android403源码之硬件gps简单移植.docx

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android403源码之硬件gps简单移植

和菜鸟一起学android4.0.3源码之硬件gps简单移植

关于android定位方式

android定位一般有四种方法，这四种方式分别是GPS定位、WIFI定位、基站定位、AGPS定位。

1、AndroidGPS

需要GPS硬件支持直接和卫星交互来获取当前经纬度，这种方式需要手机支持GPS模块现在大部分的智能机应该都有了。

通过GPS方式准确度是最高的但是它的缺点也非常明显。

1、比较耗电

2、绝大部分用户默认不开启GPS模块

3、从GPS模块启动到获取第一次定位数据可能需要比较长的时间

4、室内几乎无法使用。

这其中缺点2、3都是比较致命的。

需要指出的是GPS走的是卫星通信的通道在没有网络连接的情况下也能用。

2、Android基站定位

Android基站定位只要明白了基站/WIFI定位的原理自己实现基站/WIFI定位其实不难。

基站定位一般有几种：

第一种是利用手机附近的三个基站进行三角定位，由于每个基站的位置是固定的，利用电磁波在这三个基站间中转所需要时间来算出手机所在的坐标；第二种则是利用获取最近的基站的信息，其中包括基站id、locationareacode、mobilecountrycode、mobilenetworkcode和信号强度将这些数据发送到google的定位web服务里，就能拿到当前所在的位置信息，误差一般在几十米到几百米之内。

其中信号强度这个数据很重要。

3、AndroidWifi定位

根据一个固定的WifiMAC地址通过收集到的该Wifi热点的位置然后访问网络上的定位服务以获得经纬度坐标。

因为它和基站定位其实都需要使用网络所以在Android也统称为Network方式。

4、AGPS定位

AGPS（AssistedGPS）辅助全球卫星定位系统是结合GSM或GPRS与传统卫星定位利用基地台代送辅助卫星信息以缩减GPS芯片获取卫星信号的延迟时间受遮盖的室内也能借基地台讯号弥补减轻GPS芯片对卫星的依赖度。

和纯GPS、基地台三角定位比较，AGPS能提供范围更广、更省电、速度更快的定位服务。

理想误差范围在10公尺以内，日本和美国都已经成熟运用AGPS于LBS服务（LocationBasedService）基于位置的服务。

AGPS技术是一种结合了网络基站信息和GPS信息对移动台进行定位的技术，可以在GSM/GPRS、WCDMA和CDMA2000网络中进行使用。

该技术需要在手机内增加GPS接收机模块并改造手机的天线，同时要在移动网络上加建位置服务器、差分GPS基准站等设备。

AGPS解决方案的优势主要体现在其定位精度上在室外等空旷地区其精度在正常的GPS工作环境下可以达到10米左右，堪称目前定位精度最高的一种定位技术。

该技术的另一优点为首次捕获GPS信号的时间一般仅需几秒，不像GPS的首次捕获时间可能要2-3分钟。

关于android上的gps定位

关于gps定位，从卫星信号到android终端地图显示的整体流程图如下：

以下简单介绍下GPS定位的相关知识

一、GPS简介

GPS（GlobalPositioningSystem）,即全球定位系统，它是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。

其目的是在全球范围内对地面和空中目标进行准确定位和监测。

随着全球性空间定位信息应用的日益广泛，GPS提供的全时域、全天候、高精度定位服务将给空间技术、地球物理、大地测绘、遥感技术、交通调度、军事作战以及人们的日常生活带来巨大的变化和深远的影响。

目前的民用GPS设备包括测量型和导航型。

其中测量型产品的精度可达到米级甚至毫米级，但至少需要两台（套）才能达到设计精度要求，而且其内部结构复杂，单机成本一般在几万到几十万，适合专业高精度测量环境使用；导航型产品，由于其使用者对精度要求不高，一般为几十米，因此机器内部硬件相对简单，只须一台就可以完成导航工作，加之其价格相对较低，因而更有普及和推广价值。

