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合宙模组 GNSS 定位排坑指南--无法定位

使用合宙的 GNSS 定位模组时，总会有很多客户遇到无法定位的情况，现在此总结下一般遇到无法定位的情况，希望能帮到您更快的排查出问题所在

一、在室内做 GNSS 定位

为什么开发板不能在室内使用 gps 定位？

为什么手机可以定位，模块无法定位呢？

这究竟是为什么呢？

很多开发者在测试 GPS 的时候，总是发觉无法定位，甚至无法搜星。经过技术支持的解答才明白，只有戒掉懒癌，去室外测试，才能有良好的效果。究其原因，还是 GPS 的原理所致。

以最简单的几何来说，两点确定一条线，三个点确定一个面；那么逆推一下，就是三个点确定一个位置（基站定位的原理）；四个点确定精确位置（含高程）：

导航卫星不断地向地球发射导航电文（卫星的速度、角速度、空间相对位置等信息）

GPS 芯片收到不同卫星的数据后，进行解算，就能得到当前接收器在地球的绝对位置了。根据三点定位的原理，同时使用 3 颗卫星，可以实现 2D FIX（不含高程）；只有同时使用 4 颗或以上的卫星，才能实现 3D FIX（含高程）。

不过凡事都有例外，如果开发者在飘窗进行测试，会搜到卫星，甚至超过 4 颗，但是仍然无法定位。这是为什么呢？这是因为 GPS 天线的“可视角”有限，而这片星域的卫星角度相距太近，间隔太小，无法精确解算，故此无法实现定位。

GPS 卫星运行在距地 36000KM 的轨道上，信号强度相当弱（GPS 卫星的功率有多大？）。GPS 的民用 C/A 码从卫星发出来的时候信号只有 27W 左右，达到地球的时候在-158.5dBW 以上。用对数形式表示可能不直观，换算成十进制等于将近 0.0000000000000001W，相当小。所以，只有室外开阔的、无遮挡、晴好的地方，才能搜到更多的卫星，SNR 值更高（阴天都会有影响哦），GPS 芯片才能更快、更好的实现定位。

而室内是没有 GPS 信号的，所以不论开发者如何调整代码、修正天线，都无法实现 GPS 定位。如果开发者懒癌爆发，不想去室外测试怎么办呢？不用担心，万能的淘宝给大家带来了福音：

不过，有的开发者肯定要反驳我：为什么我的手机在室内就能定位，而且特别准呢？

这个问题的答案很简单，手机使用的是多重定位，如果要单纯的测试手机的 GPS 定位，需要这样做：首先“三清”，仅打开 GPS，然后拔卡，飞行模式，再用专业软件如 GPS Test+ 试一试，你就明白啦~~

这种情况下，室内，手机也是无法定位的。

所以说，手机在室内之所以可以定位，实际上是它不仅使用了 GPS，还使用了很多其他的辅助定位技术，如 LBS（基站定位）、Wi-Fi（wifi 定位）、BLE（蓝牙）等

至此，开发者应该可以明白为什么手机可以定位，而开发板无法定位了。

PS：如果有手机同样的预算，开发板也能做到同样的“室内定位”效果

二、天线使用问题

2.1 有源/无源天线混淆

有部分开发者经常遇到，自己去了户外，按理说应该在 35S 左右就能定位成功了啊，怎么自己一两分钟都没几颗星，等了 10 多 20 分钟依旧还是定位不成功，同步对比手机，发现差距不止一点点，此时应该先检查 GNSS 天线设计问题，看看自己是不是将有源天线插给了无源天线预留的底座，或者无源天线插给了有源天线预留的底座

2.2 天线设计问题

更多客户遇到的，不是户外定位不到，而是户外定位速度极其的慢的问题，常见于无源天线(因为无源天线对结构、PCB、走线要求都比较高)，如果自己设计没有注意下面几点，是很有可能定位不到/定位极其的慢的。

2.2.1 无源天线设计注意事项

  • 我们的 GPS 模块上均内置 18dBm 增益的 GPS LNA，可以直接将陶瓷介质的无源天线焊接在模块 GPS_ANT PIN 脚处使用。 产品布局的时候，GPS 陶瓷天线朝上摆放；模块可以放到 PCB 的另一面。这样就可以做到 GPS_ANT PIN 到天线焊盘走线尽可能短。
  • 匹配电路；如果天线焊盘离模块的 GPS_ANT PIN 脚很近，那么可以不预留匹配电路。如果由于结构等其他原因造成 GPS 天线远离模块 GPS_ANT PIN，那么建议预留 pi 型匹配电路。模块 GPS_ANT PIN 到 GPS 天线焊盘之间走线必须做 50 欧姆特性阻抗控制；如果是多层板，建议阻抗线走 L1 层，L2 层镂空参考 L3 的地。2 层板走线线宽可以参考 GSM 天线部分走线线宽。
  • 天线下方不要走线并做漏铜处理做天线的反射面；见下图：

