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GPS设计全攻略 |
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一、 GPS 基础知识
二、 GPS 应用基础
三、 GPS 接收机原理图
四、 GPS 模块
五、 手机 - GPS 导航方案
六、 PDA - GPS 导航方案
七、 笔记本电脑 - GPS 导航方案
八、 GPS 一体机 - GPS 导航方案
九、 选择GPS 方案所应考虑的几个方面
十、 主流GPS 方案供应商盘点 |
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14、天线是个比较关键的部件,现在内置SMT 天线很多,如果在车载GPS 中用内置天线。是否比外用天线效果要差?
答:跟芯片灵敏度,内置天线性能有关。如果内置天线性能好,芯片灵敏度高,则使用内置和外置天线实际使用效果差别不大(车子不要贴膜哦)。当然,参数上来看外置天线效果肯定要好。
15、GPS 设计中,如何处理天线部分?
答:一般来说用陶瓷材料的PATCH 天线可靠性要好一点(跟尺寸也有关系,比较成熟是15X15),chip 天线方向性好,尺寸小,但是设计难度比较大,实际性能较低;而螺旋天线价格太高了。
16、GPS 天线用的G47 和5P1 是什么东西,用什么可以替代?
答1:作为开发商,可以选择的天线型式很多,每个天线都有其自己的特点.但与之对应的设计方案也会有所不同.螺旋天线的优点是全向性,使用起来比较方便;CHIP天线小巧,适合内置,但由于天线增益低,对LNA的增益要高一些;介质天线体积相对也较小;目前,就国外市场而言,最为广泛使用的还是能够与微带线相结合的微带天线.但由于国内许多从事GPS开发的厂家,欠缺RF设计经验,因而采用外置式有源介质天线是一个保守的作法.
答2:关于CHIPS 型天线的问题,目前使用的还是比较广泛的。现在市场上比较常见的是:1、专用的带CHIPS的GPS 天线,主要使用在未装有GPS 模块的一些设备中,比如手机(智能或商务类手机居多)。它们由于受体积和使用率的要求,所有只是在需要的时候接上GPS 模块天线来实现导航。2、蓝牙+GPS 模块的接收器,如蓝牙接收器,其实它也是个带蓝牙功能的CHIPS 型天线,以后此类产品的需求会越来越大,比如带无限通讯、红外、USB 等等用途的CHIPS 型天线。市场有需求就会有产品,最主要是自己有没有发现。
17、正常只能收到最多12 个卫星的信号,为什么现在许多芯片都宣称有16 个或20 个通道,这在实际有
什么意义呢? 8 通道的芯片和12 通道的芯片相比,是否12 通道的TTFF 要短呢?
答:看看军事周刊,苏30 可以同时跟踪多少架敌机,攻击多少架敌机?可是我们国产的歼击机呢?道理是基本上一样的。GPS 卫星的导航电文是码分多址的,所以多个通道可以同时搜索和跟踪多颗卫星。除了TTFF的提高,还有就是当卫星被部分遮挡,用于定位的卫星切换的时候,性能就表现出来了。最多12 颗卫星的说法也不对,那是GPS 设计理论,实际上还有反射、折射的信号。通道多可以快速处理干扰,筛选有用卫星。 |
18、在接口方面,是否有USB 和UART 两个口应该是足够了吗?
答:用于NMEA 数据的传输一个接口就够了。通常是UART。
19、请推荐几款性价比比较好的MCU/DSP,三星的和ATMEL 的怎么样?一般多快的MCU/DSP 就可以了呢?
答:目前GPS 导航仪常用的SOC 是SUMSUNG2440/2410,INTEL PXA255/270,AMD AU1200,freescale I.MX31/27,MAGICEYES MMSP2.关于SOC 性能,跟你的产品销售区域道理复杂程度,数据量,以及导航软件性能有关。 |
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20、新科最新一款GPS 导航器,用的是车内收音机的外面天线,设置频率在89MHZ,便可使GPS 接收外部信号,一般而言,1.57514GHZ 信号通过收音机的天线接收,应该衰减很大,能否请教这是什么机理?
答:支持多个频段的天线。收下来后自己滤波。值得考究,超越了现有的理论极限。如果真是如此,新科是发明了了不起的新天线啊,新科的机密。 |
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21、现在主流的都是10CH 12CH 的这是不就是说能同时接收12 颗卫星的信号,而MMT 的产品只能同时处理4 颗星的信号呢?
