现在在城市、室内环境中,个人定位一般采用蜂窝网无线定位技术。蜂窝网通过Cell-ID、TDOA和EOTD等技术为用户提供定位服务,但是这些技术受到网络容量、覆盖范围和定位精度等方面的限制;超宽带技术、无线局域网(WLAN) 、电视信号和伪卫星、惯性导航系统辅助等技术也被用来实现室内定位,但是这些技术有的定位精度很难满足用户要求,有的需要巨额投资,同时信号覆盖范围有限。GPS定位技术恰能克服上述定位技术的不足,但若不解决好微弱信号环境下GPS定位的问题,卫星导航技术也无法得到普及,也就不能得到进一步发展。
为了解决上述问题,辅助型GPS(A-GPS,Assisted-GPS)定位技术应运而生,我国是卫星导航定位的应用大国,而且在个人定位服务上有极大的市场潜力,所以建设A-GPS定位系统是十分必要的。然而,国内在建设A-GSP定位系统方面起步较晚,特别是在研制A-GPS接收机方面,主要还是采用国外厂家芯片来简单开发,而其中关键技术和算法的研究不充分,受制于人。因此只有掌握相关关键技术才能改变现状。另外,自主研究基于“北斗”的辅助型导航接收机的需求随着我国自主卫星导航系统“北斗一代”的建成和“北斗二代”的正式起动更加迫切。本文研究正是在上述需求背景驱动下展开的。
1.2 A-GPS定位系统
A-GPS定位技术不仅仅是某项技术,它是一个系统,它与无线通信系统的发展有着密切的联系。随着导航产业和基于位置服务应用的深入,A-GPS定位技术相关的行业标准逐渐统一,A-GPS定位系统中的定位设备、传输协议、定位精度、测试性能的规范也更加详细,为A-GPS定位技术的发展铺设了道路。同时,A-GPS定位技术为卫星导航应用服务提供了更广阔的空间,将其扩展到了个人导航、室内定位、消防救援、深空应用等领域。
下文首先概述了A-GPS定位技术发展过程及A-GPS定位技术原理;然后对A-GPS技术与传统GPS技术进行对比;接着介绍三种主要定位技术,并进行对比;最后论述了微弱信号环境下对接收机提供辅助信息的必要性。
1.2.1 A-GPS定位技术发展概述
NASA早在1981年就提出了辅助导航系统的构想,利用地面站通过GEO卫星向覆盖范同内的GPS接收机传递GPS卫星星历和历书信息,辅助接收机预测到GPS卫星可视性和载波频偏,并除去了直接从GPS信号中获取相应数据而造成的较长的信号解调时间。1985年摩托罗拉研制出了第一部辅助型GPS接收机——“鹰”系列GPS接收机就应用了A-GPS技术,利用辅助信息解决接收信号弱的问题。1994年美国研制的“白沙导弹测距系统”充分利用了A-GPS定位技术,“白沙系统”使用GPS测量导弹飞行轨迹,当导弹发射时仪器没有足够的时间捕获和跟踪GPS信号,也不允许在30s的星历获取时间,因此由主站向准备发射的导弹发送无线信息;导弹内的GPS接收机使用这些数据快速捕获GPS信号,并在飞行过程中产生一系列的位置报告。
虽然从80年代到90年代初期,有不少产品和专利都采用了A-GPS定位技术,但真正引导A-GPS定位技术转向产业化,源于1996年美国联邦通信委员会(FCC)的E-911法令颁布。由于采用基于蜂窝网、WLAN和电视信号等定位技术都存在不同程度的缺陷,不能很好的满足E-911法令的要求。于是人们开始考虑把GPS定位与蜂窝网定位两种技术有机的结合起来,同时发挥网络通信和GPS定位的优势,并改进了原有GPS技术,以达到适应微弱信号环境效果,这样就推动了A-GPS定位技术的诞生。
近年来国外各大公司纷纷推出了自己的A-GPS芯片。如SiRF公司推出SiRFstarI、II、III系列芯片。芯片采用与无线通信系统相结合的技术,而且增加并行相关器的数目以增加接收信号灵敏度,能快速捕获卫星信号,这成为了A-GPS接收机的发展趋势。