实战 LuatOS AGPS 辅助定位：从原理到应用

理解 AGPS 原理是高效应用的前提。本文从 AGPS 技术基础切入，深入探讨其在 LuatOS 平台的实战落地，涵盖卫星数据辅助、网络请求优化、定位结果校准等核心环节。通过真实项目经验分享，揭示 AGPS 辅助定位在 LuatOS 中的关键技术点与最佳实践。

一、AGPS 概述

AGPS（Assisted GPS，辅助全球卫星定位系统）通过移动网络预先获取卫星星历、时间等辅助数据，可大幅缩短 GPS 首次定位时间。LuatOS 提供 AGPS 原生支持，适用于物流追踪、车载定位等场景。

1.1 GPS、WiFi、基站、AGPS 几种常用定位原理介绍与区别

GPS
GPS(Global Positioning System)即全球定位系统，它是由美国研究的一种定位方式，特点是:不需要 SIM 卡，不需要连接网络，只要在户外，基本上就能随时随地的准确定位。但是 GPS 启动后搜索卫星的时间比较多，一般需要2分钟左右(俗称冷启动) 冷启动包括: 1.GPS 初次使用 2.GPS 电池耗尽 3.关机状态下移动 1000 公里以上的距离或持续关机超过 4 小时。

原理:接收机接收 GPS 卫星广播，通过解析可见 GPS 卫星的位置、距离等信息以及相应算法得出自己的位置信息。

优势:定位精度高，只要能接收到四颗卫星的定位信号，就可以进行定位。 缺点:GPS 受天气和位置的影响较大。当遇到天气不佳的时候、或者处于高架桥/树荫的下面，或者在高楼的旁边角落、地下车库、室内或露天的下层车库(或者简单地说当见不到天空的时候)，GPS 的定位就会受到相当大的影响，甚至无法进行定位服务。

注意:各国定位系统有:中国北斗、美国 GPS、俄罗斯 GLONASS、欧洲伽利略等，统称卫星定位。

gps 模组定位精度：3~5 米

LBS(基站)定位
基站包括移动、联通和电信基站。基站定位是通过移动通信的基站信号差异，通过一定的算法来计算出手机所在的位置，取决于定位地点附近所处的基站覆盖密度，如果基站多，定位则准确，如果是山区，基站少，则定位就不那么精确；LBS 定位必须联网，手机处于 SIM 卡注册状态(飞行模式下开 wifi 和拔出 SIM 卡都不行)。

原理:运营商蜂窝基站的位置信息都是固定的，通过接收一个或多个基站信号终端，再根据信号强度及基站位置进行推算自身位置

优点:方便，因为它是通过 SIM 卡接收基站信号进行定位的。理论上说，只要计算三个基站的信号差异，就可以判断出手机所在的位置。因此，只要用户手机处于移动通信网络的有效范围之内，就可以随时进行位置定位，而不受天气、高楼、位置等等的影响。

缺点:通过计算基站信号差异而得出的位置坐标值，很明显地逊于 GPS 的定位精度，受环境影响较大，在郊区和农村可以将移动台定位在 10~20 米范围内，在城区由于高大建筑物较多，电波传播环境不好，信号很难直接从基站到达移动台，一般要经过折射或反射，因此定位精度会受到影响;其次是使用范围较窄，LBS 虽然不会受到天气、高架桥或高楼的影响，但如果超出手机的服务范围，或者手机所处的基站数量不足，则无法进行 LBS 定位，从这一点上说不太适合野外使用。

定位精度:10-2000 米。

WIFI 定位
Wifi 定位，顾名思义，周围必须有 wifi 才可以!WiFi 定位的目的是解决室内精确定位，原理类似基站定位。WiFi 定位的条件是:1、必须具有 WIFISCAN 功能，可以扫描到周围 wifi 的 mac 地址。2、必须能上网，移动数据或者 wifi 联网皆可。

原理:

每一个无线 AP 都有一个全球唯一的 MAC 地址, WiFi 定位靠的是侦测附近周围所有的无线网络基地台 (WiFi Access Point) 的 MAC 地址，去比对数据库中该 MAC 地址的坐标，交叉计算出所在地。

