浅析移动位置业务中的AGPS定位技术

陈挺伟

（江西省测绘成果资料档案馆，江西 南昌 330025）

1 概述

辅助全球卫星定位系统（Assisted Global Positioning System，简称AGPS）是一种GPS的运行方式。它可以利用手机基地站的资讯，利用基地台代送辅助卫星信息，结合GSM/GPRS与传统GPS卫星定位，可以缩减GPS芯片获取卫星信号的延迟时间，定位的速度更快，同时，受遮盖的室内也能借基地台讯号弥补。目前，日本和美国都已经成熟运用AGPS于移动位置业务LBS（Location Based Service，简称 LBS）服务。

LBS是指通过移动运营商的网络（GSM、CDMA、GPRS、W-CDMA、TD-SCDMA、CDMA2000）获取移动终端用户的位置信息（经纬度坐标数据），在电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务。

AGPS是随着3G技术的高速发展，开始迅速发展的一种无线定位技术，在2G或2.5G为主的网络时代，受到网络传输速度的限制，AGPS的发展也受到了限制。AGPS定位时间一般仅需几秒，定位精度一般为5～50 m，而且在常规GPS不能正常工作的环境中（如钢筋混凝土建筑物的内部、市区的楼群之间、天桥下或者涵洞中），AGPS都能正常工作。由于AGPS在定位精度和定位响应时间方面都占有很大的优势，因此具有非常广泛的应用前景。

最先在美国、日本、韩国等开始使用AGPS定位技术，目前中国移动、中国联通都制定和推出了自己的AGPS方案，例如中国移动正在制定的基于OMA的SUPL规范的AGPS方案是一种用户平面的解决方案，而中国联通的gpsOne是MS-Assisted方式的AGPS方案，也是基于用户平面的。

2 AGPS的特点

由美国Qualcomm公司提出了的AGPS定位技术解决方案，其定位原理：GPS接收设备整合在移动设备（MS）中，在需要确定MS的位置时，MS将通过无线网络从定位服务器（LS）中接收辅助数据，利用这些辅助数据，MS能够快速锁定GPS卫星信号并进行距离测量，最后通过定位服务器或移动设备计算得到MS的三维位置。这种定位技术能够使AGPS的灵敏度比常规的GPS测量提高20～25 dB[1]，定位时间一般仅需几秒，定位精度一般为5～50 m。

在移动定位服务中，AGPS相比于其它的基于网络的定位技术 （如 Cell-ID、E-OTD、TOA），AGPS 具有灵敏度高、定位时间短、功耗低、定位精度高、工作环境广的特点。但是它也需要更换移动设备，需要在移动台中增加GPS接收芯片。同时网络也要做适当的调整，需要在网络中增加定位服务器等设备，但网络改动不大，网络投资较少。

在AGPS工作过程中，移动设备需要获得定位服务器LS提供的辅助数据，即：卫星导航数据、卫星信号多普勒参数、时间参数、可见卫星PRN码、MS近似位置等数据。所有的辅助数据主要有以下两方面的作用：

（1）在锁定卫星信号的过程中减少对GPS卫星的搜索时间，提高定位速度。LS提供了MS定位时可能接收到信号的所有GPS卫星的PRN码，同时也提供了对应GPS卫星的信号多普勒参数，因此在MS的接收过程中并不需要搜索所有GPS卫星，只需要对LS提供的GPS卫星进行搜索。MS根据自己所处的近似位置，可以很快地捕获到卫星信号，时间可以缩短到几秒钟，这使得定位响应时间大大减少。

（2）提高MS测量卫星信号的灵敏度。因为MS在接收卫星信号的过程中，并不需要解调50 Hz的GPS卫星导航数据。这是与常规GPS测量的最大不同之处。在常规的GPS测量中，对卫星PRN码的捕获是在本地复制卫星PRN码，通过码相关技术来确认卫星信号。由于常规GPS测量需要解调50 Hz的GPS卫星导航数据，所以码相关积分时间不能超过50 Hz卫星导航数据的一个周期，即20 ms。而在AGPS中，LS已经提供了GPS卫星导航数据，MS在进行码相关积分时，已经知道了卫星导航数据的状态，因此码相关积分时间完全可以超过20 ms的界限。这可以使信号灵敏度提高多达6 dB，而在信号衰减较大的环境中测量时信号灵敏度还会提高更大[2]。

