Software GPS原理及應用

所謂Software base 全球衛星定位方案，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是將軟件移植到主機(Host base)上執行，以分享中央處理單元(CPU)、存儲芯片等，進(jìn)而達到省電、低成本、低功耗及small board level size的需求。其架構可由圖3表示：

　　這樣的方案只需要外部一個(gè)射頻芯片，其它都是利用主機(Host base)的固有資源。前端射頻芯片將射頻信號降到基帶適用的頻率，再經(jīng)由模擬/數字轉換器將信號快速取樣出來(lái)，一般是由SPI (serial port interface)或SD Interface接到主機上的中央處理單元，接著(zhù)由移植到Host processor的量測演算單元(Measurement Engine)將射頻取樣信號轉換出原始的GPS各種量測信息(raw GPS measurements)，再由導航演算單元(Navigation Engine)計算出所有的定位資料、速度和時(shí)間等。在硬件部分，一般冷開(kāi)機模式下大約需share掉主機上的中央處理單元約占50MIPS～400MIPS不等，不同廠(chǎng)家的方案會(huì )有不同的系統需求。

　　Software GPS的應用

　　本節將以一個(gè)RF Micro Devices之RF8110為設計實(shí)例來(lái)說(shuō)明Soft GPS之技術(shù)應用，由前一環(huán)節所述的原理可知，Soft GPS需要將其計算軟件移植到Host端的應用處理器上。其硬件架構如圖4所示。

　　接著(zhù)，我們再選用INTEL XScale的PXA-27X為Host的應用處理器，并以Single SPI (Serial Port Interface)模式來(lái)加以說(shuō)明，其界面的明確接線(xiàn)如下：

　　在這個(gè)應用范例中，這個(gè)接口使用4-wire SPI slave port來(lái)傳送控制信號及GPS的數據流。其中MISO (Master In Salve Out)及MOSI (Master Out Slave In)分別作為單向GPS串行數據傳輸用，而SPI RDY則告訴Host其GPS數據流己available，然后Host就要下read命令。在軟件移植上，則由圖6做說(shuō)明。

　　RF8110 提供可移植性高的ANSI C sGPS library，負責從GPS取樣信號中計算出位置、速度及時(shí)間，sGPS Library與系統軟件的接口為SAL(System Abstraction Layer)。Host端并可以在其上開(kāi)發(fā)導航應用軟件，可以只是簡(jiǎn)單的NMEA輸出，或是到復雜的地圖導航。

　　Aiding GPS

　　輔助式全球衛星定位系統的好處主要有兩方面：一是提供更便捷、快速的TTFF性能，二是在衛星信號強度極弱的狀況下，持續提供定位導航。如前文所述，一個(gè)幾何定位的計算主要是由偽距(pseudorange，一個(gè)純量的距離)和各個(gè)衛星方位、航向(方向)組合成向量所計算得出，偽距的求得是依據接收端與衛星間識別碼的時(shí)間差而得到。

　　而衛星的方位航向，是由衛星所送出的Ephemeris及Almanac得到。當衛星信號強度衰減到-155dBm～160dBm的大小時(shí)，衛星所送出的Ephemeris及Almanac資料已無(wú)法被正確的解調出來(lái)，這時(shí)就可以使用輔助式的定位機制。一般而言，輔助資料有：(1)Time Aiding，可以輔助識別碼的辨認，增加偽距的準確度;(2)Ephemeris/Almanac Aiding，在弱信號狀況下由其它系統(移動(dòng)通信系統或互聯(lián)網(wǎng)等)提供資料。

　　圖7所示是一個(gè)利用移動(dòng)通信系統作為媒介來(lái)提供time aiding及Ephemeris/Almanac aiding data的示意圖，此種架構必須與基地臺(即移動(dòng)通信系統的服務(wù)供應商緊密配合)。而圖8所示則是另外一種架構，由GPS供應商設置Server，然后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，使用HTTP protocol作為媒介來(lái)提供aiding data，這種方式的好處是不必直接跟移動(dòng)通信系統的運營(yíng)商做深度的技術(shù)整合，而可以由任一個(gè)LBS(Location Base Service)服務(wù)廠(chǎng)商通過(guò)GPRS來(lái)提供aiding data及service。

　　結 語(yǔ)

　　本文主要闡述了softGPS如何克服傳統方案、standalone GPS應用在手持移動(dòng)設備上的瓶頸，并說(shuō)明Soft GPS的原理及其應用。在講究尺寸，功耗及性能的移動(dòng)設備上，Soft GPS以?xún)H僅單一射頻芯片及可移植性高的運行軟件來(lái)搭配上Host端的應用處理器，可以容易地達到在尺寸、功耗及性能上的各項要求，使得衛星定位系統內建在Smart Phone、PDA更為普遍。