GPS系统一般由地面控制站、导航卫星和用户接收机（GPS的移动用户端）三大部分组成。

导航卫星至少24颗，均匀分布在6个极地轨道上，轨道的夹角为60度，距地平均高度为20200公里，每12恒星时绕地球一周。

二、GPS卫星信号结构

GPS卫星发射的信号包含有三种成分，即50Hz导航电文（D码）、伪随机码（C/A码或P码）和载波（Ll，L2波段）。

这3种信号分量都是在同一基准频率F0=10.23MHZ的控制下产生的。

GPS卫星信号结构

GPS卫星所采用的两种测距码，即C/A码和P码（或Y码），均属于伪随机码。

 1）C/A码：

是由两个10级反馈移位寄存器组合而产生。

码长Nu=1024-1=1023比特，码元宽为tu=1/f1=0.97752s,（f1为基准频率f0的10分之1，1.023MHz）,相应的距离为293.1m。

周期为Tu=Nutu=1ms，数码率为1.023Mbit/s。

   C/A码的码长短，共1023个码元，若以每秒50码元的速度搜索，只需20.5s，易于捕获，称捕获码。

   码元宽度大，假设两序列的码元对齐误差为为码元宽度的1/100，则相应的测距误差为2.9m。

由于精度低，又称粗码。

 2）P码

   P码产生的原理与C/A码相似，但更复杂。

发生电路采用的是两组各由12级反馈移位寄存器构成。

码长Nu=2.35*10^14比特，码元宽为tu=1/f0=0.097752s，相应的距离为29.3m。

周期为Tu=Nutu=267d，数码率为10.23Mbit/s。

    P码的周期长，267天重复一次，实际应用时P码的周期被分成38部分，（每一部分为7天，码长约6.19，1012比特），其中1部分闲置，5部分给地面监控站使用，32部分分配给不同卫星，每颗卫星使用P码的不同部分，都具有相同的码长和周期，但结构不同。

P码的捕获一般是先捕获C/A码，再根据导航电文信息，捕获P码。

由于P码的码元宽度为C/A码的1/10，若取码元对齐精度仍为码元宽度的1/100，则相应的距离误差为0.29m，故P码称为精码。

导航电文是包含有关卫星的参考星历、卫星工作状态、时间改正参数、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（或D码）。

   导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按帧向外播送。

每帧电文含有1500比特，播送速度50bit/s，每帧播送时间30s。

   每帧导航电文含5个子帧，每个子帧分别含有10个字，每个字30比特，故每个子帧共300比特，播发时间6s。

为记载多达25颗卫星，子帧4、5各含有25页。

子帧1、2、3和子帧4、5的每一页构成一个主帧。

主帧中1、2、3的内容每小时更新一次，4、5的内容仅当给卫星注入新的导航电文后才得以更新。

       导航电文的格式：

一帧导航电文的内容

1、 遥测字（TLM-TelemetryWORD）

   位于每个子帧的开头，作为捕获导航电文的前导。

2、转换码（交接字）（HOW-HandOverWord）    

紧接各子帧的遥测字，主要向用户提供用于捕获P码的Z记数。

所谓Z记数是从每个星期六/星期日子夜零时起算的时间记数（1.5s），表明下一子帧开始瞬间的GPS时。

3、数据块1：

含有卫星钟改正参数及数据龄期、星期的周数编号、电离层改正参数、和卫星工作状态等信息。

卫星钟改正参数a0、a1、a2分别表示该卫星的钟差、钟速和钟速变化率。

任意时刻t的钟改正数为:

t=a0+a1（t-t0c）+a2（t-t0c）^2。

参考历元t0e为数据块1的基准时间，从GPS时星期六/星期日子夜零时起算，变化于0-604800s之间。

数据龄期AODC表示卫星钟改正参数的参考时刻t0c与最近一次更新钟改正参数的时间TL之差，主要用于评价钟改正数的可信程度。

现时星期编号WN：

表示从1980年1月6日协调时零点起算的GPS时星期数。

4、数据块2：

包含在2、3两个子帧里，主要向用户提供有关计算该卫星运行位置的信息。

该数据一般称为卫星星历，每30s重复1次，每小时更新一次。

5、数据块3：

包含在4、5两个子帧中，主要向用户提供其他GPS卫星的概略星历及其工作状态信息，称为卫星的历书。

第3数据块的内容每12.5分钟重复一次，每天更新一次。

三、GPS接收机

天线单元

GPS信号接收机的天线单元为接收设备的前置部分。

天线单元包含接收天线和前置放大器两部分。

其中天线部分可能是全向振子天线或小型螺旋天线或微带天线，但从发展趋势来看，以微带天线用的最广、最有前途。

为了提高信号强度，一般在天线后端设置前置放大器，前置放大器的作用是将由极微弱的GPS信号的电磁波能量转换成为弱电流放大。

前置放大器分外差式和高放式两种。

由于外差式前置放大器不仅具有放大功能，还具有变频功能，即将高频的GPS信号变换成中频信号，这有利于获得稳定的定位精度，所以绝大多数GPS接收机采用外差式天线单元。