  • 天线周边不要有干扰源，特别是 DCDC 等器件；另外周边也不要有比 GPS 天线高的金属器件：如下图：

2.2.2 有源天线注意事项

有源天线构造与实物，见下图

红框内 GPS 有源天线组成部分为：陶瓷天线、声表滤波器、低噪声放大电路、射频线缆、RF 接头。　其中低噪声放大电路是将信号进行放大和滤波的部分。

  1. PCB 尺寸对天线性能的影响 承载陶瓷天线的 PCB 形状及面积。由于 GPS 有触地反弹的特性，当背景是 7cm×7cm 无间断大地时，patch 天线的效能可以发挥到极致。虽然受外观结构等因素制约，但尽量保持相当的面积且形状均匀。另外放大电路增益的选择必须配合后端 LNA 增益；一般不建议有源天线增益超过 29dBm，否则信号过饱和可能会导致自激。
  2. 内外置天线兼容和供电处理； 参考电路是 Air800 模块的开发板 M4，R5 和 R6 是为了兼容陶瓷 PATCH 天线和有源天线做的共 PAD 兼容设计；L6 和 C38 是有源天线供电电源滤波电路。原理图部分；如下图。

  1. GPS 模块使用外置天线时的供电处理。PCB 部分如下图

2.2.3 GPS 天线选型建议

  1. 在终端结构空间容许，能够统一保证 GPS 天线面朝上的安装使用状态；并且周边没有大的金属物件遮挡的情况下，建议使用 GPS 陶瓷天线，在空间容许的情况下尽量选择大尺寸的陶瓷天线。
  2. 在不能保证终端使用状态，且空间受限：比如手机，带定位功能的胸牌；建议使用 FPC 天线
  3. 在明确终端安装环境恶劣，并且对 GPS 性能有较高要求的；建议使用 GPS 有源天线
  4. 在不能保证产品安装使用状态，但是空间不受限制，也可以选择类似于 GSM 的外置棒状天线。

2.2.4 对天线厂家的要求

  1. VSWR：GPS 天线电压驻波比一般要求调到 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：一般天线厂大多不具备 GPS 天线 OTA 测试环境，天线调试好后可以以实际测试数据做标准来衡量；一般我们 GPS 实测时要求是：可用于定位卫星颗数大于 6 颗以上，最强的信号在 45 dB/Hz 左右，要有 3 颗卫星信号大于 40 dB/Hz。

三、星系切换问题

有很多客户遇到过，模组默认固件，只打开 GNSS 电源，35S 左右就能定位到了，但是切换成单北斗，就需要 2 分钟多甚至更长时间才能定位成功。

首先明确一点，合宙的大多数模组，均使用的单频(L1)GNSS 芯片，所以内部能搜到的北斗卫星，只有 B1C 或者 B1I，这两个频段的北斗卫星，由于北斗卫星为高轨卫星，在同一片区域内，卫星数可能不会很多，实测在我家附近的广场上，单频(L1)GNSS 芯片，只能搜到这几颗北斗卫星

所以，在明确自己是真正需要单北斗/单 GPS 或者其他星系前，尽量不要将模块切换为单星系状态，如果客户对单北斗需求非常明确，建议选择真正的单北斗芯片，杜绝后患，因为很多单北斗应用是需要进实验室过多项认证的，使用多星系 GNSS 芯片，有极大概率过不去单北斗的认证。

四、外部干扰源问题

此种情况不能说常见，但是确实客观存在，之前有部分客户就遇到了，在他们公司附近一直定位不到，但是客户放在自己小区前面广场上就能定位成功，查看地图得知，客户的公司附近，有"中国军工"单位，不只是 GNSS 定位不到，偶尔自己的手机 5G/4G 信号也没有，此种情况定位不到的原因不言而喻了。

不过还有少量客户遇到的干扰源还是比较明显，例如只针对 GPS 频段发射的干扰源，此时切换为单北斗模式，即使是单频模组，在部分情况下，还是能够正常定位成功的。

以上四点是最为常见的四种无法定位的情况，如果你使用合宙的 GNSS 模组排除了这四点，依旧无法定位，欢迎你来找合宙，我们将会竭力为您排查您所遇到的问题