北斗/GPS导航定位应用技术系列问答（七）

技术应用|Technology application|

2024-03-07 10:21:34 586

41、不知道您使用过国外 TomTom Go 和 Garmin 的导航产品没有，2 家公司的导航产品现在在国外都非常成熟，我没有使用过，不知道他们的产品的导航性能怎么样，是否也会有“漂移”的情况出现呢？

答：滞后是正常的，所以我们的产品会不断的要求优化； 40km/h 没有这样的界限，如果你开的更快，能更明显的感受到滞后；所以现有的产品是这样处理的：预先多次预告车辆状态，最终由驾驶者判断；相信以后完全可以精确到准确的道路，因为道路本身就是有地理差的，总不可能完全重合的吧。

42、出现定位不准确的几种情况

答：当行驶在角度较小的三叉路时；长距离行驶在直线或者时蜿蜒延绵的道路后；行驶在发夹形曲线的道路或者是在通过环形路时。以上时具体的道路上行驶时容易产生的误差，而很多其他条件也同样会影响到导航的不准确性。用多次预报是一个有效的方法。

43、目前和不远的将来我们会接触到的 GPS 系统，前苏联的格鲁拉斯系统，和西欧的伽俐略系统。请问这三大系统的主要区别和优缺点？在我们中国我认为伽俐略系统将会更有前途，对吗？中国是否也会有自己的定位系统？

答：系统由 24 颗卫星组成，只向外国提供精确度约为 10 米的卫星信号；“格洛纳斯”系统目前共有 14 颗处于工作状态的卫星，由于星座不能保持足够的数目，影响了其正常功能的发挥；伽俐略系统包括 30 颗导航卫星，伽利略确定方位的误差仅 1 米。个人观点其优缺点最主要的是 GPS 系统和 GLONASS 系统都控制在某个国家手中，可以在任意的时间内终断信号的服务，而伽俐略系统主要服务于民用，可以保证非人为因素下的正常使用。本国参与伽俐略系统，就是为了获得真在属于自己而不受国外某些国家控制的具有战略意义的高科技领域。本国建有北斗星导航系统，因定位卫星数量少、地面基站中心缺乏及核心技术等原因，一直存在商用推广的重大障碍。

44、请教 GPS 定位原理:

A、 GPS 在定位时需要 4 颗卫星，形成 4 个方程式，其计算经度和纬度是不是在 GPS 模块里面完成的。

B、然后再根据经度和纬度来配合电子地图里面的经度和纬度来确定在地图上的位置。

C、或者是根据地面的工作站来定位在地图上的位置。

答 1：GPS 定位原理:

A、GPS 在定位时需要 4 颗卫星，形成 4 个方程式，即四元二次方程，包括其未知数为接收机所处位置的三维坐标 X、Y、Z 及卫星钟差，其计算经度和纬度是在 GPS 模块里面完成的。

B、然后再根据经度和纬度来配合电子地图里面的经度和纬度来确定在地图上的位置－一般在这个情况下就完成了 GPS 定位在地图上的显示。

C、或者是根据地面的工作站来定位在地图上的位置－只起到辅助定位的作用，增加定位精度，比如 A-GPS等。

答 2：GPS 是利用 3~6 颗卫星和 GPS 进行球面几何运算，计算出 GPS 的位置（经度和纬度）、方向和速度等信息。这一计算工作在 GPS 模块内完成。非常容易理解的是，参与计算的卫星越多，几何球面的结算越精确，但同时计算的时间也会越长。通常的确是采用 4 颗定位的较多。不过先用 3 颗星快速计算，进行粗定，

然后再用 4 颗星精确定位，是一个较为实用的方法。GPS 定位计算的数学模型主要分为：最小二乘法（LS）、TDOA 双曲线模型、Fang 算法、Chan 算法、Friedlander 算法、SX 和 SI 算法。其中，Chan 算法较为准确。当然，GPS 定位只能得到位置、方向和速度等信息，如果能够和使用地面资源卫星绘制的 IGS 地图配合使用，就可以形象的知道其“位置”。