优点:

1.定位精度高，wifi 密集人流多的地方相当精确;

2.速度快;

3.周围的 wifi 即使连接不上也能定位。在不依赖外部设备的情况下，没有比 WIFI 定位更精准的室内定位方式，室内定位不精准，偏二三十米远，这个问题当前科技无解。

缺点:

1.依赖wifiscan! 没有 wifiscan 就不能定位;

2.必须处于联网状态。

3.用户被迫共享了一点流量

精确度:10~200 米

AGPS 辅助定位
AGPS 是辅助 GPS 定位的一种方法。AGPS 和 GPS 是一样的,只是加上网络的辅助而已，定位时，必须有 GPS 模块存在，如果没有 GPS 模块，这种定位是不起什么作用的。A-GPS 定位是用来加快定位速度的，由于 GPS 冷启动时，搜星速度很慢(需要把头上二十多颗卫星挨个搜一遍)，大约 2 分钟才能搜到，合宙定位模组冷启动 35s 左右就可以定上位。增加了 AGPS 定位之后可以利用基站大体定位下你所在的位置，然后通过网络将这个位置发送到服务器，服务器根据这个位置将此时经过你头顶的卫星参数(哪几颗、频率、位置、仰角等信息)反馈给你的定位设备，设备上的 GPS 就可以很有目的的去搜索卫星，此时你的搜星速度大大提高，几秒钟就可以定位。

原理:

接收机接收 GPS 星历文件，通过解析可见 GPS 卫星的位置、距离等信息以及相应算法得出自己的位置信息。

和 GPS 相比比优势:

1.搜星定位快，不管是冷启动还是热启动都秒定

2.有效减少设备的电量消耗

3.缓解弱 GPS 信号情况下无法定位或精度降低的问题

4.对移动设备的计算能力要求更低。

缺点:

1.必须联网，如果你的设备不能上网，或是停机了身边又没有 wifi，是没法应用 AGPS 达到秒定效果的。

2.必须有 AGPS 位置服务器的支持 3.与 GPS 一样，仍无法完美解决室内(室内无法接收 GPS 信号)定位的问题。

精确度:3~5 米

二、演示功能概述

本教程将演示如何使用 Air8000 的 GPS 功能，使用 agps 实现快速定位功能。agps 实现流程图如下：

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Air8000 的 AGPS 实现原理为：通过蜂窝基站或 Wi-Fi 定位获取粗略位置坐标，再结合网络下发的卫星辅助数据（星历），显著缩短卫星信号搜索时间并加速定位解算，最终实现快速精准定位。

注意：GPS 星历文件能保持 4 小时，定位成功后会自动更新星历。

由上面原理可知 Air8000 使用 agps 功能需要访问两个服务器，基站定位服务器和星历下载服务器。(注意：如果使用的是专网卡，需要将下面两个服务器配置在 sim 卡的白名单中，基站定位服务器 和[星历下载服务器] (download.openluat.com)。)

三、准备硬件环境

1、 Air8000 核心板

2 、GPS 天线

四、准备软件环境

  1. 烧录工具 Luatools；

  2. 内核固件文件（底层 core 固件文件）：LuatOS-SoC_V2005_Air8000；此页面有新版本固件的话选用最新版本固件。

  3. LuatOS 需要的脚本和资源文件：https://gitee.com/openLuat/LuatOS/tree/master/module/Air8000/demo/GPS

  4. lib 脚本文件：使用 Luatools 烧录时，勾选 添加默认 lib 选项，使用默认 lib 脚本文件；

准备好软件环境之后，接下来查看如何烧录项目文件到 Air8000 开发板中，将本篇文章中演示使用的项目文件烧录到 Air8000 开发板中。

五、GPS 软硬件参考

5.1 API 接口介绍

本教程使用 api 接口为:

https://docs.openluat.com/osapi/core/libgnss/

5.2 GPS 硬件设计

GPS 在硬件设计中天线部分是比较关键的，可以参考这篇文章：Air8000 GNSS 硬件设计指导：https://docs.openluat.com/air8000/luatos/hardware/design/gnssant/

