Software GPS原理及應(yīng)用

所謂Software base 全球衛(wèi)星定位方案，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是將軟件移植到主機(jī)(Host base)上執(zhí)行，以分享中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)芯片等，進(jìn)而達(dá)到省電、低成本、低功耗及small board level size的需求。其架構(gòu)可由圖3表示：

　　這樣的方案只需要外部一個(gè)射頻芯片，其它都是利用主機(jī)(Host base)的固有資源。前端射頻芯片將射頻信號(hào)降到基帶適用的頻率，再經(jīng)由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器將信號(hào)快速取樣出來(lái)，一般是由SPI (serial port interface)或SD Interface接到主機(jī)上的中央處理單元，接著由移植到Host processor的量測(cè)演算單元(Measurement Engine)將射頻取樣信號(hào)轉(zhuǎn)換出原始的GPS各種量測(cè)信息(raw GPS measurements)，再由導(dǎo)航演算單元(Navigation Engine)計(jì)算出所有的定位資料、速度和時(shí)間等。在硬件部分，一般冷開機(jī)模式下大約需share掉主機(jī)上的中央處理單元約占50MIPS～400MIPS不等，不同廠家的方案會(huì)有不同的系統(tǒng)需求。

　　Software GPS的應(yīng)用

　　本節(jié)將以一個(gè)RF Micro Devices之RF8110為設(shè)計(jì)實(shí)例來(lái)說(shuō)明Soft GPS之技術(shù)應(yīng)用，由前一環(huán)節(jié)所述的原理可知，Soft GPS需要將其計(jì)算軟件移植到Host端的應(yīng)用處理器上。其硬件架構(gòu)如圖4所示。

　　接著，我們?cè)龠x用INTEL XScale的PXA-27X為Host的應(yīng)用處理器，并以Single SPI (Serial Port Interface)模式來(lái)加以說(shuō)明，其界面的明確接線如下：

　　在這個(gè)應(yīng)用范例中，這個(gè)接口使用4-wire SPI slave port來(lái)傳送控制信號(hào)及GPS的數(shù)據(jù)流。其中MISO (Master In Salve Out)及MOSI (Master Out Slave In)分別作為單向GPS串行數(shù)據(jù)傳輸用，而SPI RDY則告訴Host其GPS數(shù)據(jù)流己available，然后Host就要下read命令。在軟件移植上，則由圖6做說(shuō)明。

　　RF8110 提供可移植性高的ANSI C sGPS library，負(fù)責(zé)從GPS取樣信號(hào)中計(jì)算出位置、速度及時(shí)間，sGPS Library與系統(tǒng)軟件的接口為SAL(System Abstraction Layer)。Host端并可以在其上開發(fā)導(dǎo)航應(yīng)用軟件，可以只是簡(jiǎn)單的NMEA輸出，或是到復(fù)雜的地圖導(dǎo)航。

　　Aiding GPS

　　輔助式全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的好處主要有兩方面：一是提供更便捷、快速的TTFF性能，二是在衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度極弱的狀況下，持續(xù)提供定位導(dǎo)航。如前文所述，一個(gè)幾何定位的計(jì)算主要是由偽距(pseudorange，一個(gè)純量的距離)和各個(gè)衛(wèi)星方位、航向(方向)組合成向量所計(jì)算得出，偽距的求得是依據(jù)接收端與衛(wèi)星間識(shí)別碼的時(shí)間差而得到。

　　而衛(wèi)星的方位航向，是由衛(wèi)星所送出的Ephemeris及Almanac得到。當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度衰減到-155dBm～160dBm的大小時(shí)，衛(wèi)星所送出的Ephemeris及Almanac資料已無(wú)法被正確的解調(diào)出來(lái)，這時(shí)就可以使用輔助式的定位機(jī)制。一般而言，輔助資料有：(1)Time Aiding，可以輔助識(shí)別碼的辨認(rèn)，增加偽距的準(zhǔn)確度;(2)Ephemeris/Almanac Aiding，在弱信號(hào)狀況下由其它系統(tǒng)(移動(dòng)通信系統(tǒng)或互聯(lián)網(wǎng)等)提供資料。

　　圖7所示是一個(gè)利用移動(dòng)通信系統(tǒng)作為媒介來(lái)提供time aiding及Ephemeris/Almanac aiding data的示意圖，此種架構(gòu)必須與基地臺(tái)(即移動(dòng)通信系統(tǒng)的服務(wù)供應(yīng)商緊密配合)。而圖8所示則是另外一種架構(gòu)，由GPS供應(yīng)商設(shè)置Server，然后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，使用HTTP protocol作為媒介來(lái)提供aiding data，這種方式的好處是不必直接跟移動(dòng)通信系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)商做深度的技術(shù)整合，而可以由任一個(gè)LBS(Location Base Service)服務(wù)廠商通過(guò)GPRS來(lái)提供aiding data及service。

　　結(jié) 語(yǔ)

　　本文主要闡述了softGPS如何克服傳統(tǒng)方案、standalone GPS應(yīng)用在手持移動(dòng)設(shè)備上的瓶頸，并說(shuō)明Soft GPS的原理及其應(yīng)用。在講究尺寸，功耗及性能的移動(dòng)設(shè)備上，Soft GPS以僅僅單一射頻芯片及可移植性高的運(yùn)行軟件來(lái)搭配上Host端的應(yīng)用處理器，可以容易地達(dá)到在尺寸、功耗及性能上的各項(xiàng)要求，使得衛(wèi)星定位系統(tǒng)內(nèi)建在Smart Phone、PDA更為普遍。