室外定位技术主要依赖于GPS、北斗、GLONASS、GALILEO这些全球卫星定位导航系统;
什么是GPS定位模块、北斗定位模块
GPS定位模块、北斗定位模块就是卫星信号接收器,它是一个可以用无线蓝牙或有线方式与电脑或手机连接,将它接收到的卫星信号传递给电脑或手机中的GPS软件进行处理。我们常说的卫星定位模块称为用户部分,它像“收音机”一样接收、解调卫星的广播C/A码信号,卫星并不播发信号,属于被动定位。
卫星模块的应用关键在于串口通信协议的制定,也就是模块的相关输入输出协议格式。它主要包括数据类型与信息格式,其中数据类型主要有二进制信息和NMEA全国海洋电子协会数据信息。这两类信息可以通过串口与卫星接收机进行通信。
卫星模块通过运算与每个卫星的伪距离,采用距离交会法求出接收机的得出经度、纬度、高度和时间修正量这四个参数,特点是点位速度快,但误差大。初次定位的模块至少需要4颗卫星参与计算,称为3D定位,3颗卫星即可实现2D定位,但精度不佳。卫星模块通过串行通信口不断输出NMEA格式的定位信息及辅助信息,供接收者选择应用。
卫星模块定位原理
以GPS模块举例,24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上,以12小时的周期环绕地球运行,使得在任意时刻,在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。
由于卫星的位置精确可知,在GPS观测中,卫星到接收机的距离,利用三维坐标中的距离公式,利用3颗卫星,就可以组成3个方程式,解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差,实际上有4个未知数,X、Y、Z和钟差,因而需要引入第4颗卫星,形成4个方程式进行求解,从而得到观测点的经纬度和高程。
事实上,接收机往往可以锁住4颗以上的卫星,这时,接收机可按卫星的星座分布分成若干组,每组4颗,然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位,从而提高精度。
由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差,大气对流层、电离层对信号的影响,使得民用GPS的定位精度只有10米。为提高定位精度,普遍采用差分GPS(DGPS)技术,建立基准站(差分台)进行GPS观测,利用已知的基准站精确坐标,与观测值进行比较,从而得出一修正数,并对外发布。接收机收到该修正数后,与自身的观测值进行比较,消去大部分误差,得到一个比较准确的位置。实验表明,利用差分GPS,定位精度可提高到5米。
利用卫星作为参考点,即在卫星位置已知前提下,用户接收卫星信号计算到卫星距离在地面上进行三球交叉测量,从而计算接收器位置,定位方法是测量未知点与已知位置卫星之间的瞬时距离,主要有虚拟距离观测和载波相位观测两种测量方法。
卫星定位原理理论上来说可分为单点定位,相对定位两种,简单来说就是使用时间同步、单程测距的原理来实现定位,也就是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。
GPS定位的工作原理
通过和卫星交互获取经纬信息。
GPS定位的工作原理是基于手机内置的GPS硬件直接和卫星交互来获取当前的经纬度信息,这种定位方式精确度非常高,缺点是只能在室外使用,室内基本收不到卫星信号。
网络定位的基本原理是根据手机当前网络位置的三个基站进行测速,一次计算出手机和每个基站之间的距离,在通过三角定位确定出一个大概的位置,这种定位方式精确度一般,但有点是在室内和室外都可以使用。