45、请问，目前使用的 GPS 精度有多少，尤其是垂直方向的精度。如果是 10 米左右的话，那么怎么区分

在高架路上和下的汽车呢？采用差分 GPS 或 A-GPS 又没有帮助呢？

答 1：就目前而言，使用的 GPS 水平精度在 5－10 米，垂直方向上定位精度较差，其误差通常为水平定位误差的 2～3 倍，所有对高架路上和下道路的区分仅凭 GPS 是无法实现的。那怎么去获得这个用途呢：1、地图厂商提供具有三维立体坐标数据的地图，其中包括高度；2、GPS 终端设备加装三轴传感器，获得在该点的轴向加速度。根据加速度是否向上或向下，从而知道对应地图的实际情况，是在高架路上道还是下道，推而广之，就能区分近乎重贴上下道路问题。以上两个条件缺一不可。希望我的解释能够使你明白。

答 2：GPS 定位精度与计算的数学模型、计算中卫星取样数、卫星位置与分布、环境等因素有关。一般采用3D 技术的民用 GPS 定位精度是，50%的概率在 5 米以内。采用 4 颗以上的卫星数量，以及差分定位方法都是提高定位精度的有效方法。当然，由于卫星信号在传播的过程中会出现的时延、多路径、反射、衍射等诸多因素影响，目前的定位精度的确是很难区分是否在高架桥上。唯一的办法恐怕就是使用电子地图了。A-GPS 在这方面没有什么帮助作用。

GPS无源陶瓷天线KH-GPS160604-WY

46、如果 GPS 的精度足够高（比如说 1 米），就可以区分不同的车道，然后配合电子地图，就可以知道车子是不是上高架了。不知道目前的 GPS 能不能达到这样的精度？

答：高架低的只有 6 米，GPS 水平定位精度 5-10m，垂直 10-30m，没法确定在高架上或高架下。用加装加速度计结合立体电子地图的办法来判断上高架了还下高架，如果没有立体电子地图的配合，在特殊地形处（山坡上的高架，多层高架）也会判断出错。

47、请教，手持 GPS 的 EMC 及 EMI 这部份该如何调测? 有哪方法可以避开干扰? 深圳或国内外有实验室可以指导并协助更改吗?

答 1：作为 1。575GHz 的射频，干扰、EMI 问题远比 800~900MHz 的手机要严重的多，主要需要注意以下几点:

A、电源部分的旁路;

B、高速电路远离，RF 部分;

C、RF 的微带传输线尽可能短;

D、对 RF 部分加屏蔽;

E、对天线的尾瓣、旁瓣、甚至是低角度的主瓣部分进行屏蔽保护；

F、必要的时候可以采用软性屏蔽材料进行割据式屏蔽。

答 2：该问题可分器件级、主板级、整机级。其中主板级是最重要的部分，措施包括：

a、高频部分加屏蔽罩；

b、高频部分分开成独立的板级。

整机措施包括：

a、整机成为一个共同电位体；

b、组装阶段考虑各板级及部件间的干扰问题，加装隔离板等。

48、请问要实现多边形区域的车辆出区入区报告？在 PC 操作上面实现用鼠标画多边形区域。一有车辆进入或者驶出这片区域时车载 GPS 就向终端报告。请问有什么好的实现方法?

答：赛格已有的车载 GPS 完全可以实现这样的功能，并一直是客户选用的功能之一。我们的设备是通话手柄来选择设置兴趣点（其实就是一个小区域），出入都可以根据要求来报警，现无法实现在 PC 上的操作，公司会分析 PC 上操作的可行性。

49、请问，GPS 所要存储的数据，如：汽车在每个时刻的的经度和纬度数据和汽车停车的时间和地点及汽车目前所在位置等相关信息，如若这些信息因掉电丢失，对系统有什么影响？这些信息需要有掉电存储吗？

答：对于 GPS 接收机来说，掉电后，它能数小时的存储相关星历资料，在上电时能够快速追踪定位卫星，从而达到几秒钟内正常工作的热启动的效果。汽车在每个时刻的的经度和纬度数据和汽车停车的时间和地点及汽车目前所在位置等相关信息一般都会存储在 GPS 接收机外部的系统存储器里，因为这是目标信息。如果掉电丢失，系统一般须重新从 GPS 接收机里获取新的经纬度等相关信息，再运算出汽车目前的位置信息。对于这类信息，最好都实现掉电存储。

