的差距。

2、GPS电源人们在使用GPS的时候,一般都是在车上或者户外,而且有的时候,导航时间会比较长(比如长途旅行)。因此,在选择GPS的时候,要注意GPS的电源或者电池的能力。对于车载,一般的蓝牙GPS和一体机都有车载充电器。在徒步旅行时,各个产品的电池设计思路不同:有的采用和诺基亚电池通用的电池,让诺基亚手机用户有很多电池备用。有的采用大容量电池。有的干脆配备可以外接的干电池盒。这些都可以解决电源问题,关键看哪一种更适合自己。

3、GPS天线GPS天线可以增强接受能力,同时扩展接受范围。比如屋子里面收不到信号,通过天线,可以引导屋外。sirf三代芯片的GPS,在绝大部分使用情况下,都不用GPS天线。在贴金属膜的车内,一般也不需要。但是在特殊的情况下,比如天气情况不好、高层建筑物遮挡等情况下,可以购买天线最为备用。信号好的时候,安装天线也可以提高信号强度。

4、GPS产品特点可以说,每一款GPS产品,在设计的时候,都会有它的侧重点。一个产品不可能十全十美。比如有的机器侧重性价比,有的侧重小巧时尚美观,有的侧重功能多样性,有的使用大容量电池。因此,在选择的时候,也要根据自己的实际需要、喜欢类型和准备投入的多少来选择。

5、信誉应选择一些市场美誉度和知名度较高的产品。这样的产品质量可靠、稳定,监控准确且实时到位,可以确保车辆安全和管理方便。如市场上常见的四方通信车载GPS、华强等。

六、GPS应用


定位方式:GPS+北斗+格洛纳斯(三模定位)

定位速度更快

精准度更高

更低功耗

通讯方式:蓝牙BLE4.0+GPRS(GSM)通信

相同产品更低功耗

长连接/短连接可选

100%开锁率

供电方式:自带太阳能板+18650电池

免维护型配置

三年使用寿命

支持电子围栏

支持电子围栏设置

支持高精度定位


尺寸22.7*20*2mm

频段GSM850/GSM900/DCS1800/PCS1900

供电VBAT 3.4v~4.2v典型值3.8v

省电模式耗流1.4ma@DRX=2  1.1ma@DRX=5  1.03ma@DRX=9

耐温范围正常工作温度-35~75℃ 受限工作温度-40~85℃

GPRS数据特性内嵌协议TCP/UDP/FTP/HTTP等

短消息(sms)Text和PDU模式

实时时钟50Ω

GNSS(三模)     GPS/北斗/格洛纳斯

官网地址 http://www.nbiot.com.cn/

商务合作联系方式:15268159133 张小姐

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