AGPS简介

 

AGPS简介

 

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1. GPS 确定位置的基本原理    

　　

    GPS 信号传输时间

    每一个 GPS 卫星里至少有四个原子钟，原子钟是当前众所周知的最精确的设备，每3万年到100万年最多慢一秒。为了使他们更精确，他们从地球上不同点上进行定期的调整和同步。每一个卫星以1575.42MHz频率向地球发送自身精确的位置信号和准确的时间信号。这些时间以光速传播300， 000km /s，信号到达卫星正下方地球表面的时间将近67.3ms。信号每传输一公里的时间是3.33微秒。如果你想确定你在陆地、海里或空中的位置，所有你所需的就是精确的时间，将卫星信号到达的时间和卫星发射的发射时间，这样就可能决定传输时间。

 

    定位点到卫星的距离 S 可以通过传输时间τ来决定： S = τ×C 式中 C 是光速。测量信号传输时间和到卫星的距离并不足以计算出三维空间位置，这需要四个独立的方程，因此需要和四个不同的卫星来计算确切的位置。

    三维空间中位置的确定

    事实上，要确定三维空间的位置，需要三颗卫星，如果到三颗卫星的距离已知，三颗卫星的坐标已知，则三维空间位置也就可知。空间所有的点都可以落在到三个卫星距离为半径的球的表面，而要确定的点就是三个球表面的交点。如下图：

 

    以上我们设想能精确进测量出信号的传输时间，但事实并非如此，对于一个 GPS 接收机，要测量精确的时间，一个高精度的同步的时钟是必须的。如果传输时间仅一微秒的误差，这将造成位置计算上 300 米 的误差。由于卫星上的时钟都进行了同步，所以几颗卫星到测量点的传输时间的误差值是相同的，这时可以通过数学方法来消除时间误差的影响。同时我们还需牢记的是当计算时，有 N 未知变量，需要 N 个独立方程。如果时间测量伴随差一个恒定的未知误差，要确定三维空间位置，我们有四个未知的变量。

经度（X）

纬度（Y）

高度（Z）

时间误差（Δt）

 

    所以为了确定这四个未知的变量，需要四个独立的方程，四个不同的卫星提供所需的四个传输时间。所以28颗卫星的分布方式是：在地球上任何时候任何一个点上，同时能“见到”至少四颗卫星。

 

2. AGPS

A-GPS系统是在通讯系统的基础上，加上A-GPS服务器等组成，A-GPS服务器有一个参考的GPS接收器，它面对空旷的天空，和接收和用户接收机同样的GPS卫星信号。A-GPS系统中的用户端设备，除了有通讯功能外还是一个GPS接收机。A-GPS服务器的主要功能是计算出相关辅助信息，并传送给传输设备。

 

A-GPS辅助信息可以通过两种方式传输：

    一是通过无线通讯网络。如A-GPS服务器连接到移动交换中心， 通过无线基站将辅助信号以无线的方式发送给终端用户。CDMA和GSM都有相关标准定义A-GPS服务，相关标准定义了A-GPS服务器与终端用户之间传输的信息内容、格式等。标准3GPP 2 C .S0022-0，又称 TIA/EIA/IS-801-1，定义了CDMA和CDMA2000网络中基站和移动终端之间传输的信息。GSM协议的标准是 3GPP TS O4.31。 

二是通过互联网。通过互联网是这两年才发展起来的，3GPP2编写了适用于CDMA和CDMA2000的标准 X.S0024-0，3GPP 编写了适于GSM和WCDMA的 SUPL标准。 

 

3. A-GPS系统主要优势

      A-GPS大缩短首次定位时间：

    A-GPS服务器主要的任务是提供GPS信号的近似的多普勒频偏，A-GPS服务器有一个参考的GPS接收机，能计算出卫星信号的多普勒频偏，A-GPS服务器将多普勒频偏信息发送给其他手持GPS接收机，这样手持GPS接收机的搜索空间大大减少，只对很少的几个频率区（Frequency bins）进行搜索，首次定位时间（TTFF）也就可以减小到只有几秒。而传统的GPS接收机要在整个频率范围内进行搜索。下图是A-GPS接收机搜索范围。

