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GPS模块是什么

我们常说的GPS定位模块称为用户部分，它像“收音机”一样接收、解调卫星的广播C/A码信号，中以频率为1575.42MHz。GPS模块并不播发信号，属于被动定位。通过运算与每个卫星的伪距离，采用距离交会法求出接收机的得出经度、纬度、高度和时间修正量这四个参数，特点是点位速度快，但误差大。初次定位的模块至少需要4颗卫星参与计算，称为3D定位，3颗卫星即可实现2D定位，但精度不佳。GPS模块通过串行通信口不断输出NMEA格式的定位信息及辅助信息，供接收者选择应用。

GPS模块性能的*价指标主要有接收灵敏度、定位时间、位置精度、功耗、时间精度等。模块开机定位时间在不同的启动模式下有很大不同。一般来说，冷启动时间是指模块内部没有保存任何有助于定位的数据的情况，包括星历、时间等，一般标称在1分钟以内;温启动时间是指模块内部有较新的卫星星历(一般不超过2小时)，但时间偏差很大，一般标称在45秒以内;热启动时间是指关机不超过二十分钟，并且RTC时间误差很小时的情况。一般标称在10秒以内;重新捕捉时间就如同汽车钻过了一个隧道，出隧道时重新捕捉卫星。一般标称在4秒以内。

如果模块在定位后放的时间很久，或模块在定位后运输到几百公里以外的地方，这样模块内部有星历，但是这个星历是错误的或不具有参考意义的。在这些情况下，定位时间可能要几分钟甚至更久的时间。所以一般GPS模块出厂时要将模块内部的星历等数据清掉，这样客户拿到模块后可以冷启动方式快速定位。

定位精度可在静态与动态情况下进行考察，且动态定位效果优于静态定位。GPS模块所标称的定位参数是指在完全开放的天空下，卫星信号优良的情况下测得。所以在常规的测试中很难达到标称的定位时间与定位精度。常见的水平定位精度描述方式有两种：一是mCEP，即圆概率误差，意指测出的点有50%的概率位于一个以真实坐标为圆心，以m为半径的圆内;二是m2DRMS，即2倍水平均方根误差，意指测出的点有约95.5%的概率位于一个以真实坐标为圆心，以m为半径的圆内。

GPS模块精度

GPS模块的定位精度取决于很多方面，比如来自于GPS系统的卫星钟差及轨道差、可见GPS卫星数量及几何分布、太阳辐射、大气层、多径效应等。另外，同一个GPS模块，还会因为天线及馈线质量、天线位置和方向、测试时间段、开放天空范围及方向、天气、PCB设计等原因产生不同的定位误差。即使是同一个厂家同一个型号的不同GPS模块使用天线分集器同时进行测试时，静态漂移量也会有差别。

GPS模块在实际应用中经常作为时间基准，辅以模块内部的RTC，可获得非常高精度的时间参考，为产品的设计提供了很大的方便。至于GPS测速，只是在获得经纬度的基础上，进行简单的计算实现的一种扩展应用。

GPS常见的天线是陶瓷平板天线，这种天线成本低，外部加有源放大电路，接收信号方向单一，增益比较高，所以采用最多。但它的缺点是体积大，易受温度影响产生频率飘移。如果把陶瓷面积做小，会影响接收增益;如果做薄，会影响接收天线接收带宽，还会受有源放大部分影响。目前使用效果很好的尺寸是25×25×4mm3。陶瓷片天线在实际使用时垂直向上放置时的效果最好。

GPS天线的信号传输线同样非常重要，包括外部馈线与PCB走线。只有在阻抗匹配时输出功率才可能最大。因此整个传输线要保证50Ω的高频阻抗，对于PCB上如何设计RF走线阻抗，有些小软件可以帮您很方便的计算。

GPS模块相关问题

1、GPS模块的20通道是什么含义？

GPS模块有一个通道数量的参数，例如20通道，它表示该模块最大可以同时和20颗卫星建立通讯，3颗卫星是2D定位，数据不稳定，模块只有同时收到3颗以上卫星信号后，经过复杂运算后才能获得正确的定位数据，如果同时通讯的卫星颗数越多，模块就能越快越准确地获得定位数据，在地球表面上一般的城市环境下通常可以同时和4～11颗卫星同时通讯。

2、GPS模块为什么开机后很长时间才能获得定位数据？

GPS模块有冷启动，热启动和暖启动（现在的技术基本上已经将该冷启动和暖启动两模式参数做得非常接近，从而就逐步取消了暖启动）三个参数，如果GPS模块初次通电，或者移动超过500公里后通电时，模块要重新计算一次星历数据，一般正常情况下的GPS模块只需要30多秒钟就能正常定位（这就是冷启动），S-87具有内置纽扣电池，可以将星历数据存储在模块内部，当下次模块工作的时候可以很快速的定位，一般像S-87只需要1~3秒就可以实现新的定位，那这种定位就叫做热启动，如果模块断电时间超过4小时，内部RTC没有实时供电，那么再一次的开机也相当于冷启动。

3、如果出现长时间无法冷启动定位时怎么办？

那么就需要检查GPS天线摆放位置是否在一个开阔的环境下，能否读取到GPS模块输出的GPS数据？GPS数据中的GSV语句里面可以观测到GPS卫星信号状态？从这些方面就可以判断具体问题在什么地方！模块可以每秒输出一次：$GPGGA $GPGSA $GPGSV $GPRMC的定位数据，我们通常用$GPRMC精简数据输出这条信息，这条信息包含了目标的：经度、纬度、速度（海里/小时）、运动方向角、年份、月份、时、分、秒、毫秒、定位数据是有效的还是无效的这些重要信息，GPS模块的芯片大部分还是采用全球市占率第一的SiRFIII系列为主，SiRFIII芯片是20通道，实时解算能力强。该部分模块市面上很常见：环天，达伽马，Ublox等等。

4、天线状态监测怎么办？

当天线开短路的时候，需要怎么处理呢？这个最好的办法是GPS模块能输出天线开短路状态的语句来提示客户做这方面的查验，这样的好处就是可以让客户很方便的查看问题点，同时保护模块不受到大电流冲击，市面上很多这样的应用，比方S-87、S-90、S-93和UBLOX一些模块也具有这样的功能，但是区别点就是Ublox的需要搭外围器件来实现这个功能，达伽马的是不用任何外围器件，好像这个功能只能flash版本的才能实现，rom版本的不能配置IO口，这个功能就没办法实现。

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