信号通道

信号通道是一种软件和硬件相结合的复杂电子装置，是GPS接收机中的核心部分。

其主要功能是捕获、跟踪、处理和量测卫星信号，以获得导航定位所需要的数据和信息。

通道数目有1到24个不等，由接收机的类型而定。

总的来讲，信号通道目前有相关型、平方型和相位型等三种。

新一代GPS信号接收机广泛采用相关型通道,主要由信号捕获电路、伪噪声跟踪环路和载波跟踪环路组成。

存储器

这是GPS信号中接收机将定位现场采集的伪距、载波相位测量、人工量测的数据及解译的卫星星历储存起来的一种装置，以供差分导航和作相对定位的测后数据。

微处理机

接收机的计算部分由微处理机和机内软件组成。

机内软件是由接收机生产厂家提供的，是实现数据采集、通道自校自动化的重要组成部分，主要用于信号捕获、跟踪和定位计算。

微处理机结合机内软件作下列计算和处理：

（1）开机后指令各通道自检，并测定、校正和存储各通道的时延值；

（2）解译卫星星历，计算测站的三维坐标；

 （3）由测站定位坐标和卫星星历计算所有卫星的升降时间、方位和高度角，提供可视卫星数据及卫星的工作状况，以便获得最佳定位星位，提高定位精度。

定位

静态定位时，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机通过高精度测量GPS信号的传播时间，并利用GPS卫星在轨的已知位置解算出接收机天线所在位置的三维坐标。

而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。

GPS信号接收机所在的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等）。

由于载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中将相对地球而运动，这样，接收机用GPS信号就可实时地测量运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。

GPS定位还受GPS网的限制，应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网。

归纳起来大致可分为两大类：

一类是全球或全国性的高精度GPS网，这类GPS网中相邻点的距离在数千公里至上万公里，其主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，以为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务。

另一类是区域性的GPS网，包括城市或矿区GPS网，GPS工程网等，这类网中的相邻点间的距离为几公里至几十公里，其主要任务是直接为国民经济建设服务。

二维位置的确定

由卫星产生的测距信号确定三维位置

GPS接收机常识：

1.坐标（coordinate）

　　有2维、3维两种坐标表示，当GPS能够收到4颗及以上卫星的信号时，它能计算出本地的3维坐标：

经度、纬度、高度，若只能收到3颗卫星的信号，它只能计算出2维坐标：

经度和纬度，这时它可能还会显示高度数据，但这数据是无效的。

大部分GPS不仅能以经/纬度（Lat/Long）的方式，显示坐标，而且还可以用UTM（UniversalTransverseMercator）等坐标系统显示坐标但我们一般还是使用LAT/LONG系统，这主要是由你所使用的地图的坐标系统决定的。

2.航点（LandmarkorWaypoint）

　　GPS内存中保存的一个点的坐标值。

在有GPS信号时，你可以存储成一个易认的名字，还可以给它选定一个图标。

航点是GPS数据核心，它是构成“航线”的基础。

标记航点是GPS主要功能之一，但是你也可以从地图上读出一个地点的坐标，手工或通过计算机接口输入GPS，成为一个航点。

一个航点可以将来用于GOTO功能的目标，也可以选进一条航线Route，作为一个支点。

一般GPS能记录500个或以上的航点。

      3.航线（ROUTE）

　　航线是GPS内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若干中间点的坐标，每两个坐标点之间的线段叫一条"腿"（leg）。

