經(jīng)常使用運(yùn)動(dòng)手表的朋友們可能會(huì)知道，GPS軌跡感覺很“玄學(xué)”，有時(shí)軌跡形狀跑出來的結(jié)果很好，有時(shí)就不盡如人意。那么影響GPS主要原因都有哪些呢？

　　█ GPS定位原理

　　GPS衛(wèi)星定位基本方程組（4個(gè)衛(wèi)星）如下：

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　　說明：
　　?(x,y,z)：是待定位GPS終端（UE）的WGS84三維坐標(biāo)，是方程中的未知數(shù)。
　　?δ：是待定位GPS終端（UE）的本地時(shí)鐘與GPS衛(wèi)星時(shí)鐘的偏差，也是方程中的未知數(shù)。由于GPS終端的本地時(shí)鐘的精度有限，它與GPS衛(wèi)星時(shí)鐘之間，難免會(huì)存在一定的偏差。
　　?c：表示光速，是常數(shù)。
　　?(xi,yi,zi)：表示第i顆衛(wèi)星的WGS84三維坐標(biāo)，可通過GPS衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航電文計(jì)算得出，是方程中的已知數(shù)。
　　?PRi：表示待定位GPS終端（UE）測量得到的第i顆衛(wèi)星的偽距，是方程中的已知數(shù)。
　　?偽距包含兩部分內(nèi)容：第一部分是待定位GPS終端（UE）離第i顆GPS衛(wèi)星的直線距離；第二部分包含第i顆GPS衛(wèi)星的偽距校正值。
　　?偽距校正值包括相對論效應(yīng)引起的距離校正值、GPS時(shí)鐘偏差引起的距離校正值、電離層時(shí)延引起的距離校正值。
　　?偽距減去偽距校正值，便可以獲得待定位GPS終端（UE）離第i顆GPS衛(wèi)星的直線距離。
　　?c*ζi：表示第i顆GPS衛(wèi)星的偽距校正值，這些參數(shù)可通過GPS衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航電文、以及待定位GPS終端（UE）的初始位置計(jì)算得到。GPS終端的初始位置可以是普通GPS終端的上一次定位結(jié)果，或者在WCDMA中，UE可利用參考小區(qū)天線的位置作為初始位置。
　　有了上述四個(gè)GPS偽距方程，便可以求解4個(gè)未知數(shù)（x、y、z、以及δ）。如果待定位GPS終端能夠測量到更多GPS衛(wèi)星的偽距值，則方程的個(gè)數(shù)還可以增加。

　　█ 影響因素

　　衛(wèi)星的發(fā)射功率并不大，信號(hào)到達(dá)地面時(shí)已經(jīng)很弱。（這種信號(hào)強(qiáng)度相當(dāng)于1.6萬公里外一個(gè)25瓦的燈泡發(fā)出的光。再做個(gè)比喻，它比電視機(jī)天線所接收到的功率還要低10億倍），那么，除開GPS本身信號(hào)就很弱的原因外，主要的因素又有哪些呢？

　　天氣

　　GPS信號(hào)需要穿過大氣層才能到達(dá)里面，所以天氣的影響是客觀存在的，諸如云層、雨雪、磁場都會(huì)對GPS信號(hào)產(chǎn)生影響。晴朗的天氣能帶來更高的定位精度。

　　建筑

　　建筑物不僅會(huì)對GPS信號(hào)造成遮擋（可用定位衛(wèi)星減少），建筑物本身對GPS信號(hào)的反射、折射還會(huì)帶來多徑效應(yīng)，對于GPS來說，這個(gè)誤差才是真正致命的，可以達(dá)到幾百米，甚至上公里。

　　軌跡比對：

　　1）開闊場景（圓點(diǎn)軌跡代表真值，黃色代表手表軌跡）：

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　　2）高層社區(qū)：
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　　人體


　　人體是幾乎什么都要吸收的東西，當(dāng)然也包括信號(hào)，當(dāng)你與很多人一起跑步的時(shí)候，人體對于GPS信號(hào)的影響也是客觀存在的

　　金屬

　　金屬對于信號(hào)的影響是最大的，金屬不僅會(huì)吸收信號(hào)，也會(huì)對信號(hào)造成反射。手表的金屬表帶也是造成GPS軌跡很差的“罪魁禍?zhǔn)住薄?br>　　金屬表帶結(jié)果：? ?? ?? ?? ?? ?
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　　塑膠表帶結(jié)果
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　　總結(jié)：

　　GPS定位精度很容易受到客觀環(huán)境的影響。對于手表用戶來說，GPS最主要的影響原因是樓層遮擋（搜星數(shù)變少、多徑效應(yīng)），以及金屬表帶對GPS信號(hào)的吸收及反射。

　　雙頻五星定位介紹：

　　五星：指五大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：GPS（美國）、北斗（中國）、GLONASS（俄羅斯）、Galileo（歐洲）、QZSS（日本）

