四川拓圖偉業(yè)測繪科技有限公司
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閱讀：616發(fā)布時(shí)間：2021-9-23
GPS模塊是什么
我們常說的GPS定位模塊稱為用戶部分，它像“收音機(jī)”一樣接收、解調(diào)衛(wèi)星的廣播C/A碼信號，中以頻率為1575.42MHz。GPS模塊并不播發(fā)信號，屬于被動(dòng)定位。通過運(yùn)算與每個(gè)衛(wèi)星的偽距離，采用距離交會(huì)法求出接收機(jī)的得出經(jīng)度、緯度、高度和時(shí)間修正量這四個(gè)參數(shù)，特點(diǎn)是點(diǎn)位速度快，但誤差大。初次定位的模塊至少需要4顆衛(wèi)星參與計(jì)算，稱為3D定位，3顆衛(wèi)星即可實(shí)現(xiàn)2D定位，但精度不佳。GPS模塊通過串行通信口不斷輸出NMEA格式的定位信息及輔助信息，供接收者選擇應(yīng)用。
GPS模塊性能的*價(jià)指標(biāo)主要有接收靈敏度、定位時(shí)間、位置精度、功耗、時(shí)間精度等。模塊開機(jī)定位時(shí)間在不同的啟動(dòng)模式下有很大不同。一般來說，冷啟動(dòng)時(shí)間是指模塊內(nèi)部沒有保存任何有助于定位的數(shù)據(jù)的情況，包括星歷、時(shí)間等，一般標(biāo)稱在1分鐘以內(nèi);溫啟動(dòng)時(shí)間是指模塊內(nèi)部有較新的衛(wèi)星星歷(一般不超過2小時(shí))，但時(shí)間偏差很大，一般標(biāo)稱在45秒以內(nèi);熱啟動(dòng)時(shí)間是指關(guān)機(jī)不超過二十分鐘，并且RTC時(shí)間誤差很小時(shí)的情況。一般標(biāo)稱在10秒以內(nèi);重新捕捉時(shí)間就如同汽車鉆過了一個(gè)隧道，出隧道時(shí)重新捕捉衛(wèi)星。一般標(biāo)稱在4秒以內(nèi)。
如果模塊在定位后放的時(shí)間很久，或模塊在定位后運(yùn)輸?shù)綆装俟镆酝獾牡胤剑@樣模塊內(nèi)部有星歷，但是這個(gè)星歷是錯(cuò)誤的或不具有參考意義的。在這些情況下，定位時(shí)間可能要幾分鐘甚至更久的時(shí)間。所以一般GPS模塊出廠時(shí)要將模塊內(nèi)部的星歷等數(shù)據(jù)清掉，這樣客戶拿到模塊后可以冷啟動(dòng)方式快速定位。
定位精度可在靜態(tài)與動(dòng)態(tài)情況下進(jìn)行考察，且動(dòng)態(tài)定位效果優(yōu)于靜態(tài)定位。GPS模塊所標(biāo)稱的定位參數(shù)是指在*開放的天空下，衛(wèi)星信號優(yōu)良的情況下測得。所以在常規(guī)的測試中很難達(dá)到標(biāo)稱的定位時(shí)間與定位精度。常見的水平定位精度描述方式有兩種：一是mCEP，即圓概率誤差，意指測出的點(diǎn)有50%的概率位于一個(gè)以真實(shí)坐標(biāo)為圓心，以m為半徑的圓內(nèi);二是m2DRMS，即2倍水平均方根誤差，意指測出的點(diǎn)有約95.5%的概率位于一個(gè)以真實(shí)坐標(biāo)為圓心，以m為半徑的圓內(nèi)。
GPS模塊精度
GPS模塊的定位精度取決于很多方面，比如來自于GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星鐘差及軌道差、可見GPS衛(wèi)星數(shù)量及幾何分布、太陽輻射、大氣層、多徑效應(yīng)等。另外，同一個(gè)GPS模塊，還會(huì)因?yàn)樘炀€及饋線質(zhì)量、天線位置和方向、測試時(shí)間段、開放天空范圍及方向、天氣、PCB設(shè)計(jì)等原因產(chǎn)生不同的定位誤差。即使是同一個(gè)廠家同一個(gè)型號的不同GPS模塊使用天線分集器同時(shí)進(jìn)行測試時(shí)，靜態(tài)漂移量也會(huì)有差別。
GPS模塊在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常作為時(shí)間基準(zhǔn)，輔以模塊內(nèi)部的RTC，可獲得非常高精度的時(shí)間參考，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了很大的方便。至于GPS測速，只是在獲得經(jīng)緯度的基礎(chǔ)上，進(jìn)行簡單的計(jì)算實(shí)現(xiàn)的一種擴(kuò)展應(yīng)用。
