阿宝地图之前，我们先把定位这个事情弄清楚，然后……

作者/包

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出品？/?阿宝 1990

在讲解高精地图之前，先说清楚定位的事情。如果我们想明白，下面的事情就会清楚得多。自古以来，哲学所讨论的人生终极问题无外乎三个。我从哪里来，我要去哪里，这里的位置包含了人生哲学中的两个问题，可见其重要性。

如果你有个爱开车的女朋友，如果她在外面迷路了，如果是10年前没那么发达的导航手机，可能是这样的。

——你在哪里？

——嗯？我在路上。

——有什么特点？

——头顶上有一个月亮。

——你身边有什么？

——有路灯。

——有路牌吗？路牌上写了什么？

——我去看看。确实有，上面写着“禁止停车违规罚款”。

——阿姨，我真的很喜欢你……

——哼，你不爱我了，你一定不爱我了，你爱上新前台了吗？

说起现代人，说说我们古人对航海的需求：朝辞白地在彩云间，千里江陵一日归。两岸猴群啼哭不止，轻舟已过万山。看李白当时没有航路，已经数不清走过了多少山。

我们在哪里？如何到达目的地？需要多长时间才能到达？ ——这是自人类诞生以来就一直困扰着我们的问题。早在石器时代，“北京人”外出打猎时，就会沿途留下痕迹。捕捉到猎物后，他们使用固定坐标找到回家的路。在天文导航时代，指南针、指南针、六分仪等发明不断扩大人类在地球上的足迹。人们开始远行，世界正在走向融合。

正常定位

初中学过数学的我们都知道，要想在二维平面上定位，首先要建立笛卡尔坐标系。通过坐标原点，我们可以确定A点具体位置(x,y)的坐标，如果要A点到B点的绝对距离，也就是坐标系上绝对位置的计算.

这里二维平面的定位比较准确，比较容易。它只是 X/Y 方向的坐标。大家只要按照对应的原点坐标，或者即使原点坐标不同，也可以很方便的换算，所以一般情况下，最好在室内做一些平面定位，比如扫地机器人的定位。

GPS 3D 定位

我们来看看地球上某个位置的定位。其实对于球上的某个点，正常情况下我们只需要知道经纬度，但是导航，还必须要定位Height，不然重庆这样神奇的8D城市，高架桥太多了上下桥的导航位置显示相同的经度和纬度。您只能通过高度定位您所在的道路，否则导航将分分钟带您走。我在重庆高架桥上走了半天，所以大家都说看地图不准确，就来重庆立交桥走一走吧。

有了这个概念之后，看GPS定位的原理就容易多了。

首先要明白一件事，不管是GPS还是北斗，都是靠卫星定位的。 GPS的全称是Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System，简称全球定位系统（GPS），具有实时性好、精度高等优点，是全球发展最广泛、应用最广泛的全球卫星导航系统。

我们经常在文章中看到的GNSS，就是全球导航卫星系统（GNSS），是卫星导航的总称。除了GPS，它还包括四大导航系统：俄罗斯的GLONASS、中国的北斗、欧洲的伽利略。系统。

GPS操作的标准定义如下：

GPS 由 24 个工作星和 4 个备用星组成。该卫星工作在 6 个非同步轨道上，高度为 2.020,000 公里，彼此呈 55 度角。这样，在世界任何地方、任何时间都可以观测到4颗以上的GPS卫星。 GPS卫星向地球发送导航电文（系统时间、星历、历书、卫星时钟校正参数、导航卫星健康状况、电离层延迟参数等），GPS终端接收卫星发送的数据，可以确定通过计算当前位置并以NMEA0183格式和WGS-84坐标系输出数据。

读起来有点拗口，所以我会以专业理科学生理解的方式为你分析。

①为什么不用地球同步卫星？

地球静止卫星轨道：卫星的轨道周期等于地球在惯性空间的自转周期（23小时56分4秒），方向也相同。卫星每天同一时间的轨道都是一样的。当轨道与赤道面重合时，称为地球静止轨道，即卫星相对于地面的位置保持不变。零倾角的圆形地球同步轨道称为地球静止轨道，因为在这种轨道上的卫星将始终位于赤道上方的某个位置，相对于地球表面是静止的。此类轨道卫星的地面高度约为 3.60,000 公里。它覆盖范围广，3颗这样的卫星均匀分布在地球赤道上，除了极小部分的南北两极外，可以实现全球通信。

既然地球静止轨道的卫星数量少到可以定位，何不使用呢？这里有一个启动问题。地球静止轨道卫星的发射难度很大，技术也很复杂。但如果一个国家的卫星发射场建在地球赤道上，那么发射这种卫星就简单多了。它在赤道上由西向东发射，达到要求的轨道高度，在合适的位置解决问题。 可惜很多发射卫星的国家不在赤道上，不可能在赤道上建立卫星发射场。这给卫星的发射带来了很多困难，需要多次变轨才能成功。

但是即使卫星已经定位准确，当工作时间较长时，由于地球形状（地球不是正圆）、地球磁场的影响，以及太阳甚至月亮的万有引力，卫星的位置都会改变（轨道）。摄动），因此需要时时进行轨道修正，随时控制其状态和位置。这种修正称为卫星轨迹维护。