在核心板上内置 GNSS ipex 连接器，同时内置 3.3V LDO, 用于有源天线供电。因此可以使用外部有源天线直接连接 GNSS 连接器。
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注意：目前有源天线供电仅支持 3.3V 有源天线，请注意连接的有源天线的供电范围。

六、代码示例介绍

6.1 软件代码介绍

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6.2 效果展示

可以看到没有使用 agps 辅助定位需要 31 秒左右才能定位成功。使用 agps 后，注入星历数据后 3s 左右就能定位成功

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七、总结

本教程演示了 Air8000 如何使用 AGPS 来进行快速定位，并讲解了 AGPS 的实现原理以及注意事项。

八 、GPS 常见名词解释

[1]GNSS：混合定位，不同于 GPS 定位，狭义上讲的 GPS 系统，单指美国的 24 颗 GPS 卫星以及地面上 1 个主控站、3 个数据注入站和 5 个监测站及作为用户端的 GPS 接收机组成的一整套系统。GNSS 是指通过观测 GNSS 卫星获得坐标系内绝对定位坐标的测量技术。 GNSS 是所有导航定位卫星的总称，凡是可以通过捕获跟踪其卫星信号实现定位的系统，均可纳入 GNSS 系统的范围。国内用户接触最多的应该是美国的 24 颗 GPS 卫星，以及中国的北斗卫星(截至到 2023 年 5 月 17 日 10 时 49 分，中国已有五十六颗北斗导航卫星)，其余还有俄罗斯 GLONASS、欧盟 GALILEO、 日本的准天顶卫星系统、印度的 IRNSS(独立的区域导航系统，覆盖印度领土及周边 1500 km 范围内，提供定位精度优于 20 米的服务)等其余定位系统。

[2]冷启动：指在一个陌生的环境下启动 GPS，直到 GPS 芯片和可用卫星联系并且计算出坐标的过程。以下几种情况开机均属冷启动：

  1. 初次开机使用时；

  2. 电池耗尽导致 GPS 芯片内星历信息丢失时；

  3. 关机状态下将接收机移动 1000 公里以上距离。

也就是说，冷启动是通过硬件方式的强制性启动，因为物理距离较远，或者时间间隔很久，GPS 芯片已经把内部的星历信息清除掉，或者内部的星历信息完全失效。GPS 接收机失去卫星参数，或者已经存在的参数和实际接收到卫星参数相差太多，导致 GPS 芯片无法靠星历快速搜星，所以必须从新获得卫星提供的坐标数据。

这也是很多定位器（譬如车载定位器）启动后，搜星时间长、定位耗时久的原因

[3]热启动：指在上次关机的地方没有过多移动过，且距离上次定位时间小于 1 个小时。再次定位时，GPS 芯片通过软件的方式，可以继续使用之前的星历快速搜星，实现秒定位。PS：普通的 GNSS 芯片，星历最长有效期为 12 小时，故此星历过期后，GPS 芯片无法使用星历实现快速定位。

[4]温启动：指距离上次定位时间超过 1 个小时的启动，搜星定位时间介于冷启动和热启动之间的情况。

譬如某时间使用过 GPS 定位实现 3D FIX，GPS 芯片内部生成星历（或者外部灌入 AGPS 数据），那么在 1 小时内启动 GPS 芯片进行定位的行为就属于温启动。启动后，GPS 芯片首先会输出上次的位置信息。因为上次关机前的经纬度和高度已知，但由于关机时间过长，卫星状态发生了变化，之前 3D FIX 时的卫星接受不到了，所以星历中参数中的若干颗卫星已经和 GPS 接收机失去了联系，GPS 芯片需要继续搜星补充位置信息，所以搜星的时间要长于热启动，短于冷启动。