50、请问 MMT 的灵敏度多少？能在室内工作吗？

答：MMTMN1010 的追踪（Tracking)灵敏度为－152dBm，获取（acquisition）灵敏度为－142dBm。MN1818的追踪（Tracking)灵敏度为－152dBm，获取（acquisition）灵敏度为－137dBm。一般 GPS 在室内是不能正常工作的，即使收到信号也是收到漫射回来的信号，对工作性能是有极大影响。GPS 在办公室，地下车库等室内工作，一般是加了陀螺仪装备（角速度传感器），利用它对方向的矢量检测，对目标的运动轨迹进行运算，从而得出模拟的位置数据。

51、 LF 低频轮流唤醒四个轮胎，在胎压都正常的状态下没有问题。。如果有两个轮胎共一时间出现了压力不正常？

答：LF 低频轮流唤醒四个轮胎，这里就有一个顺序问题，四个轮胎不会在同一时间上报信息，他们总是一个一个来，当检测到某个轮胎出现问题，就上报到接收芯片显示并语音警告，在任何情况下，它都会接着按顺序检测另外的轮胎，没有问题就不语音警告，有问题就触发语音警告。它们的间隔时间基本在 1 分钟，所以 4 分钟一个循环，不会出现同一时间要上报两个以上轮胎问题的事件。现在的主流是在轮胎静止时休眠，启动时唤醒，唤醒后定时发送数据信息，直至车辆泊车止。所以在车辆静止是无法测量到胎压，也不需要，当车辆启动后延迟几秒时间即可见到胎压情况。

52、请问 MMT 的 GPS 模组性能。MMT 的 GPS 模组我还是第一次听说。我最主想了解的是模块内部相当于集成了多少个相关器(CORRELATOR)。因为这点对 GPS 信号检取的灵敏度是仅次于前端 LNA 的。

答：由于我们采用的是 uNav 的芯片和技术，所以我们的 GPS 架构跟 SiRF 系列的不同。我们知道，相关器（CORRELATOR）可以提升灵敏度，却需要更多的功耗。为了保证我们 GPS 模块的低功耗，我们并没有真正意义上使用相关器（CORRELATOR），而是使用类似的技术，在没有牺牲功耗的情况下提高灵敏度。它就是Zoom Correlators。实际上，这就是用四槽（4 bin)技术来加速搜索卫星。四槽（4 bin)技术也就是同时平行搜索 4 个频率槽，这可以提高 GPS 模块的抗干扰性和灵敏度。例如:在一个理想的多普勒位移（Dopplershift)中 A 模块只能单搜索 300Hz 的频率槽，如果多普勒位移（Doppler shift)>+/-150Hz，信号就会丢失。MMTGPS 模块应用四槽（4 bin)技术搜索 300Hz 频率槽，实际是搜索4X300Hz 的频率范围。多普勒位移（Doppler shift)必须>+/－600Hz，信号才会丢失。在最小的多普勒位移（Doppler shift)中，A 模块搜索 300Hz 频率槽，那它只有一个积分时间（integration time）。而 MMT 模块只需搜索 4 个 75Hz 的频率槽就可以达到 300Hz 的范围，这样在同一时期却有了四个积分时间。

53、PND 频率特别高，是用多少的频率段，其频率发生是用ＰＬＬ技术还是用ＳＡＷ技术．其主要采用哪些公司的方案

答：借这个机会把 PND 概念和频率问题阐明一下。PND 是“Portable Navigation Device”的简写，从字面上理解意即“便携式导航定位设备”。它是便携式导航系统，整合型的手持式设备，是手持及车载两用导航系统，使导航更加丰富的附加功能的结合体。现有 PND 的频率，指 CPU 的处理速度，基本从 266MHz－500MHz 不等，主要集中在 300－400MHz。