简单地说，同步轨道的卫星需要在轨道附件中发射。否则，进入同步轨道难度很大，也就是说，当卫星到达同步轨道后，随着工作时间的延长，还得重新修正。代价太大了。

所以不使用同步轨道卫星导航的根本原因是技术太难，成本太贵，难以承受。

②为什么需要接收4颗以上的卫星进行定位

我们还是要从GPS的功能说起。除了定位，GPS还为我们提供了准确的时间校正。这个时间比石英晶体的时间精确100倍，所以车内的时间校准基本上都是用GPS时间来校准的。

测量一颗已知位置的卫星到用户接收机的距离，然后结合多颗卫星的数据，就可以知道接收机的具体位置。

这个公式看起来有点费力。让我们简单地理解它。我们还是从坐标系的位置开始。一般情况下，我们需要知道笛卡尔坐标系中的(X,Y,Z)，三个坐标分量，同时还有一个时间t0的分量，所以这个计算中有四个未知数。我们都知道，学完数学，四个未知数至少需要4个方程才能解，那么至少需要4颗卫星才能形成4个方程。

以下是找到不同卫星数量时接收机可以做的工作。当找到一颗卫星时，可以更新时间和日期，但至少需要4颗卫星才能实现纬度、经度和高度定位。以上可以有海拔信息的输出。

可能有人会担心，我家在偏远的山村，怎么保证头顶有4颗以上的卫星？

上面的GPS搜星说，定位前必须接收4颗以上的卫星。由于卫星一直在运动，每颗卫星在地平线以上的时间大约为 5 小时，而位于地平线上的卫星至少有 4 颗，最多 12 颗。上图是用户所拥有的卫星数量的概率分布图可以接收。 7、8、9 颗卫星的概率最大。这个时候定位没有压力。

卫星定位有点类似于古希腊唯物主义哲学家赫拉克利特的名言“人不能两次走进同一条河流”。这句名言的意思是河里的水源源不断。下一次踏进河里，水就流走了，下一次踏进河里，又有新的水流出来。河。水源源不断，你不可能踏入同一条河流。同样，卫星定位时，你早上发现的卫星和晚上发现的卫星不是同一颗卫星，但不影响你最终的定位输出。

有人说错了，为什么在桥下或者茂密的树林里经常找不到呢？

由于卫星的发射功率不大，信号到达地面时已经很微弱了。这个信号强度相当于一个 25 瓦灯泡发出的光 1.60,000 公里。再打个比方，它比电视天线接收到的功率低 10 亿倍。这时候和不同手机的接收模块有关。有些手机的 GPS 接收性能更好。如果你又碰巧在停车场或立交桥等遮挡信号的地方，此时无法定位是正常的，所以这里有个伏笔。 GPS定位无法在某些信号较差的环境中定位。

也都使用 GPS 定位。为什么汽车导航定位的时间比手机定位慢很多？

一般情况下，定位模块上电后，通过天线搜索卫星，分析卫星传输的数据（导航信息），内部生成星历，再进行复杂计算，得到当前精确位置（3D 修复）。这个过程称为“冷启动”。根据信号强度和芯片的计算能力，通常需要几十秒到几分钟。在这个过程中gps坐标转换小程序坐标，搜索星星和生成星历文件所花费的时间最长。不同厂商的芯片算法能力不同，所以时间也会不同。目前基本上是30秒左右。

为什么定位模块有时只需要几秒钟就可以成功定位？有两个原因：

1、不是“冷启动”方式，即“热启动”或“热启动”；

2、使用了 AGPS 辅助定位。

可能大家觉得这里的“X启动”类似于电脑的开机、待机（休眠）、重启？其实并非如此。由于卫星的空间位置和终端设备的表面位置不是固定的，所以这里的“X start”是以最后一次定位时间和位移距离作为判断依据的：比如warm start，指的是距离第二次定位时间大于2小时，小于4小时，没有发生大距离的位移gps坐标转换小程序坐标，可以实现二次定位，为什么？

因为定位模块需要搜索卫星并生成星历，比如我在深圳，头上有某颗卫星。如果我不移动，4小时后卫星不会移动到找不到它的地方。 , 换成别的卫星吧，如果我没有大的位置变动，如果不到四个小时，我可以用上次搜星的星历，这样会节省很多时间，而且定位在秒，热启动也是如此。

如何实现AGPS秒定位？

那么，什么是“AGPS辅助定位”？在传统的GPS定位方式中，定位模块需要搜索所有频段才能找到可用的卫星，耗时较长。 “AGPS辅助定位”方式直接通过网络下载当前区域可用的卫星星历数据，发送给定位模块。定位模块只搜索特定卫星，从而提高卫星搜索速度，降低设备功耗。

想想从网络上下载当前区域可用的星历，那么有几种方法，比如使用2G/3G/4G网络，中控车可以配TBOX，比如连接热点通过WIFI或WIFI下载星历。这里简要介绍一下 2G 是如何成为 AGPS 过程的。