资产监测设备中GPS冷启动时间为什么有时候不止30s?

Posted 瑞奇Ricky

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了资产监测设备中GPS冷启动时间为什么有时候不止30s?相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

近期笔者在某个资产监测设备定制功能的项目中,收到了客户反馈的一个问题:

提出问题: 在资产监测设备中为什么GPS芯片或者模块的规格书上面的冷启动TTFF基本上都写成30s左右,但是实际的测试并不是30s,有时候却需要更长的时间呢?

分析问题: 对于这个问题,开发人员从两个方面进行分析,一方面是从GPS的数据传输上去了解一下定位时间,另一方面就是从统计学上去了解这个30s。相关开发人员提出了该问题的解决思路。尤其是专注于物联网设备的研发,其核心产品包括了:资产定位跟踪设备、环境跟踪定位设备、人员定位等。

解决问题: 首先来观测一下GPS发出的导航电文,从中分析一下定位时间。 下图中,每个卫星都重复的发射自身的导航电文,每12.5分钟重复一次。我们将导航电文再分解,可以得到分别由5个子帧组成的25页数据。GPS定位的简单原则就是在时间同步后,拿到至少3个卫星的轨道数据就可以计算定位。试想一下,当我们同时接收来自3个卫星A,B,C的数据,都是从子帧1开始的,那么只要当子帧3接收完成就可以获得3个卫星的轨道数据,从而可以实现2D定位,由于每个子帧的时间是6s,三帧的时间是18s,所以就可以最快在18s完成冷启动定位。 但是,每个卫星到达我们GPS产品的距离不一样,或者说还有系统误差、多普勒频偏等原因,同时接收的卫星电文都在子帧1处的概率并不一定。如果其中一颗卫星A从子帧4开始接收,那么虽然其他2颗卫星B和C在18s完成接收,还需要等到成功接收完卫星A的下一页数据的子帧2和3才可以输出定位信息。从子帧4到下一个子帧3完成刚好经过了5个子帧时间30s,所以需要30s才能完成定位。

以上的分析都是理想的状态,没有数据接收误码的情况下,试想如果卫星的信号环境不好,在子帧2和3上发生了误码,那么只能等待下一个页再次接收数据,以完成定位,这样就会增加了TTFF。所以基于从GPS的数据传输上去了解定位时间,在实际的测试中,TTFF浮动比较大,特别是较弱信号环境下,TTFF会比较长。

从统计学上的一个叫高斯分布的概念上理解。既然在进行冷启动TTFF测试时,每一次测试都是独立随机的,基本上我们可认为是服从高斯分布的。所以规格书中的30s的定位时间是一个均值,围绕这个均值还存在着1RMS~3RMS的标准差,所以在实际测试中发现有大于30s的值并不奇怪。随着样本量的不断增加,其平均值就会逼近规格值。所以,实验室环境验证TTFF时,需要保证GPS的信号强度,同时测试大量的样本(比如100组)进行平均处理,得到可靠的TTFF测试结果。 所以,GPS芯片或者模块的规格书上面的冷启动TTFF时间写成30s左右,基本上都是实验室的平均数据,而且在稳定的信号环境下(GNSS模拟器输出的信号)测试的TTFF时间,这个时间基本上在30s左右。
总结,无论是从GPS的数据传输上了解定位时间还是通过统计学,资产监测设备中GPS冷启动时间有时候不止30s为正常现象,在理想状况下,GPS冷启动时间才可能小于或等于30s。

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