答:对于通道(Channel)和槽(bin)是不同的概念。MMT 的GPS 模块是12 通道(Channel)的,也就是可以同时接收12 颗星的数据。在每个通道里,我们采用了四槽(4bin)技术,也就是可以在同一通道内分四个频率槽搜索。 |
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22、当汽车在过隧道或高架桥时,GPS 不能够接收到卫星信号且无陀螺仪的情况下,GPS 能否根据汽车传送的速度信号进行直线导航?如何在软件里实现这个功能?
答:如果没有惯性导航,你的软件从汽车马达取得速度脉冲,并在导航软件中加入了没有GPS 信号时(如隧道中)直线行使距离的推算,这样的“假”结果有什么意义?很少会有隧道时完全直线的,如果明明没有GPS 信号,却能导航,结果有不正确,这样只会让消费者失去对你的产品的信任。 |
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23、汽车上的行使速度信号是不是统一的标准?请问在那里可以下载到该标准?如果不是统一的标准,请问专家GPS 如何在汽车的哪个部分上能够取到兼容的信号?信号是怎样一种格式?
答:卫星取得行车速度应该是以坐标轴的距离与时间来换算成相对速度, 不是绝对速度, 隧道内要取得行车速度的话, 是有些许的困难!不过陀螺仪加上重力加速度的SENSOR 透过软件的运算倒是可以尝试看看。可是不知准确度如何。 |
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24、如果希望在车载导航器上实现TMC 功能,硬件和软件上有什么要求?
答:TMC 是欧洲的一个导航扩展功能标准,全称是Traffic Message Channel,交通信息频道。TMC 的最主要目的是接收时时的交通信息,从而找到一条最合适的行驶路径。实现TMC 功能需要TMC 接收模块,直接可以购买,软件需要的工作是模拟信号接收-解码-数据信号输出。同时需要和地图配合来实现时时路径的可规划问题。现在最重要的瓶颈在于TMC 信号的来源问题,如果出口欧洲已经完全实现了这套系统,在国内还刚起步,需要一段时间,但绝对是一个功能强大的导航辅助功能。 |
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25、GPS 上是否应用超级电容,起什么样的作用?
答:超级电容器不是只有金电容这一类型,能量密度高但是 ESR 亦高的小电流放电,慢速充电的日系碳纤维超电容, 只做为断电之记忆支持。在GSM 高频通讯标准模式下, 3.5ms /0.2A +1.5ms/2。0A 的电流需求条件下, 大多数锂电池尽能维持 500次充放电便低于额订电力80%容量,唯有以美系的陶瓷金属为材料的超级电容器, 加入并联于锂电池, 借用其功率型超级电容器的特性,于 ms 以下的瞬时间补充大电流给device, 即可顺利达成电力条件, 同时避免大电流瞬时输出对电池的伤害, 可以使锂电池完成 1,500 次充放电后才低于额订电力80%容量。用在车载电子产品有愈来愈多机会遇到电源的问题: GPS 常以手持产品使用于一般环境,当进入车内后,即改以车辆的12V 电源降压适用。 GPS 及其它高频通信产品( 对讲机, GSM/CDMA 手机 ) 与娱乐影音设备结合之趋势锐不可当,对于优质电源有强烈之需求, 电压稳定与瞬间大功率为其中基本要求。
会发生在车用GPS 电源问题上, 常有一个现象: 当手持式GPS 置入车内时,常改由车上 12V 电源供电,原先电池系统不论电压设计值为何,多由12V 降压后直接使用于GPS, 此时车上12V 电系会因煞车 车灯,各式马达或电感之应用产生临时压降,电压降太大,使GPS 当机,亦为常见。 故需稳压设计,其中超级电容器是对GPS 稳压设计最直接有效的组件, 对于低频噪声亦有虑波作用。至于超级电容器对GPS 系统最大帮助,不是在接收端,而是在发射端的卫星电源系统: 由航天级高效太阳能电池产生之电能,可由超级电容器提升其暂储电力之有效率, 并且由超级电容器协助卫星对地面提供高功率之GPS 射波。
GPS 与其它手持或可携式产品 ( 如手提电脑,DTV,etc.), 与娱乐影音等耗电设备, 会因车辆12V 电压不稳定而当机,也会因瞬间峰值电流供应不足而中断讯号, 最彻底解决方法,是加大车用电池容量。 可是这样作又会产生与原车发电机适配的问题。 传统铝质电解电容由于体积大,耐压及电容量等问题,无法解决既有及新近发生的优质电源强烈之需求。目前超级电容器已发展成熟, 配合 车用铅酸电池 12V/55AH 至120AH,可以提供稳压及超高瞬间电流之供应。 全车电力之稳压,若是选择以超级电容器与电池并联成高功率电池组,是相当有效之方法。 但是一定需慎选适当种类之超级电容器,以免因超级电容器组件内部串联及并联产生偏高之ESR, 对于电池反而产生负担。个别GPS 或其它车用电子产品, 亦可以在产品的电源系统加上超级电容器,确保电系正常运作。 |
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26、假设有1 个固定目标点,当GPS 接收机向目标点移动时,能实时计算出与目标之间的距离,目标点的经纬度已知。现有2 种计算方法:直接通过2 个点的经纬度计算;或把2 个点的经纬度转化为大地坐标系(如北京54 或自定义坐标系),然后再计算。请问专家,一般是用哪种方法计算。是否还有其他方法。
答1:GPS 定位是通过立体四维坐标来解四元二次方程组实现的,这里的未知量包括:X、Y、Z 和速度。因为该物体的移动既不是水平也不是垂直。即使看似直线的道路,地球还是圆的呢。你这样的算法算两点之间的直线距离可以,但实际用途呢?
