【導(dǎo)讀】全球定位系統(tǒng)（GPS）是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）的主要組成部分，該系統(tǒng)還包括伽利略系統(tǒng)、北斗系統(tǒng)和GLONASS系統(tǒng)等，堪稱技術(shù)奇跡。
全球定位系統(tǒng)（GPS）是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）的主要組成部分，該系統(tǒng)還包括伽利略系統(tǒng)、北斗系統(tǒng)和GLONASS系統(tǒng)等，堪稱技術(shù)奇跡。
GPS由 24 顆衛(wèi)星組成，位于地球上空約 2 萬公里處。這些衛(wèi)星的排列確保在地球上任何一個(gè)位置都能觀測到至少四顆衛(wèi)星。GPS接收器接收衛(wèi)星發(fā)出的信號，這些信號提供了衛(wèi)星的位置、狀態(tài)以及由機(jī)載原子鐘提供的精確時(shí)間。接收器記錄下信號的到達(dá)時(shí)間，然后根據(jù)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(wèi)星的距離。通過來自四顆衛(wèi)星的信息可以確定獨(dú)一無二的接收器位置。
每天有數(shù)十億人士依靠GNSS來確定自己身處的位置。現(xiàn)在，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也為物流和運(yùn)輸領(lǐng)域的許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，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(yīng)用。
衛(wèi)星信號丟失
盡管 GNSS 具有令人驚嘆的技術(shù)基礎(chǔ)，但它并非完美無瑕。導(dǎo)航衛(wèi)星確實(shí)會出現(xiàn)一些問題，例如板載時(shí)鐘不準(zhǔn)確導(dǎo)致定時(shí)誤差。為了減少這種漂移誤差，GNSS系統(tǒng)會對多個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行比較，并使用算法來確定哪些時(shí)鐘出現(xiàn)了誤差，然后將其與地面基準(zhǔn)進(jìn)行比較重置。
其他問題的成因，包括衛(wèi)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(dá)接收器之前被建筑物反射，就會產(chǎn)生所謂的多路徑誤差(multipath error)，這會導(dǎo)致定時(shí)誤差，進(jìn)而產(chǎn)生錯(cuò)誤的位置信息。地球大氣層的異常也會造成其他的誤差，從而延遲或扭曲 GNSS 信號。來自其他無線電源的電磁干擾（EMI）也會造成定時(shí)誤差。為了緩解這些問題，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(diào)制解調(diào)器面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)，是從冷啟動到確定一組衛(wèi)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(yù)測GPS (A-GPS和P-GPS)。這些方法使用存儲在數(shù)據(jù)庫中的衛(wèi)星輔助數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過 LTE-M 或 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)中繼傳輸?shù)?nRF9160 ——與時(shí)間較長的首次定位相比，可節(jié)省大量電能。在需要時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以在幾秒鐘內(nèi)找到衛(wèi)星，進(jìn)一步節(jié)省能源。P-GPS 技術(shù)以 A-GPS 為基礎(chǔ)，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供兩周以上的輔助數(shù)據(jù)，從而節(jié)省更多的電能。
即便采用了省電技術(shù)，GNSS仍會嚴(yán)重?fù)p耗電池，這是可穿戴設(shè)備或資產(chǎn)跟蹤器等設(shè)備需要考慮的重要因素，因?yàn)檫@些設(shè)備通常配備的電池容量不大，但卻需要較長的電池使用壽命。
與GNSS相輔相成
如果需要高精度定位，那么 GNSS 的電池?fù)p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(jié)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于識別所跟蹤的設(shè)備位于哪一個(gè)蜂窩，然后將蜂窩標(biāo)識與已知基站位置數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對。這項(xiàng)技術(shù)的精確度可達(dá)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(chǔ)，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(dá)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(biāo)識符（SSID）掃描，它是對GNSS 的補(bǔ)充，也可用于定位精度和電池壽命的折衷權(quán)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)名稱的技術(shù)參照）。有了網(wǎng)絡(luò)的 SSID 信息，就可以對照數(shù)據(jù)庫詳細(xì)了解其位置。
Nordic 的 nRF70 系列協(xié)同 IC 可以支持SSID 定位。當(dāng)用于 Wi-Fi 定位時(shí)，nRF70 系列設(shè)備會掃描附近的任何 Wi-Fi 接入點(diǎn)，以獲取其 SSID；然后，協(xié)作 nRF9160 SiP 會使用蜂窩連接將 SSID（以及其他有用信息）轉(zhuǎn)發(fā)到 nRF Cloud。而后，nRF Cloud檢查一個(gè)或多個(gè) Wi-Fi SSID 數(shù)據(jù)庫，并將 SSID 位置以及該位置的不確定度數(shù)據(jù)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(dāng)GNSS 信號中斷時(shí)，Wi-Fi SSID 定位是極佳的選擇，因?yàn)樗墓谋菺NSS 低得多。如果只需要一公里以內(nèi)的資產(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(xiàn)無縫切換，從而在定位精度和電池壽命之間進(jìn)行最佳的權(quán)衡。有了這種定位技術(shù)，寶貴的資產(chǎn)再也不會丟失了。
nRF70 系列設(shè)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 會使用蜂窩連接將 SSID（以及其他有用信息）轉(zhuǎn)發(fā)到 nRF Cloud。nRF Cloud 檢查一個(gè)或多個(gè) Wi-Fi SSID 數(shù)據(jù)庫，然后將 SSID 位置以及該位置的不確定度數(shù)據(jù)返回到 nRF9160 或其他指定位置。
(來源：Nordic Semiconductor公司)
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