社群又有新朋友著急來(lái)問(wèn)：

我的GPS無(wú)法定位啊，怎么破？…

做開(kāi)發(fā)哪有不踩坑的，你并不孤獨(dú)。

本文特別分享無(wú)法定位最常見(jiàn)的四種情況，希望能幫到有類(lèi)似定位應(yīng)用項(xiàng)目的朋友們，更快地排查出問(wèn)題所在。

一、在室內(nèi)做GPS定位

為什么開(kāi)發(fā)板不能在室內(nèi)使用GPS定位？

為什么手機(jī)可以定位，模塊無(wú)法定位呢？

——這究竟是為什么呢？

很多開(kāi)發(fā)者在測(cè)試GPS的時(shí)候，總是發(fā)覺(jué)無(wú)法定位，甚至無(wú)法搜星。

經(jīng)過(guò)技術(shù)支持的解答才明白：

只有戒掉懶癌，去室外測(cè)試，才能有良好的效果。

究其原因，還是GPS的原理所致：

以最簡(jiǎn)單的幾何來(lái)說(shuō)，兩點(diǎn)確定一條線(xiàn)，三個(gè)點(diǎn)確定一個(gè)面。那么逆推一下，就是三個(gè)點(diǎn)確定一個(gè)位置（基站定位的原理）；四個(gè)點(diǎn)確定精確位置（含高程）。

導(dǎo)航衛(wèi)星不斷地向地球發(fā)射導(dǎo)航電文（衛(wèi)星的速度、角速度、空間相對(duì)位置等信息），GPS芯片收到不同衛(wèi)星的數(shù)據(jù)后，進(jìn)行解算，就能得到當(dāng)前接收器在地球的絕對(duì)位置了。

根據(jù)三點(diǎn)定位的原理：同時(shí)使用3顆衛(wèi)星，可以實(shí)現(xiàn)2D FIX（不含高程）；只有同時(shí)使用4顆或以上的衛(wèi)星，才能實(shí)現(xiàn)3D FIX（含高程）。

不過(guò)凡事都有例外：

如果開(kāi)發(fā)者在飄窗進(jìn)行測(cè)試，會(huì)搜到衛(wèi)星，甚至超過(guò)4顆，但是仍然無(wú)法定位。

這是為什么呢？

這是因?yàn)镚PS天線(xiàn)的“可視角”有限，而這片星域的衛(wèi)星角度相距太近，間隔太小，無(wú)法精確解算，故此無(wú)法實(shí)現(xiàn)定位。

GPS衛(wèi)星運(yùn)行在距地36000KM的軌道上，信號(hào)強(qiáng)度相當(dāng)弱。GPS衛(wèi)星的功率有多大？

GPS的民用C/A碼從衛(wèi)星發(fā)出來(lái)的時(shí)候信號(hào)只有27W左右，達(dá)到地球的時(shí)候在-158.5dBW以上。

用對(duì)數(shù)形式表示可能不直觀，換算成十進(jìn)制：

——等于將近0.0000000000000001W

相當(dāng)相當(dāng)小。所以，只有室外開(kāi)闊的、無(wú)遮擋、晴好的地方，才能搜到更多的衛(wèi)星，SNR值更高（陰天都會(huì)有影響哦），GPS芯片才能更快、更好的實(shí)現(xiàn)定位。

而室內(nèi)是沒(méi)有GPS信號(hào)的：所以不論開(kāi)發(fā)者如何調(diào)整代碼、修正天線(xiàn)，都無(wú)法實(shí)現(xiàn)GPS定位。

如果開(kāi)發(fā)者懶癌爆發(fā)，不想去室外測(cè)試怎么辦呢？

不用擔(dān)心，萬(wàn)能的淘寶給大家?guī)?lái)了福音：

不過(guò)，有的開(kāi)發(fā)者肯定要反駁我：
為什么我的手機(jī)在室內(nèi)就能定位，而且特別準(zhǔn)呢？這個(gè)問(wèn)題的答案很簡(jiǎn)單：
——手機(jī)使用的是多重定位。如果要單純的測(cè)試手機(jī)的GPS定位，需要這樣做：
首先“三清”，僅打開(kāi)GPS，然后拔卡，飛行模式，再用專(zhuān)業(yè)軟件如GPS Test+試一試，你就明白啦~~這種情況下，室內(nèi)，手機(jī)也是無(wú)法定位的：

