GNSS定位難題？合宙模組定位排障秘籍01

使用合宙GNSS定位模組時，總有客戶因為各種原因遇到無法定位的情況。

本文總結了無法定位最常見的四種情況，希望能幫到有類似定位應用項目的朋友們，更快地排查出問題所在。

一、在室內做GNSS定位

為什么開發(fā)板不能在室內使用GPS定位？
為什么手機可以定位，模塊無法定位呢？
——這究竟是為什么呢？

很多開發(fā)者在測試GPS的時候，總是發(fā)覺無法定位，甚至無法搜星。經過技術支持的解答才明白，只有戒掉懶癌，去室外測試，才能有良好的效果。

究其原因，還是GPS的原理所致：

以最簡單的幾何來說，兩點確定一條線，三個點確定一個面；那么逆推一下，就是三個點確定一個位置（基站定位的原理）；四個點確定精確位置（含高程）。

導航衛(wèi)星不斷地向地球發(fā)射導航電文（衛(wèi)星的速度、角速度、空間相對位置等信息），GPS芯片收到不同衛(wèi)星的數據后，進行解算，就能得到當前接收器在地球的絕對位置了。

根據三點定位的原理：
同時使用3顆衛(wèi)星，可以實現2D FIX（不含高程）；只有同時使用4顆或以上的衛(wèi)星，才能實現3D FIX（含高程）。

不過凡事都有例外：
如果開發(fā)者在飄窗進行測試，會搜到衛(wèi)星，甚至超過4顆，但是仍然無法定位。

這是為什么呢？

這是因為GPS天線的“可視角”有限，而這片星域的衛(wèi)星角度相距太近，間隔太小，無法精確解算，故此無法實現定位。

GPS衛(wèi)星運行在距地36000KM的軌道上，信號強度相當弱。GPS衛(wèi)星的功率有多大？

GPS的民用C/A碼從衛(wèi)星發(fā)出來的時候信號只有27W左右，達到地球的時候在-158.5dBW以上。

用對數形式表示可能不直觀，換算成十進制：
——等于將近0.0000000000000001W

相當相當小。所以，只有室外開闊的、無遮擋、晴好的地方，才能搜到更多的衛(wèi)星，SNR值更高（陰天都會有影響哦），GPS芯片才能更快、更好的實現定位。

而室內是沒有GPS信號的：
——所以不論開發(fā)者如何調整代碼、修正天線，都無法實現GPS定位。

如果開發(fā)者懶癌爆發(fā)，不想去室外測試怎么辦呢？
不用擔心，萬能的淘寶給大家?guī)砹烁Ｒ簦?/span>

不過，有的開發(fā)者肯定要反駁我：
為什么我的手機在室內就能定位，而且特別準呢？這個問題的答案很簡單：
——手機使用的是多重定位。如果要單純的測試手機的GPS定位，需要這樣做：
首先“三清”，僅打開GPS，然后拔卡，飛行模式，再用專業(yè)軟件如GPS Test+試一試，你就明白啦~~這種情況下，室內，手機也是無法定位的：

所以說，手機在室內之所以可以定位，實際上是它不僅使用了GPS——還使用了很多其他的輔助定位技術，如LBS（基站定位）、Wi-Fi（Wi-Fi定位）、BLE（藍牙）等。

至此，開發(fā)者應該可以明白在室內為什么手機可以定位，而開發(fā)板無法定位了。

PS：如果有手機同樣的預算，開發(fā)板也能做到同樣的“室內定位”效果。

二、天線使用問題

2.1 有源/無源天線混淆

有部分開發(fā)者經常遇到，自己去了戶外，按理說應該在35秒左右就能定位成功了啊，怎么自己一兩分鐘都沒幾顆星，

等了10多20分鐘依舊還是定位不成功？

同步對比手機，發(fā)現差距不止一點點。

此時應該先檢查GNSS天線設計問題：

看看自己是不是將有源天線插給了無源天線預留的底座，或者無源天線插給了有源天線預留的底座。

2.2 天線設計問題

更多客戶遇到的，不是戶外定位不到，而是戶外定位速度極其的慢的問題，

常見于無源天線

（因為無源天線對結構、PCB、走線要求都比較高）。如果自己設計沒有注意下面幾點，是很有可能定位不到/定位極其的慢的。

2.2.1 無源天線設計注意事項

1）天線朝向

我們的GPS模塊上均內置18dBm增益的GPS LNA，可以直接將陶瓷介質的無源天線焊接在模塊GPS_ANT PIN腳處使用。

產品布局的時候，GPS陶瓷天線朝上擺放；模塊可以放到PCB的另一面。這樣就可以做到GPS_ANT PIN到天線焊盤走線盡可能短。

2）匹配電路

如果天線焊盤離模塊的GPS_ANT PIN腳很近，那么可以不預留匹配電路。

如果由于結構等其他原因造成GPS天線遠離模塊GPS_ANT PIN，那么建議預留pi型匹配電路。

模塊GPS_ANT PIN到GPS天線焊盤之間走線必須做50歐姆特性阻抗控制；如果是多層板，建議阻抗線走L1層，L2層鏤空參考L3的地。2層板走線線寬可以參考GSM天線部分走線線寬。

