GPS技术及Android下定位服务框架介绍

1、为电力自动化领域提供最佳解决方案GPS技术及技术及Android定位服定位服务框架介绍务框架介绍主讲人：徐东2014-5-15前言全球卫星导航系统Global Navigation Satellite Systems (GNSS) lGPS(Global Positioning System) 美国美国lGLONASS(Global NAvigation Satellite System) 俄罗斯俄罗斯lGALILEO(伽利略) 欧盟欧盟lBeidou(北斗) 中国中国 目目 录录一卫星导航基本原理 二GPS系统组成及原理三GPS应用基础四Android Location Service 架构

2、卫星导航基本原理 l测距原理l坐标系l卫星轨道l星历表/历书测距原理距离（距离（Range） 如果接收器的Y坐标不能高于卫星的Y坐标值，就可以得到交点坐标P(XP, YP)测距原理位置（位置（Location）测距原理三维下的三维下的Location坐标系地心惯性坐标系（地心惯性坐标系（Earth Centered Inertial，简称，简称ECI） 该坐标系用于描述GPS卫星的位置信息。在这种坐标系中，原点为地球的质心，卫星围绕质心运动，并遵守牛顿运动定律。 ECI坐标系属于笛卡尔坐标系，故卫星的位置由（x, y, z）表示。坐标系地心地球固连坐标系（地心地球固连坐标系（Earth Cen

3、tered，Earth Fixed，简称，简称ECEF） 该坐标系用于描述地面接收器的位置信息。ECEF最大的特点是它会随着地球旋转而旋转。 ECEF坐标系也属于笛卡尔坐标系，故接收器的位置也由（x, y, z）表示。卫星轨道 Equatorial Plane为赤道平面，卫星轨道本身是一个椭圆轨道，它和赤道平面有一个夹角（ Inclination ）。这个夹角叫轨道倾角。卫星轨道 假设观察者站在坐标原点观察左上角的卫星，则h代表仰角(Elevation angle)，z代表天顶角(Zenith angle)，而正北方向离卫星投影点的顺时针角度A为方位角(Azimuth angle)。星历表/历

4、书星历表（Ephemeris）：星历表本来是用来记录天体特定时刻的位置的。而在GNSS中，星历表则记录了卫星的一些运行参数，它使得我们通过星历表就可以计算出任意时刻的导航卫星的位置和速度。历书（Almanac）：历书也包含了卫星的位置等相关信息，不过它是星历数据的简化集，其精度较低。所以，历书数据量较小，传输时间较短。GPS系统组成及原理lGPS系统组成lGPS通信频段lGPS信号lGPS导航电文l定位计算原理GPS系统组成l空间段（Space Segment , SS）l控制段(Control Segment, CS)l用户设备(User Segment, US)GPS系统组成l32颗卫星（

5、Satellite, SV）l6个轨道l55倾角l轨道高度20180kml11小时58分(恒星时)l4 颗以上信号覆盖空间段（空间段（SS）GPS系统组成l功能l接收、跟踪、变换和测量GPS信号l计算经纬度、高度、速度及时间等信息l分类l按用途：l导航型l测地型l授时型l按载波频率l单频接收机L1（1575.43MHz）l双频接收机L1、L2（1227.60MHz）用户段（用户段（US）GPS通信频段lL1（中心频率1575.42MHZ）lL2（中心频率1227.60MHZ）lL5（中心频率1176.45MHZ）C/A码：Coarse/Acquisition Code，民用P(Y)码; Pre

6、cise，Y代码加密，军用GPS信号l载波，分别为L1、L2、L5l测距码（Ranging Code，伪随机噪声，PRN）, 即C/A码，P码。l导航电文（Navigation Data, D码），传输频率为50bits/sL1 C/AGPS导航电文l25帧数据中的13帧数据内容相同，为当前GPS的时间和星历数据l对于接收器来说，30s更新一次卫星数据l导航电文包括自己的星历以及其他卫星的历书完整电文帧/1500b子帧/300b字码/30b2551037500b37500/50/60=12.5分钟定位计算原理接收器位置坐标，带求(Xuser，Yuser，Zuser)GPS卫星位置(Xsat_i

7、，Ysat_i，Zsat_i)传输时间tiGPS应用基础知识lNMEA-0183lA-GPSlU-blox AssistNow OnlinelGPS接收模块lU-blox6 Architecture l信号处理过程NMEA-0183 NMEA是美国国家海洋电子协会（National Marine Electronics Association ）为海用电子设备制定的标准格式。它包含了定位时间，纬度，经度，高度，定位所用的卫星数，DOP值，差分状态和校正时段等很多信息。类型全称所含数据信息GGAGPS Fix DataGPS定位信息GSAGPS DOP and Active Satellites

8、当前卫星信息GSVGPS Satellites in View可见卫星信息RMCRecommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data推荐定位信息VTGTrack Made Good and Ground Speed地面速度信息GLL Geographic Position定位地理信息$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,M,19.7,M,0000*1FA-GPS A-GPS （Assisted GPS)，通过从移动网络下载星历数据以提升GPS速度。原理： 通过在卫星信号接收效果较好的位置上

9、设置若干参考GPS接收机，将当前位置的星历数据保存至AGPS服务器； 终端将自己的粗位置发送至AGPS服务器申请辅助定位数据，然后将辅助定位数据下载至GPS模块，由终端进行GPS定位测量，从而加快自己的定位速度。 这种方式叫做MSB(Mobile Station Based)，还有一种叫MSA(Mobile Station Assisted)。U-blox AssistNow Online 主流主流GPS芯片芯片/模块品牌模块品牌lSiRF：芯片级lTI： A-GPSlST：车载集成lNXP：结合多媒体应用lInfineon：芯片级lu-blox：芯片+模块l高通：芯片组集成GPSONElTr

10、imble：具有军方背景GPS接收芯片/模块 U-blox6 Architecture lTwor parts: the RF and the Baseband sections.lSAW bandpass filter(带通滤波器) lintegrated LNA)(集成的低噪声放大器) 信号处理过程 Android Location Service 架构lAndroid 系统架构 lLocation APIlAndroid GPS构架l定位数据流Android 系统架构 从Android框架看，分为四层：应用层、应用框架层、库层、内核层。Android GPS构架HAL层LocationM

11、anager.javacom_android_server_location_GpsLocationProvider.cppGpsLocationProvider.javaLocationManagerService.java定位数据流定位服务API 定位服务提供给应用层的 API 位于 Android.Location 包中，它其中包含的类和接口如 所示：名称类型说明LocationListener接口用于接受位置信息改变时的通知。GpsSatellite类用于描述 GPS 卫星的状态。GpsStatus类用于描述 GPS 设备的状态。Location类用于描述地理位置信息，包括经度，纬度，海拔，方向等信息。LocationManager类用