浅谈基于GPS与AGPS的双重定位

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摘要：由于当前世界LBS（基于位置服务）的长足发展和Android手机用户的日益增加，为使手机的定位功能更加全面，LBS作为手机用户的一项增值业务，需要把gps（全球卫星定位系统）技术和agps（辅助全球卫星定位系统）技术有机的结合起来。该文通过分析当前GPS技术和AGPS技术的优势和不足，以及所造成的对整个定位系统的影响。在这两种技术相结合的基础上去实现一个全新的Android智能手机定位系统，在这个系统下，既保留着GPS定位系统的优势，又通过与AGPS技术的结合，解决了GPS技术的缺陷。该文提出的GPS技术和AGPS技术相结合对整个定位系统都有很好的参考价值。

关键词：LBS（基于位置服务）；GPS；AGPS

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）07-1579-03

随着21世纪3G移动网络时代的到来，以Android操作系统为主的智能手机也逐渐成为人们的首选。据统计，2013年Android移动操作系统的全球市场占有率已达到75%，Android智能手机在中国市场的占有率达到了86%，而且还呈现出不断上升的趋势，随着智能手机的普及，人们对手机功能的要求也随之提高，而LBS（基于位置服务）成为一门越来越热的技术。把LBS（基于位置服务）技术应用到Android智能手机上，使智能手机能够进行实时的定位，导航操作，为用户提供一种增值业务。为满足人们对基于位置服务的需求，我们必须要让用户能够切身感受到这种技术带来的方便，为更好的完善LBS技术，我们既要用GPS来定位导航，还需要把GPS技术与AGPS技术结合起来，来达到LBS技术的优化。

1 LBS（基于位置服务）与GPS和AGPS

基于位置服务是移动设备通过链接网络与GPS技术结合来定位移动设备所在位置，以及所在位置的一些服务信息。GPS技术的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具置。在基于位置服务技术中，GPS技术以其高精度得到广泛的关注[1]。但是它的两个缺点也非常的明显，一是它的初始化时间过长，这会使LBS技术的应用受到很大限制，二是它的信号穿透力太弱，很容易受到一些建筑物或者植被的干扰，影响其精确度。AGPS技术通过网络的辅助，成功的解决了GPS技术初始化时间长和信号穿透力弱的缺点。AGPS技术是结合了GPSJ技术和蜂窝基站（GSM网络通信是通过某一个蜂窝基站接入到GSM网络进行数据传输）的定位优势，借助蜂窝网络的数据传输来达到高精度和快速的定位。这样把GPS和AGPS技术融入到LBS技术中，能够使LBS技术更加完善。

1.1 GPS技术性能分析

众所周知，传统的GPS技术因为过于依赖终端（手机，PC等）的性能，这使它的定位精度受到不同终端，不同性能的制约，所以当卫星的扫描，捕获及信号接收等操作都集中到一个终端时会严重影响到定位的灵敏度和精确度，而且还会造成终端的大量耗电。为解决这些缺陷，因此使用了CDMA技术，把一些最复杂繁重的操作从终端转移到网络中的定位服务器完成，这样一来，不仅大大提高了定位的精确度，灵敏度等，同时，也减少了终端所需的操作，减少耗电。

CDMA定位系统组合了GPS卫星信号和无线网络信号，这样可以更快捷的进行定位操作[2]。由于CDMA定位系统的灵敏度要比传统的GPS定位高出20dB，这使它可以在有建筑群的环境下正常的进行定位操作。

1.2 AGPS技术性能分析

AGPS定位系统必需要有蜂窝网络数据传输和AGPS位置服务器的支持，因此一些普通的用户要交付一定的数据流量费。与此同时，它和传统的GPS定位系统一样，存在着不能完美解决在室内进行定位的缺陷。

但与传统的GPS定位系统相比，AGPS技术在终端首次搜索卫星不仅速度比较快，而且大大减少了终端的电量消耗。当然，最关键的是它对移动设备的性能要求比较低，这样一来，可以让更多的不同性能的移动设备使用者利用AGPS技术进行高效的，精确地定位。

2 GPS与AGPS协同合作定位，导出更加精确的位置

使用GPS和AGPS共同定位的思想是基于两者的优缺点而得到的，单独的使用GPS和AGPS都有弊端，如果将这两项技术结合起来的话，就能得到更精确的位置结果，对于快速精确定位问题的解决将是一项重大的突破，二者的完美结合绝对会掀起一次大的浪潮。

2.1单独使用GPS和AGPS的缺点

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的[2]。

由此可见GPS导航的定位是不断的发射导航电文来实现定位的。但是用户的接收机不可能和卫星的星载时钟是同步的，除了要用到三颗卫星来计算X，Y，Z三维空间坐标以外，还需要用到一个辅助卫星来实现时差Δt的补救，这样的话一次定位就至少需要四科卫星的协同支持，GPS的一次导航时间就可想而知了，需要用到的时间很多，至少需要2-3分钟，而且据专家表示这样长的时间是能够影响到定位的准确程度的，这就是GPS的单独定位的一个很大的弊端。再一个缺点GPS定位的位置需要在可看见人造卫星或轨道所经过的地方[3]。在都会区中的使用者经常在"都会峡谷（urban canyons）"中，在浓密的树下或是室内。这样就加大了定位的难度，所需要用到的时间就会更多，在用户机上就会一直反复的刷新定位中，却得不到自己想要的结果。

