全球定位系統(tǒng)（GPS）是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的主要組成部份，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)奇蹟。
GPS由24顆衛(wèi)星組成，位於地球上空約 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)出的訊號，這些訊號提供了衛(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。接收器記錄下訊號的到達(dá)時(shí)間，然後根據(jù)訊號發(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)星的資訊可以確定獨(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)，協(xié)助追蹤可能丟失的寶貴資產(chǎn)。因此，Nordic的蜂巢式物聯(lián)網(wǎng)解決方案 nRF9160 SiP 加入GNSS功能，可用於資產(chǎn)追蹤和其他應(yīng)用。
| 圖一 : 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)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)，可協(xié)助用於資產(chǎn)追蹤和其他應(yīng)用。 |
|
衛(wèi)星訊號丟失
儘管GNSS具有令人驚歎的技術(shù)基礎(chǔ)，但它並非完美無瑕。導(dǎo)航衛(wèi)星確實(shí)會(huì)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(huì)對多個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行比較，並使用演算法來確定哪些時(shí)鐘出現(xiàn)了誤差，然後將其與地面基準(zhǔn)進(jìn)行比較重設(shè)。
其他問題的成因，包括衛(wèi)星與地面接收器之間的訊號相對較弱，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(huì)阻礙訊號傳輸。而GNSS訊號難以穿透建築物。
即使訊號穿透了建築物，若訊號在到達(dá)接收器之前被建築物反射，就會(huì)產(chǎn)生所謂的多路徑誤差（multipath error），這會(huì)導(dǎo)致定時(shí)誤差，進(jìn)而產(chǎn)生錯(cuò)誤的位置資訊。地球大氣層的異常也會(huì)造成其他的誤差，從而延遲或扭曲 GNSS訊號。來自其他無線電源的電磁干擾（EMI）也會(huì)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)和訊號功率測量等技術(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資料機(jī)面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)，是從冷開機(jī)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公司提供的nRF9160和nRF Cloud定位服務(wù)所採用的一種解決方案是輔助和預(yù)測GPS（A-GPS和P-GPS）。這些方法使用儲(chǔ)存在資料庫中的衛(wèi)星輔助資料，這些資料通過LTE-M 或 NB-IoT網(wǎng)路中繼傳輸?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資料，從而節(jié)省更多的電能。
即便採用了省電技術(shù)，GNSS仍會(huì)導(dǎo)致電池嚴(yán)重耗電，這是穿戴式裝置或資產(chǎn)追蹤器等設(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，那麼 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，那麼就有辦法節(jié)省電能。降低GNSS 功耗的一種方法是利用蜂巢式基地站的已知位置來縮小接收器的位置範(fàn)圍，nRF9160 SiP和nRF Cloud定位服務(wù)也支援這種方法。
單一蜂巢定位方法依賴於識別所追蹤的設(shè)備位於哪一個(gè)蜂巢，然後將蜂巢標(biāo)識與已知基地站位置資料庫進(jìn)行比對。這項(xiàng)技術(shù)的精確度可達(dá)到公里級，同時(shí)對接收器的電池使用壽命僅有輕微的影響。
多蜂巢定位則以單一蜂巢技術(shù)為基礎(chǔ)，參考附近多個(gè)基地站的位置，而不僅僅是一個(gè)基地站的位置，從而提供達(dá)到幾百公尺的定位精度，同時(shí)保持低功耗。
一種有趣的定位技術(shù)是Wi-Fi服務(wù)集識別碼（SSID）掃描，它是對GNSS的補(bǔ)充，也可用於在定位精度和電池壽命之間進(jìn)行取捨判斷。每個(gè) Wi-Fi 存取點(diǎn)（AP）網(wǎng)路都有一個(gè) SSID（存取點(diǎn)名稱的技術(shù)參照）。有了網(wǎng)路的SSID資訊，就可以對照資料庫詳細(xì)瞭解其位置。
Nordic的nRF70系列協(xié)同 IC可以支援SSID定位。當(dāng)用於Wi-Fi 定位時(shí)，nRF70系列設(shè)備會(huì)掃描附近的任何 Wi-Fi 存取點(diǎn)，以獲取其SSID；然後，協(xié)作裝置 nRF9160 SiP 會(huì)使用蜂巢連接將 SSID（以及其他有用資訊）轉(zhuǎn)發(fā)到 nRF Cloud。而後，nRF Cloud檢查一個(gè)或多個(gè) Wi-Fi SSID 資料庫，並將 SSID 位置以及該位置的不確定性資料返回到 nRF9160 或其他指定位置。
GNSS的定位精度是難以超越的。然而，如果可以接受幾十公尺精度而電池壽命又非常重要時(shí)，或者當(dāng)GNSS訊號中斷時(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，且電池使用壽命十分重要，那麼蜂巢定位就是最佳選擇。
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鬆實(shí)現(xiàn)流暢切換，從而在定位精度和電池壽命之間取得最佳的權(quán)衡。有了這種定位技術(shù)，寶貴的資產(chǎn)再也不會(huì)丟失了。
| 圖二 : nRF70系列設(shè)備（圖示為nRF7002）可掃描附近的任何 Wi-Fi存取點(diǎn)，以獲取其 SSID；然後，協(xié)作裝置nRF9160 SiP會(huì)使用蜂巢連接將 SSID及其他有用資訊轉(zhuǎn)發(fā)到 nRF Cloud。 |
|