　　雙頻：GPS雙頻定位是指同時(shí)使用兩個(gè)頻段的GPS信號(hào)進(jìn)行定位，來提高導(dǎo)航精度的技術(shù)。GPS有L1，L2和L5三個(gè)可供民用的頻段，目前民用的GPS雙頻定位即支持L1頻段和L5頻段進(jìn)行GPS定位。

　　五星對于定位的提升：可選擇的衛(wèi)星越多。

　　雙頻對于定位性能的提升：

　　1、L1的載頻為1575.42MHz，而L5的載頻為1176.45MHz，L5的波長更長，自由空間衰減更小，因此同樣條件下信號(hào)達(dá)到地面的功率更高。同樣條件下，L5信號(hào)比L1信號(hào)的功率高6dB也就是4倍左右。

　　2、L1C/A碼的碼長為1023chips，碼元速率為1.023MHz；L5的碼長為10230chips或周期為1ms，碼元速率為10.23MHz。從單顆衛(wèi)星測距誤差的角度來看，L5的測距精度可達(dá)30米，而L1C/A僅為300米。多顆衛(wèi)星同時(shí)用，很多衛(wèi)星的照射范圍取交集，L1的精度會(huì)遠(yuǎn)小于300米的，相應(yīng)L5也會(huì)更準(zhǔn)確一些。

　　城市環(huán)境中有很多高樓大廈，衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過這些建筑物的反射之后變得非常雜亂，與正確的直射信號(hào)交織在一起，這些信號(hào)是光速傳播的，雖然建筑反射的延遲非常小，但因?yàn)镚PS的原理是采用不同衛(wèi)星信號(hào)間時(shí)差進(jìn)行定位，延遲非常小的信號(hào)延遲，和光速做乘法后得到的距離誤差也是很大的，因此建筑反射干擾是主要的誤差來源之一。

　　L5信號(hào)碼元速率提高到L1的十倍因此碼片的長度變小了10倍，碼率更高也意味著頻譜密度也更加集中。雖然L5也會(huì)反射，不過反射之后的錯(cuò)誤信號(hào)和正確的直射信號(hào)疊加形成新的頻譜密度高峰的概率會(huì)比較低，這樣使得計(jì)算引擎更容易找到直射衛(wèi)星信號(hào)，更能對抗由由于建筑物反射帶來的多徑效應(yīng)引起的頻率選擇性衰落，從而有效提高了定位的精度。

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藍(lán)色和紫色的反射信號(hào)難以影響綠色的直射信號(hào)

　　3、在導(dǎo)航電文的傳輸中，L5保持了與L1C/A碼相同的子幀結(jié)構(gòu)，但對其進(jìn)行了1/2比率的前向糾錯(cuò)卷積編碼（FEC），因此L5信號(hào)具有導(dǎo)航電文糾錯(cuò)能力，可提高在低功率環(huán)境下定位速度。

　　4、L5采用了紐曼-哈弗曼編碼（Neuman-Hoffman碼，N-H碼），信號(hào)的自相關(guān)特性強(qiáng)。這種編碼方式可以提高接收機(jī)抗窄帶干擾能力，改善數(shù)據(jù)的位同步（從接收機(jī)找到數(shù)據(jù)比特的邊緣）。

　　5、L5信號(hào)由兩個(gè)幅度相等而相位正交的分量組成，一個(gè)分量載有衛(wèi)星的導(dǎo)航電文(或叫做數(shù)據(jù)信號(hào))，一個(gè)未載有數(shù)據(jù)稱之謂無數(shù)據(jù)（或?qū)ьl）信號(hào)。無數(shù)據(jù)通道沒有180模糊性，從而改善了載波恢復(fù)能力，可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)載波模糊性解。

　　6、影響GPS定位精準(zhǔn)度的主要因素除了建筑反射干擾還有電離層延時(shí)，衛(wèi)星從數(shù)萬里之遙的外太空把信號(hào)發(fā)送到地面，中間要穿過復(fù)雜的電離層，充滿變數(shù)的大氣層，難免有折射、有干擾。而且天氣、太陽活動(dòng)等都會(huì)對定位的結(jié)果產(chǎn)生影響，造成誤差。如果只有L1信號(hào)，那手機(jī)接收到之后就當(dāng)L1是直射過來的。而實(shí)際上L1可能已經(jīng)在大氣層發(fā)生了折射，而折射會(huì)導(dǎo)致一定的延時(shí)，大氣層的延遲會(huì)導(dǎo)致很大的誤差，目前很多科學(xué)家認(rèn)定大氣層誤差占到所有誤差60%的權(quán)重。
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GPS信號(hào)電離層影響示意圖
　　不同頻率的信號(hào)通過相同介質(zhì)的折射率不同。L5和L1頻率不同，也就意味著衛(wèi)星同時(shí)發(fā)射了兩個(gè)頻率的信號(hào)，手機(jī)接收到的時(shí)間不同，接收機(jī)就可以推算大氣層誤差，進(jìn)而消除電離層誤差，降低定位誤差

文章來源：華為花粉俱樂部/穿戴產(chǎn)品運(yùn)營