GPS常見的天線是陶瓷平板天線，這種天線成本低，外部加有源放大電路，接收信號方向單一，增益比較高，所以采用最多。但它的缺點(diǎn)是體積大，易受溫度影響產(chǎn)生頻率飄移。如果把陶瓷面積做小，會(huì)影響接收增益;如果做薄，會(huì)影響接收天線接收帶寬，還會(huì)受有源放大部分影響。目前使用效果很好的尺寸是25×25×4mm3。陶瓷片天線在實(shí)際使用時(shí)垂直向上放置時(shí)的。
GPS天線的信號傳輸線同樣非常重要，包括外部饋線與PCB走線。只有在阻抗匹配時(shí)輸出功率才可能。因此整個(gè)傳輸線要保證50Ω的高頻阻抗，對于PCB上如何設(shè)計(jì)RF走線阻抗，有些小軟件可以幫您很方便的計(jì)算。
GPS模塊相關(guān)問題
1、GPS模塊的20通道是什么含義？
GPS模塊有一個(gè)通道數(shù)量的參數(shù)，例如20通道，它表示該模塊可以同時(shí)和20顆衛(wèi)星建立通訊，3顆衛(wèi)星是2D定位，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，模塊只有同時(shí)收到3顆以上衛(wèi)星信號后，經(jīng)過復(fù)雜運(yùn)算后才能獲得正確的定位數(shù)據(jù)，如果同時(shí)通訊的衛(wèi)星顆數(shù)越多，模塊就能越快越準(zhǔn)確地獲得定位數(shù)據(jù)，在地球表面上一般的城市環(huán)境下通常可以同時(shí)和4～11顆衛(wèi)星同時(shí)通訊。
2、GPS模塊為什么開機(jī)后很長時(shí)間才能獲得定位數(shù)據(jù)？
GPS模塊有冷啟動(dòng)，熱啟動(dòng)和暖啟動(dòng)（現(xiàn)在的技術(shù)基本上已經(jīng)將該冷啟動(dòng)和暖啟動(dòng)兩模式參數(shù)做得非常接近，從而就逐步取消了暖啟動(dòng)）三個(gè)參數(shù)，如果GPS模塊初次通電，或者移動(dòng)超過500公里后通電時(shí)，模塊要重新計(jì)算一次星歷數(shù)據(jù)，一般正常情況下的GPS模塊只需要30多秒鐘就能正常定位（這就是冷啟動(dòng)），S-87具有內(nèi)置紐扣電池，可以將星歷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在模塊內(nèi)部，當(dāng)下次模塊工作的時(shí)候可以很快速的定位，一般像S-87只需要1~3秒就可以實(shí)現(xiàn)新的定位，那這種定位就叫做熱啟動(dòng)，如果模塊斷電時(shí)間超過4小時(shí)，內(nèi)部RTC沒有實(shí)時(shí)供電，那么再一次的開機(jī)也相當(dāng)于冷啟動(dòng)。
3、如果出現(xiàn)長時(shí)間無法冷啟動(dòng)定位時(shí)怎么辦？
那么就需要檢查GPS天線擺放位置是否在一個(gè)開闊的環(huán)境下，能否讀取到GPS模塊輸出的GPS數(shù)據(jù)？GPS數(shù)據(jù)中的GSV語句里面可以觀測到GPS衛(wèi)星信號狀態(tài)？從這些方面就可以判斷具體問題在什么地方！模塊可以每秒輸出一次：$GPGGA $GPGSA $GPGSV $GPRMC的定位數(shù)據(jù)，我們通常用$GPRMC精簡數(shù)據(jù)輸出這條信息，這條信息包含了目標(biāo)的：經(jīng)度、緯度、速度（海里/小時(shí)）、運(yùn)動(dòng)方向角、年份、月份、時(shí)、分、秒、毫秒、定位數(shù)據(jù)是有效的還是無效的這些重要信息，GPS模塊的芯片大部分還是采用*的SiRFIII系列為主，SiRFIII芯片是20通道，實(shí)時(shí)解算能力強(qiáng)。該部分模塊市面上很常見：環(huán)天，達(dá)伽馬，Ublox等等。
4、天線狀態(tài)監(jiān)測怎么辦？
當(dāng)天線開短路的時(shí)候，需要怎么處理呢？這個(gè)辦法是GPS模塊能輸出天線開短路狀態(tài)的語句來提示客戶做這方面的查驗(yàn)，這樣的好處就是可以讓客戶很方便的查看問題點(diǎn)，同時(shí)保護(hù)模塊不受到大電流沖擊，市面上很多這樣的應(yīng)用，比方S-87、S-90、S-93和UBLOX一些模塊也具有這樣的功能，但是區(qū)別點(diǎn)就是Ublox的需要搭外圍器件來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，達(dá)伽馬的是不用任何外圍器件，好像這個(gè)功能只能flash版本的才能實(shí)現(xiàn)，rom版本的不能配置IO口，這個(gè)功能就沒辦法實(shí)現(xiàn)。
信息標(biāo)題：GPS模塊是什么
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