How GPS Works
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來源：物联网时空
1.GPS民用信號開放史
1994 年，GPS 全面進入正常運行，民用信號採用 L1(頻率 1575.42 MHz)單頻 C/A 碼，並附加選擇可用性(SA)人為干擾，位置精度約為 100m，授時精度約為 340ns。
2000 年 5 月 1 日，美國政府宣佈撤銷對 GPS 的 SA 干擾技術，民用信號定位服務精度提高到 20m，授時精度提高到 40ns。
近年來，為了進一步加強 GPS 在全球民用導航市場的競爭力，美國政府決定 對 GPS 民用信號作出重大調整，引入三種新的民用信號 L2C 和 、L1C、 L5。
其中 L2C 是最早投入使用的，2005 年 9 月發射的 Block IIR—M 2012 號衛星最先開始播發；L5 在 2007 年發射的 Block IIF 才開始使用；L1C 則更晚，它是 GPS III 代改進的 內容，將最終取代現有的 L1 C/A 信號。
其中 L2C 是最早投入使用的，2005 年 9 月發射的 Block IIR—M 2012 號衛星最先開始播發；L5 在 2007 年發射的 Block IIF 才開始使用；L1C 則更晚，它是 GPS III 代改進的 內容，將最終取代現有的 L1 C/A 信號。
第一代民用信號利用 Block II/IIA/tIR 衛星發射，是在 L1 載波上發射的單頻 C/A 碼。L1波段範圍 1575.42MHz±1.023MHz。
第二代民用信號利用 Block IIR～M 衛星發射，它不僅包含了第一代民用信號，而且還在 L2 載波上增加了 L2C 信號。L2波段範圍為1227.60MHz±1.023MHz，早期為軍事專用。
第三代民用信號利用 Block IIF 衛星發射， 它在第二代民用信號的基礎上， 增加了 L5 載波，用於發射 L5 民用信號。 L5波段範圍為1176.45MHz±1.023MHz。
第四代民用信號利用 Block III 衛星發射，它是在第三代民用信號的基礎上，對 L1 載波中的民用信號進行了改進，用新的 L1C 代替了 L1 上原有的民用信號。
2.什麼是GPS雙頻定位
如前面所述，GPS信號工作頻率分為了L1、L2、L5等幾個波段：
L1波段：1575.42MHz±1.023MHz
L2波段：1227.60MHz±1.023MHz
L5波段：1176.45MHz±1.023MHz
以往的GPS定位均採用L1波段，是單頻定位方式；目前已有GPS晶片同時使用L1+L5波段進行定位，稱之為多頻定位技術，比如博通的BCM47755晶片就宣稱支持L1和L5多頻定位：
注意，還有個(GNSS)雙星定位的概念，與GPS雙頻定位完全不是一會回事，我們以往再講。
3.GPS雙頻定位對精度的提升
高碼率可以有效提高精度
L1 的碼率低，每一個碼佔用的時間大約是十的負六次方秒。當然這些信號都是光速傳播的，也就是三乘十的八次方，那麼時間乘以速度光速大概是接近300米。
L5 的碼率是L1 的十倍，每個碼佔用的時間週期比L1 少10倍，變成了十的負七次方。再乘以光速就是大概30米。
當然這是一顆衛星的分辨率，如果多顆衛星同時用，很多衛星的照射範圍取交集，那麼L1 的精度是會遠遠小於300米的。而L5 更準一些。
城市中有很多高樓大廈，衛星信號經過這些建築物的反射之後變得非常雜亂，與正確的直射信號交織在一起，我們叫做多徑(很多條路徑)。
這些信號是光速傳播的，即使一個小小的反射，導致的一個小小的信號延遲，和光速做乘法後，得到的距離也是很大的。而這些都是誤差來源。
這些信號是光速傳播的，即使一個小小的反射，導致的一個小小的信號延遲，和光速做乘法後，得到的距離也是很大的。而這些都是誤差來源。
L5 信號碼率高，頻譜密度更容易集中。雖然L5 也會反射，不過反射之後的錯誤信號，和正確的直射信號疊加，形成新的頻譜密度高峰的概率會比較低，這樣也使得計算引擎更容易找到直射衛星信號。
L5 高碼率這麼好用，為什麼不直接用L5呢?這是因為L1 的低碼率更容易被捕獲，我們要精度的同時，也不能犧牲定位時間。所以L1 也叫做粗略捕獲碼，待捕獲到信號之後，L5 就可以一起參與計算了。
兩個頻率可以消除電離層誤差
如果只有L1 信號，那手機接收到之後就當L1 是直射過來的了。而實際上L1 可能已經在大氣層發生了折射，而折射會導致一定的延時，大氣層的這點延遲會導致很大的誤差，很多科學家認定大氣層誤差佔到所有誤差的60% 權重。
不同頻率的信號，透過相同媒介的折射率不同。L5 天生和L1 不同頻率。衛星同時發射了兩個頻率的信號，而手機接收到的時間卻不一樣，這樣就給了手機一個推算大氣層誤差的機會，進而去消除。
GPS雙頻只能對消電離層誤差，多徑誤差無法消除(雖然L5信號的多徑有改善)，NLOS(非直達信號)無法消除。然而後兩者才是城市環境中手機定位中的最主要誤差來源。
4.總結
GPS雙頻定位是指同時，使用GPS的L1波段和L5波段，進行定位的技術。
GPS雙頻定位只能消除電離層誤差，無法消除多徑誤等誤差，因此在空曠環境下，可以提高定位精度；在城市建築密集區定位，精度提升預計不明顯。
雙頻GPS 預計會是未來的發展趨勢，可以有效改善定位精度(預計可達3-5米)，但還不是革命性的改變。
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