常见GPS能存储20条线路，每条线路30条"腿"。

各坐标点可以从现有航点中选择，或是手工/计算机输入数值，输入的路点同时做为一个航点（Waypoint/Landmark）保存。

4.前进方向（Heading）

　　GPS没有指北针的功能，静止不动时它是不知道方向的。

但是一旦动了起来，它就能知道自己的运动方向。

GPS每隔一秒更新一次当前地点信息，每一点的坐标和上一点的坐标一比较，就可以知道前进的方向。

     5.导向（Bearing）

　　导向功能在以下条件下起作用：

　　1.）以设定"走向"（GOTO）目标。

"走向"目标的设定可以按"GOTO"键，然后从列表中选择一个航点。

以后"导向"功能将导向此航点

　　2.）目前有活跃航线（Activityroute）。

活跃航线一般在设置->航线菜单下设定。

如果目前有活动航线，那么"导向"的点是航线中第一个路点，每到达一个路点后，自动指到下一个路点。

6.日出日落时间（Sunset/raisetime）

　　大多数GPS能够显示当地的日出、日落时间，这在计划出发/宿营时间时是有用的。

这个时间是GPS根据当地经度和日期计算得到的，是指平原地区的日出、日落时间，在山区因为有山脊遮挡，日照时间根据情况要早晚各少半个小时以上。

GPS的时间是从卫星信号得到的格林尼制时间，在设置（setup）菜单里可以设置本地的时间偏移，对中国来说，应设+8小时，此值只与时间的显示有关。

7.航迹（Plottrail）

　GPS每秒更新一次坐标信息，所以可以记载自己的运动轨迹。

一般GPS能记录1024个以上足迹点，在一个专用页面上，以可调比例尺显示移动轨迹。

足迹点的采样有自动和定时两种方式自动采样由GPS自动决定足迹点的采样方式，一般是只记录方向转折点，长距离直线行走时不记点；定时采样可以规定采样时间间隔，比如30秒、一分钟、5分钟或其他时间，每隔这么长时间记一个足迹点。

四、主流GPS方案供应商

一台GPS设备关键的元件有天线、低噪音放大器（LNA）、射频接收转换（RFSection）、数字部分（也称数字基带，DigitalBaseband）、微处理器（Microprocessor）、微处理器周边外设（ProcessorPeripherals）、输入输出和驱动（I/OandDriver）等几个部分。

芯片提供商也强手如云，包括SiRF、u-blox、Ti、AnalogDevices、NXP、高通、英飞凌、索尼、意法半导体、Trimble（天宝）、Atmel、SiGe、u-Nav等等。

1、SiRF公司

SiRF是GPS芯片的龙头供应商，产品线完整，能够提供完整的解决方案。

代表产品：

基于SiRFstarIII架构的芯片GSC3e/LP与GSC3f/LP、GSC3LT与GSC3LTf、GSC3LTiandGSC3Ltif，基于SiRFInstant架构的 GSCi-5000。

现最新的模块为FastraxiT430，它是基于SiRFstarIV芯片和SiRFaware软件技术的GPS模块。

尺寸：

9.6x9.6x1.85mm

2、Nemerix 

NemeriX提供的产品包括模拟射频接收器和数字基带处理器。

NemerixNB1042GPS接收器模块，世界上功耗最低的GPS芯片组。

3、TI

TI的辅助GPS（A-GPS）解决方案在异步和同步蜂窝式网络内提供快速而精确的定位服务。

这些解决方案在优化之后，适用于所有当前和发展中的无线标准（如GSM、GPRS、EDGE、CDMA、UMTS和WCDMA）。

TI在2005年推出的90nm工艺技术的单芯片A-GPS解决方案，GPS5300NaviLink4.0单芯片采用TIDRP技术，可实现离散的GPS解决方案。

4、Atmel

Atmel的低功耗GPS模块芯片组高度集成并能极大节省制版空间。

Atmel与Magellan推出新的GPS芯片组ATR0663，包括一个先进的GPS基带和一个具备集成2D图形加速器的LCD控制器（以实现2048x2048像素的虚拟屏幕支持）、一个AC97音频控制器，以及一个图像传感器接口。

多种输入/输出（I/O）选项，包括以太网（Ethernet）、USB2.0FullSpeedHostandDevice、SD/MMC、TWI和USART，为PND应用提供了一个高针对性的片上系统（SoC）解决方案。

5、意法半导体

ST也能够提供面向GPS应用的全系列解决方案，适用于车载与便携式导航系统。

最新一代的ST导航/信息娱乐平台名为NaviFlex，其集成度更高：

融合GPS接收器和Nomadik应用处理器，保证了汽车多媒体应用无与伦比的音频、视频和成像质量。

6、Maxim

      Maxim公司能够提供低噪声、低功耗的GPS前端接收器和独特的GPS方案。

7、NXP

恩智浦半导体（NXPSemiconductors，原飞利浦半导体），恩智浦的解决方案成功地将高质量导航功能与丰富的多媒体处理结合在一起，包括MP3播放、标准的以及高清晰的视频播放及录制、调频收音机、图像存储和游戏等。