主要的公司方案如下：

a、AMD Alchemy 解决方案：AMD 公司于 2005 年 1 月推出了专门为嵌入式设计的处理器 Alchemy AU1200。优点：更低的成本和更小的功耗，集成了硬件解码器，统一标准的存储器，简化的编程模型，没有 DSP 代码。高性能应用处理器，MIPS 核，500MHZ，高性能 DSP 功能，硬件媒体加速引擎，单芯片 SOC，完全系统的解决方案，更低的总体方案成本，主频在 333 MHz－500MHz。缺点：硬件不支持 RM 格式，要通过随机赠送的转换软件来支持。

b、英特尔 PXA27x 的解决方案：英特尔公司于 2003 年底推出了性能最为强劲的 PXA27x 嵌入式处理器，最高频率可达 624MHz。优点：目前 PXA270 可支持 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、DIVx、XVID、AVI、WMV9 等格式，可通过软件升级支持未来媒体类型；接口丰富，可支持 SD、MS、CF 等；支持最大 400 万象素摄像头；支持动态电源管理，功耗低。缺点：成本较高，需要外部 DSP。c、Sansung ARM9 处理器的解决方案：三星公司推出的基于 ARM9 内核的 S3C2440 系列嵌入式处理器。优点：主频有阶梯分布（300MHz、400MHz、将来的 533MHz），接口资源丰富，功耗小，Pin to Pin 兼容，成本较低，升级简单方便。缺点：性能有限，最终限制扩展功能。

54、我们知道，相关器（CORRELATOR）可以提升灵敏度，却需要更多的功耗。为了保证我们 GPS 模块的低功耗，我们并没有真正意义上使用相关器（CORRELATOR），而是使用类似的技术，在没有牺牲功耗的情况下提高灵敏度。它就是 Zoom Correlators。这样每个通道都要同时进行 4bin 的频率搜索，功耗还很小，不容易。请问功耗有多小？uNAV 主要应用与车载还是手持设备？

答：应用 uNav芯片的 MMT GPS接收机模块有两种，一种是 MN1818（18mmX18mm），另一种是 MN1010（10mmX10mm）。MN1818 是 3V 供电，功耗是 50mA@3V，而 MN1010 是用 3V 和 1。8V 供电，功耗是 35mA@1。8V+2mA@3V。从上面所述我们可以看出，MN1818 主要用于车载设备等不受体积、供电限制的用途。而 MN1010 的用途广泛，可以应用于手持设备等有一定要求的场合，充分发挥它体积小、功耗低的优势。

55、通常 GPS 系统是由 GPS 模块+解码模+显示模块等组成，请问专家能否给出一个具体的系统框图?还有，GPS 模块和解码模块都有哪些方案，各自的优缺点如何?

答 1：GPS 系统组成的系统框图见附件。现有的 GPS 模块基本直接采购于台湾、欧洲的几个公司，解码功能包含在嵌入式平台即 MCU 中。GPS 模块主要是性价比的考虑，性能主要考虑接收灵敏度、功耗、定位精度。其实很多情况下是主流的器件就表明它们都经受了市场的考验并得到了一致的承认，关于 MCU 部分请见以前的主流 GPS＋PMP 方案回复。

答 2：一般 GPS 模块将 RF、解码功能都做在里面，然后输出标准的 NMEA-0183 的数据，一般 GPS 产品都是由 GPS 模块、主控制模块和显示、语音模块组成。GPS 模块除了 MMT 外还有丽台等多种模块。

56、GPS 有 3 大卫星系统，请问我在选择好一个方案的时候，是否能任意定一个卫星系统，还是芯片制造商已经选定好了?请解释!

答 1：现有的定位系统有 3 大系统，现在真在能够用于民用的是 GPS，俄罗斯的系统不完善，欧洲的伽利略系统还没建成。现有的 GPS 芯片是基于 GPS 系统的应用，所以只能支持 GPS，以后在欧洲的伽利略系统建成后肯定会出现单一支持芯片及兼容芯片。

答 2：在全球定位系统中，有三种，分别是的 GPS、俄罗斯的“格鲁纳斯”（GLONASS）”与欧洲的“伽利略”。当你选择不同的系统时，采用的芯片也不一样，卫星发射频率不同，坐标系不同，时间标准也不同。

57、我们买了 GPS 系统后，是否还要付卫星使用费，还是芯片制造商已经把费用计算上了?谢谢!

