辅助全球卫星定位系统

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辅助全球卫星定位系统(Assisted Global Positioning System,AGPS)

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什么是辅助全球卫星定位系统[1]

  辅助全球卫星定位系统是一种GPS的运行方式。它可以利用手机基地站的资讯,利用基地台代送辅助卫星信息,结合GSMGPRS与传统GPS卫星定位,可以缩减GPS芯片获取卫星信号的延迟时间,定位的速度更快,同时,受遮盖的室内也能借基地台讯号弥补。目前,日本和美国都已经成熟运用AGPS于移动位置业务LBS(LocationBasedService,简称LBS)服务。

辅助全球卫星定位系统的特点[1]

  由美国Qualcomm公司提出了的AGPS定位技术解决方案,其定位原理:GPS接收设备整合在移动设备(MS)中,在需要确定MS的位置时,MS将通过无线网络从定位服务器(LS)中接收辅助数据,利用这些辅助数据,MS能够快速锁定GPS卫星信号并进行距离测量.最后通过定位服务器或移动设备计算得到MS的三维位置。这种定位技术能够使AGPS的灵敏度比常规的GPS测量提高20~25dBt”,定位时间一般仅需几秒,定位精度一般为5~50m。

  在移动定位服务中,AGPS相比于其它的基于网络的定位技术(如Cell—ID、E—OTD、TOA),AGPS具有灵敏度高、定位时间短、功耗低、定位精度高、工作环境广的特点。但是它也需要更换移动设备,需要在移动台中增加GPS接收芯片。同时网络也要做适当的调整,需要在网络中增加定位服务器等设备,但网络改动不大,网络投资较少。

  在AGPS工作过程中,移动设备需要获得定位服务器Ls提供的辅助数据,即:卫星导航数据、卫星信号多普勒参数、时间参数、可见卫星PRN码、MS近似位置等数据。所有的辅助数据主要有以下两方面的作用:

  (1)在锁定卫星信号的过程中减少对GPS卫星的搜索时间,提高定位速度。Ls提供了MS定位时可能接收到信号的所有GPS卫星的PRN码,同时也提供了对应GPS卫星的信号多普勒参数,因此在MS的接收过程中并不需要搜索所有GPS卫星,只需要对Ls提供的GPS卫星进行搜索。MS根据自己所处的近似位置,可以很快地捕获到卫星信号,时间可以缩短到几秒钟,这使得定位响应时间大大减少。

  (2)提高MS测量卫星信号的灵敏度。因为MS在接收卫星信号的过程中,并不需要解调50Hz的GPS卫星导航数据。这是与常规GPS测量的最大不同之处。在常规的GPS测量中,对卫星PRN码的捕获是在本地复制卫星PRN码,通过码相关技术来确认卫星信号。由于常规GPS测量需要解调50Hz的GPS卫星导航数据,所以码相关积分时间不能超过50Hz卫星导航数据的一个周期,即20ms。而在AGPS中,LS已经提供了GPS卫星导航数据。MS在进行码相关积分时,已经知道了卫星导航数据的状态,因此码相关积分时间完全可以超过20ms的界限。这可以使信号灵敏度提高多达6dB.而在信号衰减较大的环境中测量时信号灵敏度还会提高更大。

辅助全球卫星定位系统的工作过程[1]

  AGPS由移动定位设备、定位服务器设备及移动网络组成.如图1所示。

Image:AGPS网络结构图.png

  AGPS的工作方式采用C/S(Client/Server,用户/服务商)结构模式。定位的基本过程:①需要由MS或者网络向LS定位服务器提出定位请求;②LS响应定位请求向MS发送辅助数据;③在收到辅助数据后,MS根据辅助信息,启动接收装置接收并保存0.1S到1S的GPS卫星数据,然后关闭接收装置,整个卫星数据的接收过程一般不超过1s;④利用MS中内嵌的专用数字信号处理器(DSP),采用快速卷积算法计算MS到GPS卫星的伪距观测值;⑤MS把测量观测值发送给LS,由LS完成位置计算,同时把定位结果发送给定位请求者。AGPS的工作流程图见图2。

Image:AGPS工作流程图.png

  AGPS主要有基于移动设备(MS)定位和基于移动设备辅助定位服务器(Ls)定位两种工作模式。二者的主要区别在于:前者是在MS中计算位置,MS借助于Ls提供的辅助信息,接收卫星信号,并测量用户到卫星的距离,然后在MS中计算用户的位置;而后者是在IJS中计算位置.MS在测量用户到卫星的距离后,把所测量的距离值提供给定位服务器LS,由LS来完成用户的位置计算。

辅助全球卫星定位系统的应用[2]

  A—GPS系统的主要业务是为用户提供精确的位置信息.传统的GPS定位技术虽然在很多行业获得了广泛而成功的应用,但对于大众用户显得有些遥远而陌生,A—GPS定位技术被移动运营商用作位置服务的技术后,通过其市场推广,这种高精度的定位技术距离公众的使用前进了一大步.通过基于位置的业务,终端用户就可以方便地获知自己或他人目前所处的位置,并用终端查询其附近各种场所的信息。

  日本在商业中采用高精确度定位解决方案,世界上最大的GPS运营商日本KDDI公司,也是日本唯一的CDMAOne运营商,目前利用高通公司的GPSONE结合A—GPS定位技术为用户提供高精度的定位.NTTDoCoMo推出的PDC网络的DoCoNavi业务也采用该定位技术.国内的联通公司采用A—GPS定位技术的GPSOne定位业务“定位之星”于2003年上半年在7个省市推出,由于无线芯片提供商将具有GPSOne功能的芯片无缝集成到其手机芯片组MSM中,手机厂商无需改变设备的外形尺寸或价格,即能提供精确定位功能,而且成本极低,只需2~3美元,这对于高精度的A—GPS定位技术对于大众的普及是至关重要的.中国移动通信采用的GSM制式的网络,开发了采用A—GPS定位技术的位置服务,由于A~GPS终端的限制,主要面向行业用户提供业务。

  在A—GPS的行业应用领域中,车辆及其它运输工具应用所占的比重在所有应用中居首位,约占总数的5O左右,因为高速行驶中的交通工具对于位置的需求是最大的.车辆应用系统一般分为两大类:车辆跟踪系统和车辆导航系统,可以提高运输的效率及安全.对于从事银行运钞、医疗救护、消防等任务的车辆,这种高精度的位置服务是极其重要的;对于出租车、公共交通车辆,采用A—GPS定位服务,则可以提高运营效率及服务质量

参考文献

  1. 1.0 1.1 1.2 陈挺伟.浅析移动位置业务中的AGPS定位技术[J].江西水利科技.2014,2
  2. 王文宇.A-GPS(网络辅助全球定位系统)技术[J].北京建筑工程学院学报.2004,4
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