8、英飞凌 

Infineon和GlobalLocate合作推出的Hammerhead是全球首款单芯片CMOSGPS接收器。

该芯片支持移动站辅助式（MS-A）、移动站基于式（MS-B）、自主式和增强式跟踪模式。

一流的室内信号跟踪效果，完全支持辅助式和自主式跟踪模式，即使在最微弱的信号环境中也可以进行高度精确的导航。

Hammerhead芯片的基于主机的软件架构，不仅将器件尺寸和成本减至最小，还允许将协议消息直接嵌入到GPS导航软件中。

9、U-Blox

来自瑞士的GPS技术公司u-bloxAG公司以往主要提供命名为TIM的GPS模块,其中采用的SiRF公司GPS芯片。

现在u-blox也开始注重核心芯片的开发。

新推出的u-blox5系列全球定位系统以及随时可用的伽利略系统单芯片和芯片组拥有不到一秒的接收性能。

这种新的芯片还拥有SuperSense-160dBm探测和跟踪灵敏度、小于50mW的功率需求以及一个小于100平方毫米的覆盖区，适用于掌上电脑（PDA）、个人导航设备、照相机、手机、媒体播放器和其它电池操作便携式设备。

10、高通

目前，全球已有总计超过两亿部手机装备了高通公司的gpsOne辅助型GPS技术。

gpsOne技术支持一系列极具吸引力的位置服务，其中包括各种各样针对消费者、商务和个人安全的应用。

五、GPS标准格式数据

模块输出信息主要包括4个部分：

1、GPS定位信息GPGGA（GlobalPositioningSystemFixData）

[html] viewplaincopy

1.$GPGGA,063740.998,2234.2551,N,11408.0339,E,1,08,00.9,00053.A,M,-2.1,M,,*7B  

2.$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh  

3.<1> UTC时间，hhmmss（时分秒）格式  

4.<2> 纬度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）  

5.<3> 纬度半球N（北半球）或S（南半球）  

6.<4> 经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）  

7.<5> 经度半球E（东经）或W（西经）  

8.<6> GPS状态：

0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算  

9.<7> 正在使用解算位置的卫星数量（00~12）（前面的0也将被传输）  

10.<8> HDOP水平精度因子（0.5~99.9）  

11.<9> 海拔高度（-9999.9~99999.9）  

12.<10> 地球椭球面相对大地水准面的高度  

13.<11> 差分时间（从最近一次接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空）  

14.<12> 差分站ID号0000~1023（前面的0也将被传输，如果不是差分定位将为空）  

2、当前卫星信息GPGSA（GPSDOPandActiveSatellites）

[html] viewplaincopy

1.$GPGSA,A,3,06,16,14,22,25,01,30,20,,,,,01.6,00.9,01.3*0D  

2.$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>  

3.<1>模式 ：

M = 手动， A = 自动。

4.<2>定位型式 1 = 未定位， 2 = 二维定位， 3 = 三维定位。

5.<3>PRN 数字：

01 至 32 表天空使用中的卫星编号，最多可接收12颗卫星信息。

6.<4> PDOP位置精度因子（0.5~99.9）  

7.<5> HDOP水平精度因子（0.5~99.9）  

8.<6> VDOP垂直精度因子（0.5~99.9）  

9.<7> Checksum.（检查位）.  

3、可见卫星信息GPGSV（GPSSatellitesinView）     

[html] viewplaincopy

1.$GPGSV,2,1,08,06,26,075,44,16,50,227,47,14,57,097,44,22,17,169,41*70  

2.$GPGSV,2,2,08,25,49,352,45,01,64,006,45,30,13,039,39,20,15,312,34*7A  

3.$GPGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,?

<4>,<5>,<6>,<7>,<8>  

4.<1> GSV语句的总数  

5.<2> 本句GSV的编号  

6.<3> 可见卫星的总数，00 至 12。

7.<4> 卫星编号， 01 至 32。

8.<5>卫星仰角， 00 至 90 度。

9.<6>卫星方位角， 000 至 359 度。

实际值。

10.<7>讯号噪声比（C/No）， 00 至 99 dB