搜尋
  • 曾令達(達達大師)

你部iphone或者android 【智能手機是用GPS還是GNSS定位]】? 智能手機如何定位?

更新日期:2020年12月24日

問題:

1.手機在沒有網絡的情況,用唔用到GPS/GNSS定位呢?

2. GPS究竟使唔使月費?

如果你有猶疑點答,咁下面呢篇文章會對你有幫助,令你搞清楚乜嘢叫做全球導航衛星定位系統!





A.手機如何定位?


手機是透過以下幾個方法,去計算實時的位置:

  1. 透過接收到的手機基地台站位置,

  2. 偵測附近的wi-fi熱點位置,

  3. 內置GPS/GNSS 全球導航衛星定位系統


1 & 2 的方法是必需上到網的情況下才可以定位,而GPS/GNSS 全球導航衛星定位系統的方法就只需要在露天的情況下接收到天上四個或以上的衛星的訊號便可以定位.所以衛星定位是不需要月費呀!


B. 究竟叫GPS還是GNSS?


GPS-全球定位系統-Global Positioning System, 美國在1994年啟用,是最早期開放給全世界民間使用的定位系統,所以大家習慣叫GPS 就等同衛星定位了,到了後期俄羅斯(前蘇聯),中國及歐盟都各自發展出自己的覆蓋全球衛星定位系統,以避免依賴美國的定位系統. 過往依賴GPS作為單一的定位系統情況已一去不返. 所以新的叫法GNSS-全球導航衛星定位系統(GNSS-global navigation satellite system)較為正確及全面.


全球導航衛星定位系統(GNSS-global navigation satellite system)


以下是節錄在維基2020年的數據:,

美國:全球定位系統(GPS),在軌衛星數量約31

俄羅斯:格洛納斯系統(GLONASS),在軌衛星數量約24

中國:北斗衛星導航系統 (BDS),在軌衛星數量約 30

歐盟:伽利略定位系統(GALILEO)在軌衛星數量約 22


區域型衛星導航系統(即是局部地方不是全球覆蓋)

印度:印度區域導航衛星系統(IRNSS),在軌衛星數量約 7

日本:準天頂衛星系統(QZSS)是美國GPS的輔助系統,在軌衛星數量約 4

下圖是三星Note 10+智能手機實測,望上天空的收到不同衛星系統分布(有顏色代表收到訊號, 灰色則沒有). GPS有9顆, GLONASS 有4顆, GALILEO有5顆, BDS 有7顆. QZSS 有2顆.


C.衛星定位有幾準?

  1. 衛星定位原理

內置衛星定位晶片的手機可以接收每顆衛星發射的信號,信號內包含了衛星的位置及時間資料, 從衛星訊號發出的電波到達手機所需的時間便可以推算出每顆衛星與手機的距離.原則上,手機的座標只要接收三個衛星訊號,原理跟後視方位交匯法(resection和土地測量的triangulateration) 概念一樣, 接收器的未知點座標(unknown point)可以從三個衛星已知點(known point)計算出來的距離綁定出接收器的x,y,z位置,但是這些距離是從電波到達手機所需的時間推算出來,只要手機的時鐘和衛星的原子鐘時間存在小小的差異,即使是有0.000001s差異, 就會有(0.000001 x 3x10⁸m)=300m 錯誤了.所以第四個衛星的資料是用來修正這個時間誤差.總括來說,手機定位要至少接收四個衛星的信號才可以顯示準確的位置.

上面講嘅原理唔記得唔緊要,只要記住收到四粒衛星先至可以定位,例外如北斗的有源定位則是另一原理.

過往只有GPS系統的年代,北半球的衛星只有不多於十二個衛星,經常會因為在深谷, 樹林遮擋引致收星數量不足,不能定位. 最常見就係行澗的時候,因為受兩邊懸崖影響, 會發現定位的位置會偏離好遠.

現時北半球的天空,隨時有多達50個衛星在運作, 大大加強了衛星定位的範圍.

2.衛星數目多少跟準確度有關係嗎?

現時大多數的智能手機可以兼容多個導航系統,通常都可以接收到至少GPS+GLONASS兩個系統, 只有古董手機才接收GPS單一系統.有部分手機已兼容所有GNSS的系統了.

如下圖, 三星Note 10+智能手機實測可以收到所有導航系統的衛星訊號及收到雙頻訊號(GPS L1 & L5).即使在周圍有屋圍繞的環境下,手機仍然可以收到的衛星數目多達28個.
























上圖顯示的相對精度(relative accuracy )是低於4m. 但真實手機位置(右圖)相差近9m.(資料來源:gpstest)























原則上在單機單頻率的定位情況下,GNSS手機定位的準確度(absolute accuracy)是10m, 收到的衛星數目越多,會越快計算到位置,錯誤率越低,上文提及的精度是低於4m,不是代表與真實位置相差少於4m的意思,只是代表該段時間內計算出來的座標平均數值相差少於4m,但與真正的坐標位置有可能還是相差10m. 現時GNSS手機定位的準確度是10m, 在野外導航已足夠使用,但隨著科技發展,收雙頻信號的手機越來越普及, 相信短時間內準確度會提高至少於一米.



總結:自從內置衛星定位晶片成為所有智能手機的標準配備後,傳統的地圖指南針和手持衛星定位接收器(handheld GNSS receiver) 已被智能手機取替,成為主要的導航工具了.在市區,相信大部分香港人都嘗試過直接用手機內置的谷歌地圖google map進行導航搵路非常方便,然而手機定位和導航在野外的環境下卻有很多的限制和注意事項要知道.


提醒大家切勿完全依賴手機作為單一的導航工具去野外遠足!


覺得本篇文章有用請畀個like!


有興趣了解更多請看筆者在另一個blog寫的文章:

香港流行的iphone及android智能手機定位及行山應用程式請按此