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什么是GPS雙頻定位

GPS信號工作頻率分為了LLL5等幾個波段：

L1波段：15742MHz±023MHz

L2波段：12260MHz±023MHz

L5波段：11745MHz±023MHz

以往的GPS定位均采用L1波段，是單頻定位方式;目前已有GPS芯片同時(shí)使用L1+L5波段進(jìn)行定位，稱之為多頻定位技術(shù)。

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。

民用GPS定位發(fā)展史

1994 年，GPS 全面進(jìn)入正常運(yùn)行，民用信號采用 L1(頻率 15742 MHz)單頻 C/A 碼，并附加選擇可用性(SA)人為干擾，定位精度約為 100m，授時(shí)精度約為 340ns。

第一代民用信號利用 Block II/IIA/tIR 衛(wèi)星發(fā)射，是在 L1 載波上發(fā)射的單頻 C/A 碼。L1波段范圍為15742MHz±023MHz。

第二代民用信號利用 Block IIR～M 衛(wèi)星發(fā)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波段范圍為12260MHz±023MHz，早期為軍事專用。

第三代民用信號利用 Block IIF 衛(wèi)星發(fā)射， 它在第二代民用信號的基礎(chǔ)上， 增加了 L5 載波，用于發(fā)射 L5 民用信號。 L5波段范圍為11745MHz±023MHz。

第四代民用信號利用 Block III 衛(wèi)星發(fā)射，它是在第三代民用信號的基礎(chǔ)上，對 L1 載波中的民用信號進(jìn)行了改進(jìn)，用新的 L1C 代替了 L1 上原有的民用信號。

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，每一個碼占用的時(shí)間大約是十的負(fù)六次方秒。當(dāng)然這些信號都是光速傳播的，也就是三乘十的八次方，那么時(shí)間乘以速度光速大概是接近300米。L5 的碼率是L1 的十倍，每個碼占用的時(shí)間周期比L1 少10倍，變成了十的負(fù)七次方。再乘以光速就是大概30米。當(dāng)然這是一顆衛(wèi)星的分辨率，如果多顆衛(wèi)星同時(shí)用，很多衛(wèi)星的照射范圍取交集，那么L1 的精度是會遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于300米的。而L5 更準(zhǔn)一些。

GPS定位精度是幾米？城市中有很多高樓大廈，衛(wèi)星信號經(jīng)過這些建筑物的反射之后變得非常雜亂，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(dǎo)致的一個小小的信號延遲，和光速做乘法后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，不過反射之后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(jì)算引擎更容易找到直射衛(wèi)星信號。

L5 高碼率這么好用，為什么不直接用L5呢?這是因?yàn)長1 的低碼率更容易被捕獲，我們要精度的同時(shí)也不能犧牲定位時(shí)間。所以L1 也叫做粗略捕獲碼，待捕獲到信號之后，L5 就可以一起參與計(jì)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(jī)接收到之后就當(dāng)L1 是直射過來的了。而實(shí)際上L1 可能已經(jīng)在大氣層發(fā)生了折射，而折射會導(dǎo)致一定的延時(shí)，大氣層的這點(diǎn)延遲會導(dǎo)致很大的誤差，很多科學(xué)家認(rèn)定大氣層誤差占到所有誤差的60% 權(quán)重。

不同頻率的信號通過相同介質(zhì)的折射率不同。L5 天生和L1 不同頻率。衛(wèi)星同時(shí)發(fā)射了兩個頻率的信號，而手機(jī)接收到的時(shí)間卻不一樣，這樣就給了手機(jī)一個推算大氣層誤差的機(jī)會，進(jìn)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(dá)信號)無法消除。然而后兩者才是城市環(huán)境中手機(jī)定位中的最主要誤差來源。

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