基于重力传感器的车载GPS设备静态漂移解决方案

前言

在现有的 GPS 定位技术下，由于卫星信号受到大气电离层变化、云层遮挡、周边高大建筑物的多径反射等复杂因素的影响，GPS 定位经常会出现位置漂移现象。即 GPS 接收机解算出来的位置信息，与实际情况存在不同程度的偏差，当偏差超过了精度误差允许范围，则认为发生了定位漂移。通常，GPS 接收机在运动情况下，虽然也存在信号不良的情况，但通过 GPS 接收机内部的算法处理，一般仍然可以解算出比较接近实际的结果。当 GPS 接收机处于静止状态下，特别是从冷启动到刚定位且处于静止状态下时，漂移会更严重。具体表现为，将定位的位置点显示在电子地图上，位置飘忽不定，杂乱无章，其误差可达到几十甚至几百米。

一，GPS定位原理

    GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR，）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置。

二，基于ACC信号的GPS静态漂移处理方法及缺点

目前业内常见的解决 GPS 定位漂移的方法通常根据车辆 ACC 信号或车辆行驶速度判断是处于停车状态或行驶状态；在已判断车辆处于停车状态时，设置经度、纬度及里程值为恒定值，速度为零；在已被判断处于行驶状态时，设置第一速度阈值与第二速度阈值，若速度降到第一速度阈值之下或速度升到第二速度阈值之上，判定当前处于漂移状态，放弃当前 GPS 信息上传。

    此方法能有效过滤车载GPS静态漂移问题，但是有些终端安装时将 ACC 信号接常电，即一直处于有效状态，则此方法即失效。还有一些使用电池供电的超长待机定位设备，无法接入ACC线，此方法同样失效。

三，基于重力传感器的GPS静态漂移处理方法原理

全球定位系统（GPS）的出现使我们可以借助此技术获取设备的位置、速度等信息，对我们的生活非常便利。但是由于GPS存在漂移问题，影响了GPS设备位置、速度等信息的精确获取。为了解决上述技术问题，如图1所示，本方案提供一种基于重力传感器的车载 GPS 设备的漂移处理方法。其步骤为：

1，判断 GPS 设备当前处于运动状态还是静止状态。

2，若GPS 设备处于静止状态，则关闭GPS模块，不更新位置信息，减少电量损耗。

3，GPS设备处于运动状态时，则打开GPS模块，成功获取到GPS 位置信息（或超时）后上传。

图1

 图2

下面对这些步骤做详细说明:

如图2所示，在步骤 1 中，根据是否检测到所述 GPS 设备的重力传感器（GSensor）信号来判断 GPS 设备在当前定位点处于运动状态还是静止状态。更具体地说，是判断 GSensor 的三个方向加速度变化值的绝对值之和是否超过加速度阈值。

需要说明的是，由于重力传感器本身也是受环境影响的，所以根据是否检测到重力传感器的信号来判断GPS设备所处状态时，需要做滤波处理，在需要判断的时间，连续采集多个样本点，再求平均值，从而得到一个稳定的重力传感器的加速度变化值，提高判断的准确性。如果重力传感器三个方向加速度变化值的绝对值之和小于加速度阀值，则认为检测不到重力传感器的信号，当连续监测不到重力传感器信号超过1分钟，则判定设备处于静止状态，关闭GPS模块；如果重力传感器三个方向加速度变化值的绝对值之和大于等于加速度阀值，则认为检测到重力传感器的信号，判定设备处于运动状态，打开GPS进行定位。

在步骤2中，因为已经处于停车状态，没必要继续获取GPS位置信息，只需显示上次位置信息即可。而且如果还继续打开GPS模块，很容易损坏汽车电池，在汽车长时间停车的情况下很容易损坏电池。

在步骤3中，有想过做如下处理：如果其在当前定位点的速度小于等于第一速度阈值或者大于等于第二速度阈值。则判定所述 GPS 设备发生速度漂移，放弃其在当前定位点的 GPS 数据上传。而本方案只对GPS速度做第二速度阈值做限制，第二速度阀值可以设置为 150-200 公里/小时。第一速度阈值之所以不做限制，主要是考虑在到塞车的情况下，汽车在路上行驶速度本来就很慢，甚至为零。而静态漂移时速度也是有的，根据GPS获取到的速度做判断容易造成误判，从而导致无法上传汽车位置信息，在汽车轨迹回放时，看到的轨迹容易出现拉线，在客户体验上感觉设备定位不准。

总结

本方案能较好的解决静态漂移问题，相对于在步骤3中使用从GPS中获取的速度做两个速度阈值设置的方案会稍微弱点，但是这种方案的优点在于：首先，不会在交通路况不好的时候（车速较慢的情况下）产生误判；其次，在静止状态下关闭GPS模块，更加省电，从而保护汽车电池不被损坏。

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