所以說(shuō)，手機(jī)在室內(nèi)之所以可以定位，實(shí)際上是它不僅使用了GPS——還使用了很多其他的輔助定位技術(shù)，如LBS（基站定位）、Wi-Fi（Wi-Fi定位）、BLE（藍(lán)牙）等。

至此，開(kāi)發(fā)者應(yīng)該可以明白在室內(nèi)為什么手機(jī)可以定位，而開(kāi)發(fā)板無(wú)法定位了。

PS：如果有手機(jī)同樣的預(yù)算，開(kāi)發(fā)板也能做到同樣的“室內(nèi)定位”效果。

二、天線(xiàn)使用問(wèn)題

2.1 有源/無(wú)源天線(xiàn)混淆

有部分開(kāi)發(fā)者經(jīng)常遇到，自己去了戶(hù)外，按理說(shuō)應(yīng)該在35s左右就能定位成功了啊，怎么自己一兩分鐘都沒(méi)幾顆星，等了10多20分鐘依舊還是定位不成功？同步對(duì)比手機(jī)，發(fā)現(xiàn)差距不止一點(diǎn)點(diǎn)。

此時(shí)應(yīng)該先檢查GNSS天線(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題：

看看自己是不是將有源天線(xiàn)插給了無(wú)源天線(xiàn)預(yù)留的底座，或者無(wú)源天線(xiàn)插給了有源天線(xiàn)預(yù)留的底座。

2.2 天線(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題

更多客戶(hù)遇到的，不是戶(hù)外定位不到，而是戶(hù)外定位速度極其的慢的問(wèn)題，常見(jiàn)于無(wú)源天線(xiàn)（因?yàn)闊o(wú)源天線(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)、PCB、走線(xiàn)要求都比較高）。

如果自己設(shè)計(jì)沒(méi)有注意下面幾點(diǎn)，是很有可能定位不到/定位極其的慢的。

2.2.1 無(wú)源天線(xiàn)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1）天線(xiàn)朝向

我們的GPS模組上均內(nèi)置18dBm增益的GPS LNA，可以直接將陶瓷介質(zhì)的無(wú)源天線(xiàn)焊接在模組的GPS_ANT PIN腳處使用。

產(chǎn)品布局的時(shí)候，GPS陶瓷天線(xiàn)朝上擺放；模組可以放到PCB的另一面。這樣就可以做到GPS_ANT PIN到天線(xiàn)焊盤(pán)走線(xiàn)盡可能短。

2）匹配電路

如果天線(xiàn)焊盤(pán)離模組的GPS_ANT PIN腳很近，那么可以不預(yù)留匹配電路。

如果由于結(jié)構(gòu)等其他原因造成GPS天線(xiàn)遠(yuǎn)離模組的GPS_ANT PIN，那么建議預(yù)留pi型匹配電路。

模組GPS_ANT PIN到GPS天線(xiàn)焊盤(pán)之間走線(xiàn)必須做50歐姆特性阻抗控制；如果是多層板，建議阻抗線(xiàn)走L1層，L2層鏤空參考L3的地。2層板走線(xiàn)線(xiàn)寬可以參考GSM天線(xiàn)部分走線(xiàn)線(xiàn)寬。

3）走線(xiàn)處理

天線(xiàn)下方不要走線(xiàn)，并做漏銅處理做天線(xiàn)的反射面。

4）天線(xiàn)高度

天線(xiàn)周邊不要有干擾源，特別是DCDC等器件；另外周邊也不要有比GPS天線(xiàn)高的金屬器件。

2.2.2 有源天線(xiàn)注意事項(xiàng)

有源天線(xiàn)構(gòu)造與實(shí)物，參見(jiàn)下圖：

1）PCB尺寸對(duì)天線(xiàn)性能的影響：承載陶瓷天線(xiàn)的PCB形狀及面積。由于GPS有觸地反彈的特性，當(dāng)背景是7cm×7cm無(wú)間斷大地時(shí)，patch天線(xiàn)的效能可以發(fā)揮到極致。雖然受外觀結(jié)構(gòu)等因素制約，但盡量保持相當(dāng)?shù)拿娣e且形狀均勻。另外放大電路增益的選擇必須配合后端LNA增益；一般不建議有源天線(xiàn)增益超過(guò)29dBm，否則信號(hào)過(guò)飽和可能會(huì)導(dǎo)致自激。

