小米8双频GPS评测 秒懂GPS双频和单频的区别

百事数码
2018-06-05 11:51 小米社区

相信不少同学在使用手机的导航功能时,遇到过打车时定位不准,司机来接找不到人;约好碰头时明明地图显示在同一个点,但就是碰不到面;开车时导航太晚,错过了出口等令人生气又心急的情况。

小米8双频GPS评测 秒懂GPS双频和单频的区别

如果使用了支持双频GPS的手机,定位要精准的多,以上问题将迎刃而解。小米8作为全球首款支持双频GPS的智能手机,可实现超精准定位。百度、高德、腾讯三大地图厂商作为官方定位技术合作伙伴,也都对小米8给予极高评价,称为地图导航界突破性的创新和里程碑式的进展。

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那么究竟小米8是如何做到如此精准的定位的呢?今天我们就来跟大家聊聊小米8全球首发搭载的L1+L5双频双路技术。

先说说GPS是什么

首先,GPS是由美国国防部于1973年研发、1995年正式启用的一套全球定位系统,全称“Global Positioning System”。它由21颗主干工作卫星和3颗备用卫星,定位在互成60°的6个轨道平面上,完成GPS星座的构建。

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GPS的定位原理如下:

GPS卫星从空间发射可由手机收到和识别的信号,其中包含了卫星当前的位置坐标信息,以及由原子钟和相对论效应校正过的GPS卫星自身精确时间。假定卫星和手机两者的时间是精确同步的,收到卫星传来的信号后,手机用自己的时间减去信号中携带的发射时间,再乘以电磁波的理想传输速度即光速,即可算出手机和卫星之间的距离。

由此我们可以看出,GPS定位的关键是要获得手机和卫星之间的距离。而要计算距离,必须知道信号的传播时间,这一数据由手机计算得出,关键就在于GPS信号中发射后到达手机需要的时间是多少。

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L1频段的缺点

1、L1频段的带宽不够

影响GPS信号到达手机的时间,最主要的一个因素就是该信号的所在频段带宽。在目前市面上的手机中,绝大部分都使用的是L1频段1575.42MHz的GPS信号,它的带宽较小,只有1MHz。也就是一个最小周期的传输时间是1/106s=1μs,乘以光速就是300米。

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这就意味着,只使用L1频段进行定位,理论误差会达到半径300米的一个范围。必须结合多颗卫星的数据同时比对,方能减少误差到一个可以接受的范围。这也是为什么手机的“抓星”能力如此重要的原因。

2、L1频段的信号易受到城市建筑干扰

在建筑众多的场景,在城市或者江河湖海等水边进行定位时,金属、水面、玻璃等均是GPS信号的反射体。在以上场景使用GPS定位,手机经常会报出“GPS信号弱”、“GPS信号丢失”这样的提示语,这是为什么呢?

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原因在于,手机除了从GPS卫星发射后经直线传播的信号外,还会接收到一个或多个经过周围地形反射后的信号。这样,手机接收的多个信号会叠加起来,导致距离最短的直射信号变得不明显,连续使用中的手机无法判断出哪条信号才是最接近真实定位的信号,从而降低了卫星和手机之间距离计算的准确度,严重时甚至会导致卫星信号“失踪”。

3、L1频段GPS信号易受电离层影响

在空旷地带,定位不准的主要原因则是大气中电离层导致的GPS信号折射,从而增加传输时间。大气中电离层在太阳光的照射下充满了离子和电子,对GPS信号这种电磁波的影响严重。研究发现,电离层造成的折射效应与信号带宽的平方成反比,也就是说,带宽越低,电离层造成的影响越大。

小米8的双频双路定位技术可以同时利用L1和L5两个频段的GPS信号进行定位。L5频段的GPS信号相比L1频段编码更加复杂,手机和卫星两方都需要更高成本。那么,L5频段主要好在哪里呢?

L5频段GPS信号优势

1、L5频段的带宽更高

由于L5即1176.45MHz频段GPS信号的带宽高达10MHz,是L1频段的10倍,最小周期传输时间为0.1μs,单颗卫星定位测距误差也随之降至30米。

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2、L5频段GPS信号不易受反射干扰

因此,在高楼大厦等多径效应影响严重的场景中,小米8使用的L5频段信号波峰差异更明显,直射和反射更难叠加,从而降低对定位精度的影响。如下图所示,蓝色和紫色的反射信号难以影响绿色的直射信号,小米8可以获取更准确的定位。

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3、L1、L5双频对照可消除电离层影响

首先,L5频段GPS信号受到电离层的影响是L1频段的百分之一。其次,由于电离层对L1、L5两个频段信号的影响不同,双频GPS设备如小米8可以不依赖于其他因素,通过对比两路信号的延迟,用计算来消除电离层带来的误差,将GPS定位精度进一步提高。

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小米8双频GPS实测:甩单频手机一条街

我们听从三大地图厂商的建议,在他们的推荐下,我们拿着小米8,去到了北京最容易堵车的两个地点:航天桥、建外SOHO进行导航效果实测。(蓝色轨迹其实是iphone X,红色轨迹是三星S9+)

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▲航天桥定位实测

通过实测可以看出,采用了双频GPS的小米8在航天桥下环岛导航时,定位点几乎完全按照轨迹路线,而单频GP
S手机因为受到高架桥的信号干扰和阻挡,导致定位点大幅漂移,甚至一度进入了周围建筑区,这主要就是单频GPS手机在复杂城市场景下的局限,同理建外SOHO的实测也是相同的结果。

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▲建外SOHO楼群定位实测

目前,世界上的导航系统不仅仅是美国的GPS,主流导航系统还有俄罗斯的GLONASS、中国的北斗、欧洲的Galieo和日本的QZSS,而以上这些导航系统,小米8全部支持!这也使得小米8成为了首款可高精度定位“神机”!

文章最后附上小米8和苹果iPhone X、三星Galaxy S9+、华为P20 Pro支持卫星系统对比:

小米8双频GPS评测 秒懂GPS双频和单频的区别

事实证明,小米8不但坐实了“全球首款双频GPS手机”的称号,更在实际表现中证明了自己超一流的导航实力!而未来也会有越来越多手机,加入双频GPS支持。

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