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GPS無法定位怎么破?先排查這4種情況

合宙LuatOS ? 來源:合宙LuatOS ? 作者:合宙LuatOS ? 2025-03-17 14:14 ? 次閱讀

社群又有新朋友著急來問:

我的GPS無法定位啊,怎么破?…

做開發哪有不踩坑的,你并不孤獨。

本文特別分享無法定位最常見的四種情況,希望能幫到有類似定位應用項目的朋友們,更快地排查出問題所在。

一、在室內做GPS定位

為什么開發板不能在室內使用GPS定位?

為什么手機可以定位,模塊無法定位呢?

——這究竟是為什么呢?

很多開發者在測試GPS的時候,總是發覺無法定位,甚至無法搜星。

經過技術支持的解答才明白:

只有戒掉懶癌,去室外測試,才能有良好的效果。

究其原因,還是GPS的原理所致:

以最簡單的幾何來說,兩點確定一條線,三個點確定一個面。那么逆推一下,就是三個點確定一個位置(基站定位的原理);四個點確定精確位置(含高程)。

wKgZPGfXs4SAPu-wAAI9w8cXGi8989.png

導航衛星不斷地向地球發射導航電文(衛星的速度、角速度、空間相對位置等信息),GPS芯片收到不同衛星的數據后,進行解算,就能得到當前接收器在地球的絕對位置了。

根據三點定位的原理:同時使用3顆衛星,可以實現2D FIX(不含高程);只有同時使用4顆或以上的衛星,才能實現3D FIX(含高程)。

不過凡事都有例外:

如果開發者在飄窗進行測試,會搜到衛星,甚至超過4顆,但是仍然無法定位。

這是為什么呢?

這是因為GPS天線的“可視角”有限,而這片星域的衛星角度相距太近,間隔太小,無法精確解算,故此無法實現定位。

GPS衛星運行在距地36000KM的軌道上,信號強度相當弱。GPS衛星的功率有多大?

GPS的民用C/A碼從衛星發出來的時候信號只有27W左右,達到地球的時候在-158.5dBW以上。

用對數形式表示可能不直觀,換算成十進制:

——等于將近0.0000000000000001W

相當相當小。所以,只有室外開闊的、無遮擋、晴好的地方,才能搜到更多的衛星,SNR值更高(陰天都會有影響哦),GPS芯片才能更快、更好的實現定位。

而室內是沒有GPS信號的:所以不論開發者如何調整代碼、修正天線,都無法實現GPS定位。

如果開發者懶癌爆發,不想去室外測試怎么辦呢?

不用擔心,萬能的淘寶給大家帶來了福音:

wKgZPGfXs52ANGb1AASoWTcbcl8236.png

不過,有的開發者肯定要反駁我:

為什么我的手機在室內就能定位,而且特別準呢?

這個問題的答案很簡單:

——手機使用的是多重定位。

如果要單純的測試手機的GPS定位,需要這樣做:

首先“三清”,僅打開GPS,然后拔卡,飛行模式,再用專業軟件如GPS Test+試一試,你就明白啦~~

這種情況下,室內,手機也是無法定位的:

wKgZO2fXs7OAewm7AAHrbRmy7kM189.png

所以說,手機在室內之所以可以定位,實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,如LBS(基站定位)、Wi-Fi(Wi-Fi定位)、BLE(藍牙)等。

至此,開發者應該可以明白在室內為什么手機可以定位,而開發板無法定位了。

PS:如果有手機同樣的預算,開發板也能做到同樣的“室內定位”效果。

二、天線使用問題

2.1 有源/無源天線混淆

有部分開發者經常遇到,自己去了戶外,按理說應該在35s左右就能定位成功了啊,怎么自己一兩分鐘都沒幾顆星,等了10多20分鐘依舊還是定位不成功?同步對比手機,發現差距不止一點點。

此時應該先檢查GNSS天線設計問題:

看看自己是不是將有源天線插給了無源天線預留的底座,或者無源天線插給了有源天線預留的底座。

wKgZO2fXs8mATfAWAAVtJZgeybI279.pngwKgZPGfXs9eAUD3rAAUfBY1XrZI099.pngwKgZO2fXs-KAZIwEAAUOy_HXvwg504.png