2）內(nèi)外置天線(xiàn)兼容和供電處理：參考電路是Air800模組的開(kāi)發(fā)板M4，R5和R6是為了兼容陶瓷PATCH天線(xiàn)和有源天線(xiàn)做的共PAD兼容設(shè)計(jì)；L6和C38是有源天線(xiàn)供電電源濾波電路。原理圖部分如下圖：

GPS模組使用外置天線(xiàn)時(shí)的供電處理，PCB部分如下圖：

2.2.3 GPS天線(xiàn)選型建議

1）選擇大尺寸陶瓷天線(xiàn)：

在終端結(jié)構(gòu)空間容許，能夠統(tǒng)一保證GPS天線(xiàn)面朝上的安裝使用狀態(tài)；并且周邊沒(méi)有大的金屬物件遮擋的情況下，建議使用GPS陶瓷天線(xiàn)，在空間容許的情況下盡量選擇大尺寸的陶瓷天線(xiàn)。

2）選擇FPC天線(xiàn)情況：

在不能保證終端使用狀態(tài)，且空間受限：比如手機(jī)，帶定位功能的胸牌；建議使用FPC天線(xiàn)

3）選擇有源天線(xiàn)：

在明確終端安裝環(huán)境惡劣，并且對(duì)GPS性能有較高要求的；建議使用GPS有源天線(xiàn)；

4）選擇外置棒狀天線(xiàn)：

在不能保證產(chǎn)品安裝使用狀態(tài)，但是空間不受限制，也可以選擇類(lèi)似于GSM的外置棒狀天線(xiàn)。

2.2.4 對(duì)天線(xiàn)廠家的要求

1）VSWR：

GPS天線(xiàn)電壓駐波比一般要求調(diào)到1.5左右；

2）Efficiency：

效率一般要求在40%左右；

3）Average Gain：

平均增益要求在-0.5dB；

4）OTA：

一般天線(xiàn)廠大多不具備GPS 天線(xiàn)OTA測(cè)試環(huán)境，天線(xiàn)調(diào)試好后可以以實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)做標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量。

一般我們GPS實(shí)測(cè)時(shí)要求是：

可用于定位衛(wèi)星顆數(shù)大于6顆以上，最強(qiáng)的信號(hào)在45 dB/Hz左右，要有3顆衛(wèi)星信號(hào)大于40 dB/Hz。

三、星系切換問(wèn)題

有很多用戶(hù)遇到過(guò)，模組默認(rèn)固件，只打開(kāi)GNSS電源，35S左右就能定位到了，但是切換成單北斗，就需要2分鐘多甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能定位成功。

首先明確一點(diǎn)，我們大多數(shù)模組，均使用的單頻(L1)GNSS芯片，所以?xún)?nèi)部能搜到的北斗衛(wèi)星，只有B1C或者B1I，這兩個(gè)頻段的北斗衛(wèi)星。

由于北斗衛(wèi)星為高軌衛(wèi)星，在同一片區(qū)域內(nèi)，衛(wèi)星數(shù)可能不會(huì)很多，實(shí)測(cè)在我家附近的廣場(chǎng)上，單頻(L1)GNSS芯片，只能搜到這幾顆北斗衛(wèi)星。

所以，在明確自己是真正需要單北斗/單GPS或者其他星系前，盡量不要將模組切換為單星系狀態(tài)。

如果客戶(hù)對(duì)單北斗需求非常明確，建議選擇真正的單北斗芯片，杜絕后患。因?yàn)楹芏鄦伪倍窇?yīng)用是需要進(jìn)實(shí)驗(yàn)室過(guò)多項(xiàng)認(rèn)證的，使用多星系GNSS芯片，有極大概率過(guò)不去單北斗的認(rèn)證。

四、外部干擾源問(wèn)題

此種情況不能說(shuō)常見(jiàn)，但是確實(shí)客觀存在。

之前有部分客戶(hù)就遇到了，在他們公司附近一直定位不到，但是客戶(hù)放在自己小區(qū)前面廣場(chǎng)上就能定位成功。

查看地圖得知，客戶(hù)的公司附近，有"中國(guó)軍工"單位，不只是GNSS定位不到，偶爾自己的手機(jī)5G/4G信號(hào)也沒(méi)有，此種情況定位不到的原因不言而喻了。

不過(guò)還有少量客戶(hù)遇到的干擾源還是比較明顯：

例如只針對(duì)GPS頻段發(fā)射的干擾源，此時(shí)切換為單北斗模式，即使是單頻模組，在部分情況下，還是能夠正常定位成功的。

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