3 AGPS的工作过程

AGPS由移动定位设备、定位服务器设备及移动网络组成，如图1所示。

AGPS 的工作方式采用 C/S（Client/Server，用户/服务商）结构模式。定位的基本过程：①需要由MS或者网络向LS定位服务器提出定位请求；②LS响应定位请求向MS发送辅助数据；③在收到辅助数据后，MS根据辅助信息，启动接收装置接收并保存0.1 s到1 s的GPS卫星数据，然后关闭接收装置，整个卫星数据的接收过程一般不超过1 s；④利用MS中内嵌的专用数字信号处理器（DSP），采用快速卷积算法计算MS到GPS卫星的伪距观测值[3]；⑤MS把测量观测值发送给LS，由LS完成位置计算，同时把定位结果发送给定位请求者。AGPS的工作流程图见图2。

AGPS主要有基于移动设备（MS）定位和基于移动设备辅助定位服务器（LS）定位两种工作模式。二者的主要区别在于：前者是在MS中计算位置，MS借助于LS提供的辅助信息，接收卫星信号，并测量用户到卫星的距离，然后在MS中计算用户的位置；而后者是在LS中计算位置，MS在测量用户到卫星的距离后，把所测量的距离值提供给定位服务器LS，由LS来完成用户的位置计算。

4 AGPS的应用

移动运营商采用基于AGPS的移动位置增值服务（LBS）后，移动终端用户可以方便地获知自己目前的位置，并用移动终端查询获取附近各种场所的位置，对可移动终端用户进行定位，及对移动终端用户的位置进行实时监测和跟踪，使所有被监控对象都显示在监控中心的电子地图上，一目了然。因此，AGPS的应用领域将非常广泛，如城市规划、城市地下管网、电力、电信、水利、交通、消防、急救等方面，根据用户的特定需求进行实时监测、跟踪，结合共享的电子地图，实现监控与调度。

湖北省武汉市某研究所应用户的要求建立一地理信息系统，该用户的主要目的是为了能实时监测所属各运输车辆的运输位置，以便更好的进行调度。对于车辆的实时位置，由于各车辆的活动范围基本在市区，如果使用常规的GPS实时定位技术，受道路两边建筑物的影响，并不能满足要求。为此，该研究所采用AGPS技术的芯片，安装在车内，同时在室内建立数据业务处理系统，利用移动网络技术进行数据的实时传输，由车内的AGPS设备采集数据，传输给室内的数据业务处理系统解算出位置，显示在调度室的电子地图上，便于监控管理。

图2 AGPS的工作流程图

移动位置业务，尤其是使移动具有定位功能，实现无线通信与定位的融合，是通信与导航领域的一种发展大趋势。

AGPS定位是一种能够充分利用现有的无线网络来固定获取辅助定位数据，以克服常规GPS测量初次定位时间长、不能在室内定位的缺点的定位技术。它大大扩展了GPS在位置业务中的应用。在GSM、GPRS及CDMA网络中，都可以利用AGPS来实现位置的确定。AGPS定位技术将会大大刺激移动位置业务的发展，为移动位置业务这一新兴市场带注入活力。

[1］N.F.Krasner，G.Marshall，W.Riley.Position Determination Using Hybrid GPS/Cell phone Ranging.Paper C1/2 in ION GPS 2002，September 2002，Portland Oregon.

[2］邱致和， 王万义 译，Elliott D.Kaaplan著.GPS原理与应用 [M］.北京：电子工业出版社，2002.8.

[3］N.Krasner.Homing in on wireless location.Communication System Design.January 2000.

[4］Z.Biacs，G.Marshall，M.Moeglein，W.Riley.The Qualcomm/Snap-Track Wireless-Assisted GPS Hybrid Positioning System and Results from Initial Commercial Deployments.Paper E1/4 in ION GPS 2002，September 2002，Portland Oregon.