答 1： GPS 系统对全世界都是免费使用的，正因如此，所以有权随时中断 GPS 信号，这是国内非常担心的一件事情，也是参与到欧洲的伽利略系统的重要目的。说是免费，其实费用已经增加在芯片的售价里面而已。

答 2：购买 GPS 后，不必付卫星使用费，GPS 的卫星都是公开的。

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58、谈谈导航电子产品的散热设计好吗？

答：软性导热硅胶绝缘垫是传热界面材料中的一种，是片状材料，可根据发热功率器件的大小及形状任意裁切，具有良好的导热能力和绝缘特性，其作用就是填充发热功率器件与散热器之间间隙，是替代导热硅脂导热膏加云母片（绝缘材料）的二元散热系统的理想产品。该产品的导热系数是 2。45W/mK，而空气的导热系数仅有 0。03w/mk;抗电压击穿值在 3000 伏以上，在大部分电子设备中有绝缘要求都可以使用。工艺厚度 0。5mm~5mm 不等，每 0。5mm 一加，即 0。5mm 1mm 1。5mm 2mm 一直到 5mm，特殊要求可增至 10mm，厚度的可选择性，是其他导热材料所不能的。从检测及 UL 公司相关安规商业检测。。工作温度一般在-50℃～220℃，因此，是非常好的工业制品导热材料。又其特别柔软，使用非常方便，撕开保护膜，平整光滑，富有弹性，一贴即可。完成发热部位与散热部位的热传递，增加导热面积，同时还起到减震绝缘密封等作用，能够满足社设备小型化超薄化的无风扇设计要求，是极具工艺性和使用性的新材料。硅胶是很好的电气绝缘材料，但本身是不导热的，利用其物理惰性特征，如何将其加工成柔软方便使用的片材，又有良好的导热能?

第一，就要以硅胶为基料，填加不同的氧化铝、氮化硼这类有良好绝缘和导热性的粉末材料，按一定比例，经特殊工艺，使软性硅胶导热绝缘垫内部分子间大小填充紧密、严实，达到高密度，有利于在导热时分子间的热传递。

第二，为了达到环保要求，就要选择高精度的粉末填加物，不能含有铅、汞等元素的有害物质。

第三，还有阻燃要求，就不能有含溴等易燃成份材料。

第四，温度的适用要求，所以对所用的填加的材料要考虑环境温度对它们物理特性的影响。

第五，虽密度大，但要保证其柔软，富有弹性，能很好地填充发热件与散热器件间的空隙，对硅胶的选用和填加的粉末的颗粒大小及量要有所控制。
导航电子产品的散热设计，一般会利用散热铝片，机壳散热及增加空间散热面积，基本已达到导航电子产品自身的散热效果。
有一种特殊情况，该电子产品放置于恶劣的热环境下，比如靠近发动机或散热片附近，这样就需要增加导热介质材料，比如导热硅脂、导热硅胶、导热云母片、导热陶瓷片、导热相变材料、软性硅胶导热绝缘垫等，其实在这种情况下最好的效果还是有散热风扇。

关于金航标：
深圳市金航标电子有限公司，是国家高新技术企业，“中国卫星导航定位协会”、“中国信息产业商会”、“广东省连接器协会”会员。金航标（www.kinghelm.com.cn）从事无线信号收发、电子信号连接器及互连系统产品的设计、制造、销售和技术服务十多年，技术团队来自清华大学和电子科技大学，吸纳优秀海归人才，深耕微波射频技术领域。“金航标，连接北斗”，从最初推出天线产品，包括北斗GPS双模天线、蓝牙、WiFi、Zigbee、NB-IoT、LORA、UWB、天线系列，及配套的射频转接线；现在产品拓展到板与线的各种连接器、板端座子、接插件、信号开关系列；及汽车摩托车线束，工业、医疗、科研用特种线材，非标定制品等三大系列。金航标的兄弟公司萨科微半导体产品销往世界各地，服务超一万家客户，产品有二极管三极管、功率器件、电源管理芯片三大系列。萨科微近年来还推出霍尔传感器、ADC、BMS新产品，与金航标电子一起为电子整机产品公司提供配套服务。