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    从北斗覆盖全球说起 手机导航是如何越来越准的

      [  中关村在线 原创  ]   作者:余航   |  责编:周博林

    近期在科技领域传来一个振奋人心的消息是北斗导航完成全球组网。这意味着中国已经可以摆脱美国GPS的技术限制使用自主可控技术的导航了。现代化社会对于定位有着极高的需求,不论是打车、点外卖还是导航,都会有卫星定位参与其中,普通人的生活已离不开卫星定位,因此北斗导航的全球组网才会有如此重要的战略意义。

    再联系到生活实际,近些年智能手机在定位的精度方面有了质的飞跃。那么大家对于卫星定位技术了解多少呢?全球范围内有哪些卫星导航技术呢?手机为什么会在卫星定位精度方面有了突破呢?手机定位导航是如何一步步实现当前的高精度的呢?今天我们就借着“北斗”的热度和大家科普一下。

    01 卫星定位原理是什么?全球范围内有哪些卫星定位系统?

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    卫星定位三大部分,图片来源百度百科

    卫星定位技术是利用人造地球卫星进行点位测量的技术。在地球上观测到3颗人造卫星即可实现精准的导航、定位、授时等功能。整个卫星定位系统由三大部分组成,分别是空间部分(人造卫星)、地面部分(地面监控站)与设备部分(卫星信号接收设备)。

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    三球定位原理

    目前能够实现全球卫星定位的定位技术原理都是相同的,采用的是三球交汇的几何原理。具体流程为:(1)设备端搜寻卫星,并测出自身到三颗卫星的距离。(2)卫星的位置精确可知,并传递给用户。(3)三颗卫星均以卫星为球心,卫星到设备端的距离画一个球面。(4)三个球面会得到两个相交的点,排除掉一个不存在地球上的点即为用户位置。

    值得注意的是,三颗卫星的定位并不是特别准确,这是因为尽管三颗卫星能够实现定位,但因为误差存在且不可避免的原因,三颗以上的卫星才能实现高精度的定位。

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    目前真正意义上的全球导航卫星系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)有美国的GPS(Global Positioning System),俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS,Global Navigation Satellite System)和欧盟主导的伽利略卫星导航系统(Galileo Satellite Navigation System)。

    从北斗覆盖全球说起 手机导航是如何越来越准的 日本的准天顶卫星系统覆盖区域

    除了能够实现全球定位的卫星系统外,还有能够实现区域定位的卫星系统。如日本的准天顶卫星系统(QZSS,Quasi-Zenith Satellite System),这是一个GPS在日本本土复杂环境中的补充和增强系统,这个系统依赖GPS系统,没有GPS,这套系统无法使用。日本的准天顶卫星系统覆盖区域主要为亚太地区。同样原理的还有印度的GAGAN系统。

    在GAGAN系统的基础上,印度研发了印度区域导航卫星系统(IRNSS/NAVIC,Indian Regional Navigation Satellite System ),这套系统可以给印度以及印度周边1500公里内区域提供实时定位和授时服务。

    目前我们已经了解了卫星定位的原理,目前主流存在的卫星定位系统,接下来我们就要解读手机定位是如何越来越精准的。

    02 影响手机端卫星定位的原因是什么?

    影响卫星定位精度的原因有两方面,其中一个是大气电离层对于卫星电磁波的影响,其二是电磁波传输中的多径效应

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    大气电离层在阳光照射下充满了离子与电子,卫星电磁波信号经过电离层时会发生折射,而这种折射会导致一定的延时,这对实际的定位精度有一定影响,很多科学家认定大气电离层引起的误差占到所有误差的60%。

    多径效应指的是电磁波经不同路径传播,到达接收端的时间不同,从而对原来信号的真实性造成一定影响。如在建筑较多城市中定位忽左忽右的主要是多径效应导致卫星信号衰落引起的。

    03 为了在手机实现精准定位,人们做了哪些努力?

    手机定位经历了一个从无到有,从有到好用的过程。这个过程是逐步完善的,逐步完善流程为:基站定位→增加卫星定位模块→增加A-GPS定位辅助技术→双频卫星定位技术。

    基站定位

    基站定位(LBS,Location Based Service),是基于基站与手机之间通信时差来计算当前的大概位置的定位技术。

    从北斗覆盖全球说起 手机导航是如何越来越准的 基站定位原理

    基站定位的精度并不高,误差从100米到上千米不等。误差来源是基站与定位的位置与基站的密度。基站数量越多,密度越高,定位精度就越高。基站与手机之间阻碍越少,精度就越高。

    卫星定位

    从北斗覆盖全球说起 手机导航是如何越来越准的 当前国内智能手机可识别到的卫星定位系统

    卫星定位则是通过手机内置的卫星定位模块接收卫星信号进行定位的技术。这里不再赘述。

    A-GPS定位辅助技术

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    A-GPS定位辅助技术原理

    A-GPS(Assisted GPS)即辅助GPS技术,这是一项GPS的辅助增强技术。这项技术是将卫星定位技术和基站定位技术结合诞生的一项新技术。工作原理是手机通过基站定位当前位置,A-GPS服务器将当前位置能够接收的卫星参数反馈给手机,手机快速实现卫星定位。

    双频卫星定位技术

    双频卫星定位技术是通过同时接收低码率和高码率两种卫星信号实现精确定位的技术。低码率信号接收速度快,定位精度差,主要是让接收端快速定位;高码率信号接收速度慢,定位精度高,主要提升接收端的定位精度。双频卫星定位技术有效降低大气电离层带来的误差,提升了手机定位的精度,双频卫星定位技术是当前手机定位中的主流技术。

    定位技术在智能手机的发展来看,手机定位是一个逐步发展完善的过程。如果实现无人驾驶,卫星定位在未来必将会在手机上演变出双频双系统卫星定位技术等“花活”满足更为苛刻的使用需求。

    总结

    回到开头的北斗导航上,像这种能够全球覆盖的卫星导航技术在搭建过程中需要很强的技术门槛与资金门槛,而北斗导航的全球组网反应的是我国在科技方面的极力追赶,特别是北斗导航的技术是握在我们手上的,安全性与可靠性无需多言。

    从手机端卫星定位技术的演进路线看,民用卫星定位技术的精度越来越高,时代的科技红利被我们尽情享用,这是科技带给个人最大的便利。不过,大家在使用卫星定位技术时一定要注重保护自己的位置数据,不要随意授权不靠谱的App获取位置信息,保障个人信息财产安全。

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