陳挺偉

（江西省測(cè)繪成果資料檔案館，江西 南昌 330025）

1 概述

輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Assisted Global Positioning System，簡稱AGPS）是一種GPS的運(yùn)行方式。它可以利用手機(jī)基地站的資訊，利用基地臺(tái)代送輔助衛(wèi)星信息，結(jié)合GSM/GPRS與傳統(tǒng)GPS衛(wèi)星定位，可以縮減GPS芯片獲取衛(wèi)星信號(hào)的延遲時(shí)間，定位的速度更快，同時(shí)，受遮蓋的室內(nèi)也能借基地臺(tái)訊號(hào)彌補(bǔ)。目前，日本和美國都已經(jīng)成熟運(yùn)用AGPS于移動(dòng)位置業(yè)務(wù)LBS（Location Based Service，簡稱 LBS）服務(wù)。

LBS是指通過移動(dòng)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)（GSM、CDMA、GPRS、W-CDMA、TD-SCDMA、CDMA2000）獲取移動(dòng)終端用戶的位置信息（經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)），在電子地圖平臺(tái)的支持下，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)。

AGPS是隨著3G技術(shù)的高速發(fā)展，開始迅速發(fā)展的一種無線定位技術(shù)，在2G或2.5G為主的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，受到網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的限制，AGPS的發(fā)展也受到了限制。AGPS定位時(shí)間一般僅需幾秒，定位精度一般為5～50 m，而且在常規(guī)GPS不能正常工作的環(huán)境中（如鋼筋混凝土建筑物的內(nèi)部、市區(qū)的樓群之間、天橋下或者涵洞中），AGPS都能正常工作。由于AGPS在定位精度和定位響應(yīng)時(shí)間方面都占有很大的優(yōu)勢(shì)，因此具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

最先在美國、日本、韓國等開始使用AGPS定位技術(shù)，目前中國移動(dòng)、中國聯(lián)通都制定和推出了自己的AGPS方案，例如中國移動(dòng)正在制定的基于OMA的SUPL規(guī)范的AGPS方案是一種用戶平面的解決方案，而中國聯(lián)通的gpsOne是MS-Assisted方式的AGPS方案，也是基于用戶平面的。

2 AGPS的特點(diǎn)

由美國Qualcomm公司提出了的AGPS定位技術(shù)解決方案，其定位原理：GPS接收設(shè)備整合在移動(dòng)設(shè)備（MS）中，在需要確定MS的位置時(shí)，MS將通過無線網(wǎng)絡(luò)從定位服務(wù)器（LS）中接收輔助數(shù)據(jù)，利用這些輔助數(shù)據(jù)，MS能夠快速鎖定GPS衛(wèi)星信號(hào)并進(jìn)行距離測(cè)量，最后通過定位服務(wù)器或移動(dòng)設(shè)備計(jì)算得到MS的三維位置。這種定位技術(shù)能夠使AGPS的靈敏度比常規(guī)的GPS測(cè)量提高20～25 dB[1]，定位時(shí)間一般僅需幾秒，定位精度一般為5～50 m。

在移動(dòng)定位服務(wù)中，AGPS相比于其它的基于網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù) （如 Cell-ID、E-OTD、TOA），AGPS 具有靈敏度高、定位時(shí)間短、功耗低、定位精度高、工作環(huán)境廣的特點(diǎn)。但是它也需要更換移動(dòng)設(shè)備，需要在移動(dòng)臺(tái)中增加GPS接收芯片。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)也要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，需要在網(wǎng)絡(luò)中增加定位服務(wù)器等設(shè)備，但網(wǎng)絡(luò)改動(dòng)不大，網(wǎng)絡(luò)投資較少。

在AGPS工作過程中，移動(dòng)設(shè)備需要獲得定位服務(wù)器LS提供的輔助數(shù)據(jù)，即：衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)、衛(wèi)星信號(hào)多普勒參數(shù)、時(shí)間參數(shù)、可見衛(wèi)星PRN碼、MS近似位置等數(shù)據(jù)。所有的輔助數(shù)據(jù)主要有以下兩方面的作用：

（1）在鎖定衛(wèi)星信號(hào)的過程中減少對(duì)GPS衛(wèi)星的搜索時(shí)間，提高定位速度。LS提供了MS定位時(shí)可能接收到信號(hào)的所有GPS衛(wèi)星的PRN碼，同時(shí)也提供了對(duì)應(yīng)GPS衛(wèi)星的信號(hào)多普勒參數(shù)，因此在MS的接收過程中并不需要搜索所有GPS衛(wèi)星，只需要對(duì)LS提供的GPS衛(wèi)星進(jìn)行搜索。MS根據(jù)自己所處的近似位置，可以很快地捕獲到衛(wèi)星信號(hào)，時(shí)間可以縮短到幾秒鐘，這使得定位響應(yīng)時(shí)間大大減少。

（2）提高M(jìn)S測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)的靈敏度。因?yàn)镸S在接收衛(wèi)星信號(hào)的過程中，并不需要解調(diào)50 Hz的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)。這是與常規(guī)GPS測(cè)量的最大不同之處。在常規(guī)的GPS測(cè)量中，對(duì)衛(wèi)星PRN碼的捕獲是在本地復(fù)制衛(wèi)星PRN碼，通過碼相關(guān)技術(shù)來確認(rèn)衛(wèi)星信號(hào)。由于常規(guī)GPS測(cè)量需要解調(diào)50 Hz的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，所以碼相關(guān)積分時(shí)間不能超過50 Hz衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)的一個(gè)周期，即20 ms。而在AGPS中，LS已經(jīng)提供了GPS衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，MS在進(jìn)行碼相關(guān)積分時(shí)，已經(jīng)知道了衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)的狀態(tài)，因此碼相關(guān)積分時(shí)間完全可以超過20 ms的界限。這可以使信號(hào)靈敏度提高多達(dá)6 dB，而在信號(hào)衰減較大的環(huán)境中測(cè)量時(shí)信號(hào)靈敏度還會(huì)提高更大[2]。

