【導讀】全球定位系統（GPS）是全球衛星導航系統（GNSS）的主要組成部分，該系統還包括伽利略系統、北斗系統和GLONASS系統等，堪稱技術奇跡。
全球定位系統（GPS）是全球衛星導航系統（GNSS）的主要組成部分，該系統還包括伽利略系統、北斗系統和GLONASS系統等，堪稱技術奇跡。
GPS由 24 顆衛星組成，位于地球上空約 2 萬公里處。這些衛星的排列確保在地球上任何一個位置都能觀測到至少四顆衛星。GPS接收器接收衛星發出的信號，這些信號提供了衛星的位置、狀態以及由機載原子鐘提供的精確時間。接收器記錄下信號的到達時間，然后根據信號發射和接收之間的時間差，乘以光速，確定其與每顆衛星的距離。通過來自四顆衛星的信息可以確定獨一無二的接收器位置。
每天有數十億人士依靠GNSS來確定自己身處的位置。現在，全球衛星導航系統也為物流和運輸領域的許多物聯網應用奠定了基礎，幫助追蹤可能丟失的寶貴資產。因此，Nordic 的蜂窩物聯網解決方案 nRF9160 SiP 加入了GNSS 功能，可用于資產跟蹤和其他應用。
衛星信號丟失
盡管 GNSS 具有令人驚嘆的技術基礎，但它并非完美無瑕。導航衛星確實會出現一些問題，例如板載時鐘不準確導致定時誤差。為了減少這種漂移誤差，GNSS系統會對多個衛星進行比較，并使用算法來確定哪些時鐘出現了誤差，然后將其與地面基準進行比較重置。
其他問題的成因，包括衛星與地面接收器之間的信號相對較弱，很容易受到干擾。例如，由一排排高樓形成的 "城市峽谷(urban canyons) "會阻礙信號傳輸。而GNSS 信號難以穿透建筑物。
即使信號穿透了建筑物，若信號在到達接收器之前被建筑物反射，就會產生所謂的多路徑誤差(multipath error)，這會導致定時誤差，進而產生錯誤的位置信息。地球大氣層的異常也會造成其他的誤差，從而延遲或扭曲 GNSS 信號。來自其他無線電源的電磁干擾（EMI）也會造成定時誤差。為了緩解這些問題，接收器使用了濾波、相關和信號功率測量等技術，針對大氣層難題，則使用了電離層和對流層建模等方法。
GNSS調制解調器面臨的另一個挑戰，是從冷啟動到確定一組衛星的位置可能需要幾分鐘時間。這就需要消耗大量電池容量，Nordic公司的 nRF9160 和該公司的nRF Cloud定位服務采用的一種解決方案是輔助和預測GPS (A-GPS和P-GPS)。這些方法使用存儲在數據庫中的衛星輔助數據，這些數據通過 LTE-M 或 NB-IoT 網絡中繼傳輸到 nRF9160 ——與時間較長的首次定位相比，可節省大量電能。在需要時，物聯網設備可以在幾秒鐘內找到衛星，進一步節省能源。P-GPS 技術以 A-GPS 為基礎，為物聯網設備提供兩周以上的輔助數據，從而節省更多的電能。
即便采用了省電技術，GNSS仍會嚴重損耗電池，這是可穿戴設備或資產跟蹤器等設備需要考慮的重要因素，因為這些設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，那么 GNSS 的電池損耗是值得的；但如果可以接受精度較低的定位，那么就有辦法節省電能。降低GNSS 功耗的一種方法是利用蜂窩基站的已知位置來縮小接收器的位置范圍，nRF9160 SiP 和 nRF Cloud定位服務也支持這種方法。單一蜂窩定位方法依賴于識別所跟蹤的設備位于哪一個蜂窩，然后將蜂窩標識與已知基站位置數據庫進行比對。這項技術的精確度可達到千米級，同時對接收器的電池使用壽命僅有輕微的影響。
多蜂窩定位則以單一蜂窩技術為基礎，參考附近多個基站的位置，而不僅僅是一個基站的位置，從而提供達到幾百米的定位精度，同時保持低功耗。
一種有趣的定位技術是 Wi-Fi 服務集標識符（SSID）掃描，它是對GNSS 的補充，也可用于定位精度和電池壽命的折衷權衡。每個 Wi-Fi 接入點（AP）網絡都有一個 SSID（接入點名稱的技術參照）。有了網絡的 SSID 信息，就可以對照數據庫詳細了解其位置。
Nordic 的 nRF70 系列協同 IC 可以支持SSID 定位。當用于 Wi-Fi 定位時，nRF70 系列設備會掃描附近的任何 Wi-Fi 接入點，以獲取其 SSID；然后，協作 nRF9160 SiP 會使用蜂窩連接將 SSID（以及其他有用信息）轉發到 nRF Cloud。而后，nRF Cloud檢查一個或多個 Wi-Fi SSID 數據庫，并將 SSID 位置以及該位置的不確定度數據返回到 nRF9160 或其他指定位置。
GNSS 的定位精度是難以超越的。然而，如果可以接受幾十米精度而電池壽命又非常重要時，或者當GNSS 信號中斷時，Wi-Fi SSID 定位是極佳的選擇，因為它的功耗比GNSS 低得多。如果只需要一公里以內的資產定位精度，且電池使用壽命至關重要，那么基于蜂窩的定位就是最佳選擇。利用 Nordic 的 nRF91、nRF70 系列和nRF Cloud定位服務，可以在所有三種定位方法之間輕松實現無縫切換，從而在定位精度和電池壽命之間進行最佳的權衡。有了這種定位技術，寶貴的資產再也不會丟失了。
nRF70 系列設備（如圖中所示nRF7002）可掃描附近的任何 Wi-Fi 接入點，以獲取其 SSID；然后，協作nRF9160 SiP 會使用蜂窩連接將 SSID（以及其他有用信息）轉發到 nRF Cloud。nRF Cloud 檢查一個或多個 Wi-Fi SSID 數據庫，然后將 SSID 位置以及該位置的不確定度數據返回到 nRF9160 或其他指定位置。
(來源：Nordic Semiconductor公司)
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