而AGPS是辅助全球卫星定位系统， 是使用协助服务的技术，用来减少定位所需的时间。就是在一个区域内辅助通过基站和GPS共同的定位，从而得到更加快速和精确的位置。当然AGPS虽然是在GPS的优点上产生出来的技术但还是有一定的弊端。第一，必须有蜂窝网络（GPRS/EDGE/CDMA等）的支持用以数据传输，对一般用户而言可能需要为此支付一定的数据流量。通常的地图下载，这样的数据流量一般不会在少数。而且它还有一个很重要的问题，现在的AGPS技术大多都是纯软件方案，它不像GPS那样在移动设备端还有一个接收器这样的硬件，所以它在定位的时候，必须要去下载所能够使用卫星的星历，这样势必就增加了用户的数据流量。第二，必须有AGPS位置服务器的支持，也就说在硬件上它比GPS还多了一个位置服务器，实际上就是基站。第三，它也无法单独的解决“都会峡谷”所带来的问题。

2.2 GPS与AGPS结合导航共同用于定位

我所想的是如果将二者技术优点结合起来，实现GPS和AGPS的双重定位，那么将会更快、更加精确的导出用户所申请的位置信息。GPS的优点在于它有相应的外在条件可以支持，工作的卫星的环境已经搭建好了，一直在天上待用，用户只需要像卫星发出申请就可以了，而且现在移动设备上大多数都已经装有GPS接收器这样的硬件，这种硬件条件是不可多得的[4]。AGPS的优点在于能够快速精确定位，它的首次获得响应位置的信息只需要几秒钟的时间，比GPS快了几十倍，而且在受遮盖的室内或者树荫下也能够借助基站信号来弥补，能够在一定的程度上解决“都会峡谷“的问题。所以如果将二者有机的结合起来所得到优势将会产生新的技术革新。

当然二者如何结合起来是我们所要考虑的核心问题，而且二者所导出的定位数据是有误差的，那么如何选择数据，减少这个误差也将会是这项技术的核心。

我所想的是设计一款既能接收GPS信息也能接收基站的信息的共同硬件，还有软件方案GPS和AGPS也应该有相同的机制。将硬件置于移动设备中，然后软件的机制我们可以设定两种地点方案供用户选择：城市和非城市。这样一来，当用户进行定位导航时，软件同时打开GPS和AGPS进行双重定位，如果是在非城市地区，比如，野外，山区，草原等。那么在这些地区由于缺少基站GPS的反应时间和定位的精确肯定要优于AGPS，这时我们所设计的方案就是以GPS为主，AGPS为辅。但是在城市中，“都会峡谷“纵横交错，人们所使用设备大部分都是在室内或者树荫下，卫星的定位就会有缺陷，那么此时AGPS就会发挥它的作用，可以快速精确的定位，这时我们就以AGPS为主，GPS为辅。

那么二者同时进行导航时，不可能不存在误差，这时就会有一个问题，产生的这两组数据如何处理？最终反馈给用户的是一组最精确的数据，达到用户此次定位的目的。我们所研究给出了两种解决方案，第一种解决方案是：将得到的两组数据进行取平均值的方法，这样是最简单的也是最好处理的方法。计算公式为[5]：

（Xmax+Xmin）/2，（Ymax+Ymin）/2，（Zmax+Zmin）/2。

第二种解决方案是：是运用概率数学中的极差，在统计中常用极差来刻画一组数据的离散程度，以及反映的是变量分布的变异范围和离散幅度，在总体中任何两个单位的标准值之差都不能超过极差。同时，它能体现一组数据波动的范围。极差越大，离散程度越大，反之，离散程度越小。这样一来，我们需要在一次定位中，多次测量至少两次数据，将两次数据分为两组，求取每组数据的极差，这样一来，极差小的则为比较精确的数据，我们就将这组数据反馈给用户，即这组数就是用户这一次提出定位请求所得到的数据。计算公式如下：

极差=最大值-最小值。

全距=最大标志值-最小标志值。 R=Xmax-Xmin。

其中R代表的是极差的缩写。

3 总结

通过分析GPS和AGPS单独应用于LBS（基于位置的服务），提出了在此基础上的二者结合用于导航技术，运用硬件技术制作出可以同时接收GPS和AGPS讯号的芯片，再通过软件算法解决数据提供数据的问题，这项技术如果应用于LBS服务，那么将会得到更好的，更加精确的服务，对这项技术在国内空白也将起到填补的作用。现在SFIR公司已经生产出了这样类似的硬件，只要我们将这项技术不断的更新，那么未来的LBS服务市场将会更加升温。

参考文献：

[1] 王光明.浅析全球卫星定位系统在飞机导航系统中的应用[J].城市建设理论研究，2011（10）.

[2] 赵永宁.路桥施工新技术的应用与发展[J].科技致富向导，2013（8）.

[3] 宋世炜，周晟昀，苏畅.武钢铁路机车GPS调度监控系统的设计与实现[J].中国通信学会，2009（4）.

[4] 李玲.基于GPS的车辆定位监控系统的研究[J].天津大学，2011（8）.

[5] 肖铁.嵌入式车载导航系统的设计与开发[J].兰州理工大学，2009（8）.

[6] 杜凡.基于卡尔曼滤波器的管道泄漏增强研究[J].北京化工大学，2010（1）.

[7] 徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M]. 武汉：武汉大学出版社，2003.

[8] Satya Komatineni，Dave MacLean精通Android 3[M].北京：人民邮电出版社，2011（11）.