 

    A-GPS可以提高接收机的灵敏度：

在GPS接收机中，会对每个频率区（frequency bins）中的所以代码延迟（1023chips）进行搜索，对每一个代码延迟位进行搜索的时间叫“积分周期（integration period）”，对强信号，1ms的积分周期就以足够，而对于弱信号，必须延长积分周期来改善相关器输出的信噪比。因为A-GPS已知了多普勒频偏，搜索的频率范围减少，因此GPS接收机可以增加每个代码延迟位的积分时间，这样相关器输出信号幅度提高，接收机的灵敏度得以提高。当然，并不是积分时间越长越好，他会带来一些其他的问题，如首次定位时间延长等。

 

4. A-GPS方案的两种模式

 

 

 

    当前，通过无线通讯系统实现的A-GPS方案有两种运营模式：基于用户终端的A-GPS（UE-based A-GPS，MS-based A-GPS）和用户终端辅助的A-GPS（UE-asisted A-GPS，MS-asisted A-GPS）。 基于用户终端的A-GPS中用户位置的计算在用户终端设备，然后发送到通讯网络。而用户终端辅助的A-GPS中位置的计算在通讯网络，用户接收GPS信号，计算出基于时间的距离信号并发送到通讯网络，通讯网络计算出用户的位置。用户终端设备两种模式都支持。

 

    用户终端辅助的A-GPS系统中传送的主要信息：

    1、从用户端送到A-GPS服务器的信息：

定位请求

用户大概的位置

基于时间的伪距数据

 

    2、从A-GPS服务器送到用户端的信息：

可见卫星列表

见到的卫星的多普勒频偏和代码相位或近似的终端设备位置及星历

GPS参考时间

 

    用户终端辅助的A-GPS方案中需短的下载时间，利用通讯网络资源计算用户位置，这样加快了位置计算过程，用户端不需要有额外的计算功能。缺点是辅助信息有效时间短，上传数据较多。

 

    基于用户终端的A-GPS系统中传送的主要信息：

    1、从用户端送到A-GPS服务器的信息：

定位请求

用户大概的位置

计算出的位置信息

 

    2、从A-GPS服务器送到用户端的信息：

可见卫星列表

见到的卫星的多普勒频偏和代码相位

精确的卫星轨道数据（星历），2-4小时内有效，也可扩展到卫星可见的整个周期（12小时）

DGPS校正数据

GPS参考时间

卫星实时完整性（故障或失灵卫星信息）

 

    基于用户终端的A-GPS方案中，位置计算在终端设备，这就要求设备中要增加相关存储器RAM和ROM，并需要一定的计算能力（几MIPS）。另外是需长时间下载辅助数据，减缓了计算过程。用户终端可以做为一个独立的GPS接收机，可以用于其它的GPS功能。用户终端上传的数据相对少，大部分辅助数据有效时间达2-4小时。

 

5.        AGPS的具体工作原理如下所示：

 (来源不详, 好像是台湾人所作)

a. AGPS手机首先将本身的基站地址通过网络传输到位置服务器；

 

b. 位置服务器根据该手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；

 

c. 该手机的AGPS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；

 

d. 手机在接收到GPS原始信号后解调信号，计算手机到卫星的伪距（伪距为受各种GPS误差影响的距离），并将有关信息通过网络传输到位置服务器；

 

e. 位置服务器根据传来的GPS伪距信息和来自其他定位设备（如差分GPS基准站等）的辅助信息完成对GPS信息的处理，并估算该手机的位置；

 

f. 位置服务器将该手机的位置通过网络传输到定位网关或应用平台。