【導讀】全球定位系統（GPS）是全球衛星導航系統（GNSS）的主要組成部分，該系統還包括伽利略系統、北斗系統和GLONASS系統等，堪稱(chēng)技術(shù)奇跡。
全球定位系統（GPS）是全球衛星導航系統（GNSS）的主要組成部分，該系統還包括伽利略系統、北斗系統和GLONASS系統等，堪稱(chēng)技術(shù)奇跡。
GPS由 24 顆衛星組成，位于地球上空約 2 萬(wàn)公里處。這些衛星的排列確保在地球上任何一個(gè)位置都能觀(guān)測到至少四顆衛星。GPS接收器接收衛星發(fā)出的信號，這些信號提供了衛星的位置、狀態(tài)以及由機載原子鐘提供的精確時(shí)間。接收器記錄下信號的到達時(shí)間，然后根據信號發(fā)射和接收之間的時(shí)間差，乘以光速，確定其與每顆衛星的距離。通過(guò)來(lái)自四顆衛星的信息可以確定獨一無(wú)二的接收器位置。
每天有數十億人士依靠GNSS來(lái)確定自己身處的位置?，F在，全球衛星導航系統也為物流和運輸領(lǐng)域的許多物聯(lián)網(wǎng)應用奠定了基礎，幫助追蹤可能丟失的寶貴資產(chǎn)。因此，Nordic 的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)解決方案 nRF9160 SiP 加入了GNSS 功能，可用于資產(chǎn)跟蹤和其他應用。
衛星信號丟失
盡管 GNSS 具有令人驚嘆的技術(shù)基礎，但它并非完美無(wú)瑕。導航衛星確實(shí)會(huì )出現一些問(wèn)題，例如板載時(shí)鐘不準確導致定時(shí)誤差。為了減少這種漂移誤差，GNSS系統會(huì )對多個(gè)衛星進(jìn)行比較，并使用算法來(lái)確定哪些時(shí)鐘出現了誤差，然后將其與地面基準進(jìn)行比較重置。
其他問(wèn)題的成因，包括衛星與地面接收器之間的信號相對較弱，很容易受到干擾。例如，由一排排高樓形成的 "城市峽谷(urban canyons) "會(huì )阻礙信號傳輸。而GNSS 信號難以穿透建筑物。
即使信號穿透了建筑物，若信號在到達接收器之前被建筑物反射，就會(huì )產(chǎn)生所謂的多路徑誤差(multipath error)，這會(huì )導致定時(shí)誤差，進(jìn)而產(chǎn)生錯誤的位置信息。地球大氣層的異常也會(huì )造成其他的誤差，從而延遲或扭曲 GNSS 信號。來(lái)自其他無(wú)線(xiàn)電源的電磁干擾（EMI）也會(huì )造成定時(shí)誤差。為了緩解這些問(wèn)題，接收器使用了濾波、相關(guān)和信號功率測量等技術(shù)，針對大氣層難題，則使用了電離層和對流層建模等方法。
GNSS調制解調器面臨的另一個(gè)挑戰，是從冷啟動(dòng)到確定一組衛星的位置可能需要幾分鐘時(shí)間。這就需要消耗大量電池容量，Nordic公司的 nRF9160 和該公司的nRF Cloud定位服務(wù)采用的一種解決方案是輔助和預測GPS (A-GPS和P-GPS)。這些方法使用存儲在數據庫中的衛星輔助數據，這些數據通過(guò) LTE-M 或 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò )中繼傳輸到 nRF9160 ——與時(shí)間較長(cháng)的首次定位相比，可節省大量電能。在需要時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)設備可以在幾秒鐘內找到衛星，進(jìn)一步節省能源。P-GPS 技術(shù)以 A-GPS 為基礎，為物聯(lián)網(wǎng)設備提供兩周以上的輔助數據，從而節省更多的電能。
即便采用了省電技術(shù)，GNSS仍會(huì )嚴重損耗電池，這是可穿戴設備或資產(chǎn)跟蹤器等設備需要考慮的重要因素，因為這些設備通常配備的電池容量不大，但卻需要較長(cháng)的電池使用壽命。
與GNSS相輔相成
如果需要高精度定位，那么 GNSS 的電池損耗是值得的；但如果可以接受精度較低的定位，那么就有辦法節省電能。降低GNSS 功耗的一種方法是利用蜂窩基站的已知位置來(lái)縮小接收器的位置范圍，nRF9160 SiP 和 nRF Cloud定位服務(wù)也支持這種方法。單一蜂窩定位方法依賴(lài)于識別所跟蹤的設備位于哪一個(gè)蜂窩，然后將蜂窩標識與已知基站位置數據庫進(jìn)行比對。這項技術(shù)的精確度可達到千米級，同時(shí)對接收器的電池使用壽命僅有輕微的影響。
多蜂窩定位則以單一蜂窩技術(shù)為基礎，參考附近多個(gè)基站的位置，而不僅僅是一個(gè)基站的位置，從而提供達到幾百米的定位精度，同時(shí)保持低功耗。
一種有趣的定位技術(shù)是 Wi-Fi 服務(wù)集標識符（SSID）掃描，它是對GNSS 的補充，也可用于定位精度和電池壽命的折衷權衡。每個(gè) Wi-Fi 接入點(diǎn)（AP）網(wǎng)絡(luò )都有一個(gè) SSID（接入點(diǎn)名稱(chēng)的技術(shù)參照）。有了網(wǎng)絡(luò )的 SSID 信息，就可以對照數據庫詳細了解其位置。
Nordic 的 nRF70 系列協(xié)同 IC 可以支持SSID 定位。當用于 Wi-Fi 定位時(shí)，nRF70 系列設備會(huì )掃描附近的任何 Wi-Fi 接入點(diǎn)，以獲取其 SSID；然后，協(xié)作 nRF9160 SiP 會(huì )使用蜂窩連接將 SSID（以及其他有用信息）轉發(fā)到 nRF Cloud。而后，nRF Cloud檢查一個(gè)或多個(gè) Wi-Fi SSID 數據庫，并將 SSID 位置以及該位置的不確定度數據返回到 nRF9160 或其他指定位置。
GNSS 的定位精度是難以超越的。然而，如果可以接受幾十米精度而電池壽命又非常重要時(shí)，或者當GNSS 信號中斷時(shí)，Wi-Fi SSID 定位是極佳的選擇，因為它的功耗比GNSS 低得多。如果只需要一公里以?xún)鹊馁Y產(chǎn)定位精度，且電池使用壽命至關(guān)重要，那么基于蜂窩的定位就是最佳選擇。利用 Nordic 的 nRF91、nRF70 系列和nRF Cloud定位服務(wù)，可以在所有三種定位方法之間輕松實(shí)現無(wú)縫切換，從而在定位精度和電池壽命之間進(jìn)行最佳的權衡。有了這種定位技術(shù)，寶貴的資產(chǎn)再也不會(huì )丟失了。
nRF70 系列設備（如圖中所示nRF7002）可掃描附近的任何 Wi-Fi 接入點(diǎn)，以獲取其 SSID；然后，協(xié)作nRF9160 SiP 會(huì )使用蜂窩連接將 SSID（以及其他有用信息）轉發(fā)到 nRF Cloud。nRF Cloud 檢查一個(gè)或多個(gè) Wi-Fi SSID 數據庫，然后將 SSID 位置以及該位置的不確定度數據返回到 nRF9160 或其他指定位置。
(來(lái)源：Nordic Semiconductor公司)
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