答2:应该先转成大地坐标系,然后再计算。大地测量技术,一般有以下几种算法:
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 算法性能最好,Fang 算法、Friedlander 算法误差较大。 |
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27、上述的算法是在GPS 模块里实现呢,还是通过外接的MCU 实现。我在网上看到有些模块带有内置的flash芯片,经销商说这种模块留有一部分资源给用户开发,上述的算法可以写在内置的flash 上,直接使用模块上的arm 芯片计算,然后输出结果。不知这种模块是否可行。
答1:现有的情况是GPS 算法在GPS 模块里实现,GPS 模块接收到相对位置信息,通过解方程组和其它措施,直接输出数据信号给MCU。有些模块带有内置的flash 芯片,是把程序和数据放在里面,并开放少量的参数设定而已。了解到有只通过GPS 天线把GPS 卫星定位信息传给MCU,然后由MCU 处理的,但基本不用。
答2:目前是有两类GPS 模块,一类在GPS 内实现算法,直接输出数据;另一类,则利用外部的CPU 计算。前者更多些。
答3:上述的算法是在GPS 模块里实现呢,还是通过外接的MCU 实现。我在网上看到有些模块带有内置的flash 芯片,经销商说这种模块留有一部分资源给用户开发,上述的算法可以写在内置的flash 上,直接使用模块上的arm 芯片计算,然后输出结果。不知这种模块是否可行,各位专家有接触过否。我指的算法不是计算经纬度的算法,而是指将模块计算好的经纬度结果和已知点的经纬度做对比的算法,然后输出对比的结果,这个算法我要把它存在模块里的flash 里,这个算法的执行也是通过模块上的arm芯片执行。也就是说模块厂商留了一部分资源给用户做二次开发,不知有没有这么设计的 有没有这种模块。
答4:如果你的GPS 芯片内部含有处理器资源(如ARM),且该处理器在执行下载的固体软件的同时,还有剩余的资源,且内部的FLASH 也还有剩余(给你的算法程序存储),则理论上你可以用GPS 芯片内部的处理器和FLASH 来实现你的简单的位置比对算法。但是,要这样做,你肯定要购买芯片商的开发包,并且,你必须保证不能对GPS 原有固体软件产生影响。这是有一定的成本和开发难度的。 |
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28、GPS 模块输出的一般都是NMEA 格式,那在输出该格式之前,模块内部是否会缓存中间结果,我们能否利用这个中间结果。
答1:GPS 模块输出的一般都是NMEA 格式,因为GPS 模块处理数据的速度比不上串口传输速度,所以基本是处理完就传给MCU 了。GPS 芯片内部的东西还未曾深入接触过,是否存在缓存中间结果,无法判定。
答2:中间结果不可用。 |
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29、SIRF 的GPS 模块多支持TRICKLE 模式,以作到节电的效果,请教,TRICKE 模式的ONTIME 一般设为多少为宜,对GPS 的定位效果有何影响呢?若对效果有影响,是否要根椐定位效果动态改变。再问设置成TRICKLE 模式,能节省很多电流吗?我现用有一块,用0x97 指令设,电流变化并不明显,这是与定位有关,还是其它问题,望解答。
答:跟你用的哪家的模块有关系。SIRF STARIII 内部有ARM7 处理器,所以可以开发固体软件。有实力的模块厂商都会在STARIII 的芯片上开发(改进)自己的固体软件。所以每家模块厂商扩展出来的固体软件所支持的接口命令可能都不同。 |
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30、如何实现对GPS 有源天线的开路和短路检测?