3 AGPS的工作過程

AGPS由移動(dòng)定位設(shè)備、定位服務(wù)器設(shè)備及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)組成，如圖1所示。

AGPS 的工作方式采用 C/S（Client/Server，用戶/服務(wù)商）結(jié)構(gòu)模式。定位的基本過程：①需要由MS或者網(wǎng)絡(luò)向LS定位服務(wù)器提出定位請(qǐng)求；②LS響應(yīng)定位請(qǐng)求向MS發(fā)送輔助數(shù)據(jù)；③在收到輔助數(shù)據(jù)后，MS根據(jù)輔助信息，啟動(dòng)接收裝置接收并保存0.1 s到1 s的GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，然后關(guān)閉接收裝置，整個(gè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收過程一般不超過1 s；④利用MS中內(nèi)嵌的專用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），采用快速卷積算法計(jì)算MS到GPS衛(wèi)星的偽距觀測(cè)值[3]；⑤MS把測(cè)量觀測(cè)值發(fā)送給LS，由LS完成位置計(jì)算，同時(shí)把定位結(jié)果發(fā)送給定位請(qǐng)求者。AGPS的工作流程圖見圖2。

AGPS主要有基于移動(dòng)設(shè)備（MS）定位和基于移動(dòng)設(shè)備輔助定位服務(wù)器（LS）定位兩種工作模式。二者的主要區(qū)別在于：前者是在MS中計(jì)算位置，MS借助于LS提供的輔助信息，接收衛(wèi)星信號(hào)，并測(cè)量用戶到衛(wèi)星的距離，然后在MS中計(jì)算用戶的位置；而后者是在LS中計(jì)算位置，MS在測(cè)量用戶到衛(wèi)星的距離后，把所測(cè)量的距離值提供給定位服務(wù)器LS，由LS來完成用戶的位置計(jì)算。

4 AGPS的應(yīng)用

移動(dòng)運(yùn)營商采用基于AGPS的移動(dòng)位置增值服務(wù)（LBS）后，移動(dòng)終端用戶可以方便地獲知自己目前的位置，并用移動(dòng)終端查詢獲取附近各種場(chǎng)所的位置，對(duì)可移動(dòng)終端用戶進(jìn)行定位，及對(duì)移動(dòng)終端用戶的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和跟蹤，使所有被監(jiān)控對(duì)象都顯示在監(jiān)控中心的電子地圖上，一目了然。因此，AGPS的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒎浅V泛，如城市規(guī)劃、城市地下管網(wǎng)、電力、電信、水利、交通、消防、急救等方面，根據(jù)用戶的特定需求進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、跟蹤，結(jié)合共享的電子地圖，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與調(diào)度。

湖北省武漢市某研究所應(yīng)用戶的要求建立一地理信息系統(tǒng)，該用戶的主要目的是為了能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所屬各運(yùn)輸車輛的運(yùn)輸位置，以便更好的進(jìn)行調(diào)度。對(duì)于車輛的實(shí)時(shí)位置，由于各車輛的活動(dòng)范圍基本在市區(qū)，如果使用常規(guī)的GPS實(shí)時(shí)定位技術(shù)，受道路兩邊建筑物的影響，并不能滿足要求。為此，該研究所采用AGPS技術(shù)的芯片，安裝在車內(nèi)，同時(shí)在室內(nèi)建立數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)，利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，由車內(nèi)的AGPS設(shè)備采集數(shù)據(jù)，傳輸給室內(nèi)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)解算出位置，顯示在調(diào)度室的電子地圖上，便于監(jiān)控管理。

圖2 AGPS的工作流程圖

移動(dòng)位置業(yè)務(wù)，尤其是使移動(dòng)具有定位功能，實(shí)現(xiàn)無線通信與定位的融合，是通信與導(dǎo)航領(lǐng)域的一種發(fā)展大趨勢(shì)。

AGPS定位是一種能夠充分利用現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)來固定獲取輔助定位數(shù)據(jù)，以克服常規(guī)GPS測(cè)量初次定位時(shí)間長、不能在室內(nèi)定位的缺點(diǎn)的定位技術(shù)。它大大擴(kuò)展了GPS在位置業(yè)務(wù)中的應(yīng)用。在GSM、GPRS及CDMA網(wǎng)絡(luò)中，都可以利用AGPS來實(shí)現(xiàn)位置的確定。AGPS定位技術(shù)將會(huì)大大刺激移動(dòng)位置業(yè)務(wù)的發(fā)展，為移動(dòng)位置業(yè)務(wù)這一新興市場(chǎng)帶注入活力。

[1］N.F.Krasner，G.Marshall，W.Riley.Position Determination Using Hybrid GPS/Cell phone Ranging.Paper C1/2 in ION GPS 2002，September 2002，Portland Oregon.

[2］邱致和， 王萬義 譯，Elliott D.Kaaplan著.GPS原理與應(yīng)用 [M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002.8.

[3］N.Krasner.Homing in on wireless location.Communication System Design.January 2000.

[4］Z.Biacs，G.Marshall，M.Moeglein，W.Riley.The Qualcomm/Snap-Track Wireless-Assisted GPS Hybrid Positioning System and Results from Initial Commercial Deployments.Paper E1/4 in ION GPS 2002，September 2002，Portland Oregon.