2.2 天線設計問題

更多客戶遇到的,不是戶外定位不到,而是戶外定位速度極其的慢的問題,常見于無源天線(因為無源天線對結構、PCB、走線要求都比較高)。

如果自己設計沒有注意下面幾點,是很有可能定位不到/定位極其的慢的。

2.2.1 無源天線設計注意事項

1)天線朝向

我們的GPS模組上均內置18dBm增益的GPS LNA,可以直接將陶瓷介質的無源天線焊接在模組的GPS_ANT PIN腳處使用。

產品布局的時候,GPS陶瓷天線朝上擺放;模組可以放到PCB的另一面。這樣就可以做到GPS_ANT PIN到天線焊盤走線盡可能短。

2)匹配電路

如果天線焊盤離模組的GPS_ANT PIN腳很近,那么可以不預留匹配電路。

如果由于結構等其他原因造成GPS天線遠離模組的GPS_ANT PIN,那么建議預留pi型匹配電路。

模組GPS_ANT PIN到GPS天線焊盤之間走線必須做50歐姆特性阻抗控制;如果是多層板,建議阻抗線走L1層,L2層鏤空參考L3的地。2層板走線線寬可以參考GSM天線部分走線線寬。

3)走線處理

天線下方不要走線,并做漏銅處理做天線的反射面。

wKgZPGfXs_aAX5O6AAcHSmKiyMY601.png

4)天線高度

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

wKgZO2fXtA2AEwF9AAZv9kS7xW4467.png

2.2.2 有源天線注意事項

有源天線構造與實物,參見下圖:

wKgZPGfXtB-AJq7eAAJRGB1u_oE287.png

1)PCB尺寸對天線性能的影響:

承載陶瓷天線的PCB形狀及面積。由于GPS有觸地反彈的特性,當背景是7cm×7cm無間斷大地時,patch天線的效能可以發揮到極致。雖然受外觀結構等因素制約,但盡量保持相當的面積且形狀均勻。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增益超過29dBm,否則信號過飽和可能會導致自激。

2)內外置天線兼容和供電處理:

參考電路是Air800模組的開發板M4,R5和R6是為了兼容陶瓷PATCH天線和有源天線做的共PAD兼容設計;L6和C38是有源天線供電電源濾波電路。

原理圖部分如下圖:

wKgZPGfXtDKAdHBAAAG5cohM45M419.png

GPS模組使用外置天線時的供電處理,PCB部分如下圖:

wKgZPGfXtEaAXJnMAAVyLGt7Ra0451.png

2.2.3 GPS天線選型建議

1)選擇大尺寸陶瓷天線:

在終端結構空間容許,能夠統一保證GPS天線面朝上的安裝使用狀態;并且周邊沒有大的金屬物件遮擋的情況下,建議使用GPS陶瓷天線,在空間容許的情況下盡量選擇大尺寸的陶瓷天線。

2)選擇FPC天線情況:

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

3)選擇有源天線:

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

4)選擇外置棒狀天線:

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

2.2.4 對天線廠家的要求

1)VSWR:

GPS天線電壓駐波比一般要求調到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:

一般天線廠大多不具備GPS 天線OTA測試環境,天線調試好后可以以實際測試數據做標準來衡量。

一般我們GPS實測時要求是:

可用于定位衛星顆數大于6顆以上,最強的信號在45 dB/Hz左右,要有3顆衛星信號大于40 dB/Hz。

三、星系切換問題

有很多用戶遇到過,模組默認固件,只打開GNSS電源,35S左右就能定位到了,但是切換成單北斗,就需要2分鐘多甚至更長時間才能定位成功。

首先明確一點,我們大多數模組,均使用的單頻(L1)GNSS芯片,所以內部能搜到的北斗衛星,只有B1C或者B1I,這兩個頻段的北斗衛星。

由于北斗衛星為高軌衛星,在同一片區域內,衛星數可能不會很多,實測在我家附近的廣場上,單頻(L1)GNSS芯片,只能搜到這幾顆北斗衛星。

wKgZPGfXtFmAOW0iAAJyp_F2L9Y967.png

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。

如果客戶對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。因為很多單北斗應用是需要進實驗室過多項認證的,使用多星系GNSS芯片,有極大概率過不去單北斗的認證。

四、外部干擾源問題

此種情況不能說常見,但是確實客觀存在。

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

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

不過還有少量客戶遇到的干擾源還是比較明顯:

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

今天的內容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇

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