答1:GPS 有源天线的工作电流是有一定范围的。比如10ma~15ma。在基站设计中,需要对该天线的工作状态进行监测,便于维护和维修。开路则电流为0,短路电流较大,此时可切断电源。相关电路请参考电流比较电路。
答2:我想你应该先确定检测的目的是什么?是为了IQC?为了生产中的配适?还是售后保固的维修?不同的需求有不同的设计方案,不过检测的方式基本上都是以电流检测为主要手段,TI 有许多电流检测的IC 可供运用,像是我们对GPS 天线的检测是为了防弊,这目的不同,自然设计上就不同了。不过电流检测也不是万灵丹,首先你的GPS 接收模块必须是天先供电是外部的,有些设计为了体积GPS 天线是直接由接收模块供电,处理起来非常麻烦的。 |
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31、想给汽车安装卫星导航装置,不知道nav4all 能否安装在车内DVD 显示屏上显示地图
答1:对于特定的显示操作终端,只要有适当的接入装置是可以与其它设备相连接的。如使用了与蓝牙(发射)技术的GPS 产品,可以与任何具有蓝牙(接收)功能的终端显示设备连接使用。包括蓝牙手机、笔记本电脑、台式PC、移动电视、移动DVD 等产品等。如果车载DVD 具有UBS 接口,只要购买一个具有UBS 接口的蓝牙产品和一个具有蓝牙功能的GPS,将UBS接口的蓝牙(接收)产品插在DVD 上即可使用GPS 进行定位。MMT 已推出相关的蓝牙GPS 产品。
答2:最近出现一种叫NAV4ALL 的新软件,可以安装在手机里面,通过真人发声,运用全球卫星定位导航,很方便的通过中央电脑告诉驾驶者正确的路径。其中有个关键是要带有无线传输设备(比如手机的通信网络)和GPS 接收器,这样的话中央电脑通过通信网络给你规划路径,GPS 接收器告知你当前位置,有些车行天下的哈车宝味道。汽车装上nav4all 就可以接收卫星定位地图,仅仅是汽车导航的一部分而非全部,能看到很清楚的图像,nav4all 可以接在任何有屏幕显示的设备上,很方便,而且价格很便宜,普通汽车上都可以装。 |
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32、请教:GPS 有哪些项目需要测试?他们的标准是什么?
答:GPS 需要测试哪些项目:一般有灵敏度、定位精度、功耗的测定。 |
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33、做导航产品,用的都是那种操作系统?“手机上用window mobile;车载产品用的是window CE 及linux。”这种说法是否准确?
答:关于导航产品用的那种操作系统,就现有市场分布而言,确实如你所说:手机上用window mobile;车载产品用的是window CE。其实在这其中linux 应用的都不多,当然排除其它因素只考虑操作系统,linux完全可以在这些平台上使用的。
考虑如下原因:
a、操作系统的开发是个大工程;
b、应用软件的开发是个问题;
c、通用性的需要。
基于以上情况,市场产品在操作系统的选择上就有了明确的目标。用最省钱省时的方式做出最受市场欢迎的产品。 |
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34、请教一些关于导航软件的问题,像我这样从事导航系统测试工作的,主要是在实验室和实际道路测试。像你提出的系统软件、应用软件、底层驱动软件,主要包括哪些?具体指的是什么?据我所知,地图数据是导航中最重要的部分,这个是靠软件来读取的,而这又是交给软件公司做的,像比较出名的高德软件公司。由于我是读电子和管理毕业的,对软件不是很了解,也没有一个系统的观念,只知道程序是软件,所以比较难理解导航里面的软件。
答:关于导航的问题,系统软件是指装载在设备上的操作系统,如WINCE 系列版本;底层驱动软件是指基于操作系统的开发软件,如总线驱动等;应用软件是指具有实现某种特殊功能的软件,如导航软件等。导航中导航地图是非常重要的部分,国内基本由8 家公司控制,具我了解绝大部分自己做地图数据及导航引擎软件,大概是两者的关系太密切相关了,直接影响到用户使用的感受。软件是基于硬件基础上的软件,建议去看看这类的书籍,推荐Jobn Catsoulis 的《嵌入式硬件设计》,中国电力出版社。先了解硬件体系,有助于更系统的理解软件。 |
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