[5]星历：是用于描述太空飞行体位置和速度的表达式———两行式轨道数据系统。卫星、航天器或飞行体一旦进入太空，即被列入 NORAD 卫星星历编号目录。列入 NORAD 卫星星历编号目录的太空飞行体将被终生跟踪。卫星、火箭残骸等飞行体成为太空垃圾时，仍被列入 NORAD 卫星编号目录，直到目标消失。卫星星历以开普勒定律的 6 个轨道参数之间的数学关系确定飞行体的时间、坐标、方位、速度等各项参数，具有极高的精度。卫星星历能精确计算、预测、描绘、跟踪卫星、飞行体的时间、位置、速度等运行状态；能表达天体、卫星、航天器、导弹、太空垃圾等飞行体的精确参数；能将飞行体置于三维的空间；用时间立体描绘天体的过去、现在和将来。卫星星历的时间按世界标准时间（UTC）计算。卫星星历定时更新。

[6]AGPS：辅助全球卫星定位系统（英语：Assisted Global Positioning System，简称：AGPS）指的是一种 GPS 的运行方式。它可以利用地面基地站的资讯，配合传统 GPS 卫星，让定位的速度更快

[7]有源天线：通常对于设备或车载机而言，由于设备与 GPS 接收模块之间往往有距离，考虑到安装的便利性可能会有超过 1 米的距离，在这种情况下我们只能选择有源 GPS 天线，由于天线长度的信号衰减需要进行补偿，一般有两级低噪声放大器(LNA)进行天线前端信号放大，放大后的信号经电缆输出，电缆同步提供 LNA 所需要的直流电压

由于天线收到的信号在有源天线接受头内完成信号接受与天线放大，并且远离 GPS 设备或其他电器设备，干扰源最小，而且安装位置由于天线距离延长安装位置可以选择非常理想的环境，所以实际使用时往往感觉信号较强

[8]无源天线：使用无源 GPS 天线时，由于只有一个陶瓷片接收天空的卫星信号，直接连接到模块的 RF-IN 脚，这种联接方式结构简单，而且标准的 25254 的陶瓷片成本低廉，技术成熟，占空体积小，适合于强调紧凑型空间 GPS 导航产品，蓝牙 GPS,手机 GPS 及其他小型 GPS 消费类产品。

这种天线的布局是从天线的引脚直达模块的 RF-IN 脚，这根导线需要进行 50 欧阻抗匹配，而且在天线附近不能有电磁干扰，对 PCB 的设计及整机的 EMI 设计要求较高，但如果设计得优良的无源天线 GPS 产品同样有非常好的表现效果，而且功耗比较低，无需考虑天线自身的功耗。

[9]半边天以及开拓地带：GPS 卫星运行在距地 36000KM 的轨道上，信号强度相当弱（GPS 卫星的功率有多大？）。GPS 的民用 C/A 码从卫星发出来的时候信号只有 27W 左右，达到地球的时候在-158.5dBW 以上。用对数形式表示可能不直观，换算成十进制等于将近 0.0000000000000001W，相当小。所以，只有室外开阔的、无遮挡、晴好的地方，才能搜到更多的卫星，SNR 值更高（阴天都会有影响哦），GPS 芯片才能更快、更好的实现定位。

半边天一般指楼宇内窗边，打开窗户，只能搜到一半天空的卫星。

[10]定位纠偏：OpenLuat 的所有 GNSS 模块均使用国际标准 WGS-84 坐标系，所以开发者在国内常见地图定位时，会发现与实际情况有几十米甚至上百米的误差。这并非模块问题， 而是国内地图采用了非标坐标系所致。 国内常见地图如高德地图使用 GCJ-02 坐标系， 百度地图使用 BD-09 坐标系，故此开发者需要对模块输出的经纬度进行加偏处理，才能在国内的地图上实现精确定位，坐标转换可在合宙提供的坐标转换网站上直观的展示处理

[11]重捕：是指接收终端在丢失所接收信号状态下，从重新接收到信号开始，至终端设备输出符合定位精度要求的定位结果所需的时间。失锁重捕时间反映了在接收机信号失锁，定位中断后重新恢复定位的速度。失锁重捕时间短的接收机在易中断环境中（如隧道等）的定位性能好，因此失锁重捕时间可以有效评估车载终端的性能

[12]低噪声放大器：主要用于接收信号的前端，放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据

今天的内容就分享到这里了~

posted @ 2025-10-31 17:29  合宙LuatOS  阅读(5)  评论(0)    收藏  举报