3）走線處理

天線下方不要走線，并做漏銅處理做天線的反射面。

4）天線高度

天線周邊不要有干擾源，特別是DCDC等器件；另外周邊也不要有比GPS天線高的金屬器件。

2.2.2 有源天線注意事項

有源天線構造與實物，參見下圖：

紅框內GPS有源天線組成部分為：

陶瓷天線、聲表濾波器、低噪聲放大電路、射頻線纜、RF接頭。其中，低噪聲放大電路是將信號進行放大和濾波的部分。

1）PCB尺寸對天線性能的影響：

承載陶瓷天線的PCB形狀及面積。由于GPS有觸地反彈的特性，當背景是7cm×7cm無間斷大地時，patch天線的效能可以發(fā)揮到極致。雖然受外觀結構等因素制約，但盡量保持相當的面積且形狀均勻。另外放大電路增益的選擇必須配合后端LNA增益；一般不建議有源天線增益超過29dBm，否則信號過飽和可能會導致自激。

2）內外置天線兼容和供電處理：

參考電路是Air800模塊的開發(fā)板M4，R5和R6是為了兼容陶瓷PATCH天線和有源天線做的共PAD兼容設計；L6和C38是有源天線供電電源濾波電路。

原理圖部分如下圖：

GPS模塊使用外置天線時的供電處理，PCB部分如下圖：

2.2.3 GPS天線選型建議

1）選擇大尺寸陶瓷天線：

在終端結構空間容許，能夠統(tǒng)一保證GPS天線面朝上的安裝使用狀態(tài)；并且周邊沒有大的金屬物件遮擋的情況下，建議使用GPS陶瓷天線，在空間容許的情況下盡量選擇大尺寸的陶瓷天線。

2）選擇FPC天線：

在不能保證終端使用狀態(tài)，且空間受限：比如手機，帶定位功能的胸牌；建議使用FPC天線。

3）選擇有源天線：

在明確終端安裝環(huán)境惡劣，并且對GPS性能有較高要求的；建議使用GPS有源天線。

4）選擇外置棒狀天線：

在不能保證產品安裝使用狀態(tài)，但是空間不受限制，也可以選擇類似于GSM的外置棒狀天線。

2.2.4 對天線廠家的要求

1）VSWR：
GPS天線電壓駐波比一般要求調到1.5左右；

2）Efficiency：
效率一般要求在40%左右；

3）Average Gain：
平均增益要求在-0.5dB；

4）OTA：
一般天線廠大多不具備GPS天線OTA測試環(huán)境，天線調試好后可以以實際測試數據做標準來衡量。

一般我們GPS實測時要求是：

可用于定位衛(wèi)星顆數大于6顆以上，最強的信號在45dB/Hz左右，要有3顆衛(wèi)星信號大于40dB/Hz。

三、星系切換問題

有很多客戶遇到過，模組默認固件，只打開GNSS電源，35秒左右就能定位到了，但是切換成單北斗，就需要2分鐘多甚至更長時間才能定位成功。

首先明確一點，合宙的大多數模組，均使用的單頻(L1)GNSS芯片，所以內部能搜到的北斗衛(wèi)星，只有B1C或者B1I，這兩個頻段的北斗衛(wèi)星。

由于北斗衛(wèi)星為高軌衛(wèi)星，在同一片區(qū)域內，衛(wèi)星數可能不會很多，實測在我家附近的廣場上，單頻(L1)GNSS芯片，只能搜到這幾顆北斗衛(wèi)星。

- 圖中綠色為GPS衛(wèi)星，橘黃色為北斗衛(wèi)星 -

所以，在明確自己是真正需要單北斗/單GPS或者其他星系前，盡量不要將模塊切換為單星系狀態(tài)。

如果客戶對單北斗需求非常明確，建議選擇真正的單北斗芯片，杜絕后患。因為很多單北斗應用是需要進實驗室過多項認證的，使用多星系GNSS芯片，有極大概率過不去單北斗的認證。

四、外部干擾源問題

此種情況不能說常見，但是確實客觀存在。

之前有部分客戶就遇到了，在他們公司附近一直定位不到，但是客戶放在自己小區(qū)前面廣場上就能定位成功。

查看地圖得知，客戶的公司附近，有"中國軍工"單位，不只是GNSS定位不到，偶爾自己的手機5G/4G信號也沒有，此種情況定位不到的原因不言而喻了。

不過還有少量客戶遇到的干擾源還是比較明顯：
例如只針對GPS頻段發(fā)射的干擾源，此時切換為單北斗模式，即使是單頻模組，在部分情況下，還是能夠正常定位成功的。

今天就分享到這里了，
以上四點是最為常見的無法定位的情況。

如果使用合宙GNSS模組排除了這四點，依舊無法定位，歡迎來找合宙，我們將會竭力為您排查您所遇到的問題。