輔助全球定位系統(tǒng)(A-GPS)革命及其消費(fèi)市場(chǎng)

　　在不久的將來，我們就會(huì)看到大量的GPS 增值產(chǎn)品，像是GPS+微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、GPS+(無線網(wǎng)絡(luò))Wi-Fi、GPS+網(wǎng)絡(luò)測(cè)量報(bào)告(NMR)、GPS+羅盤(Compass)以及GPS+蘇聯(lián)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、日本準(zhǔn)天頂導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(QZSS)、歐洲伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)。將來能夠進(jìn)行最大程度整合的公司，就會(huì)是贏家。所以，引用丘吉爾的話，目前的狀況并不是GPS 的終點(diǎn)，甚至談不上接近終點(diǎn);了不起只能算是初階段的結(jié)束。

　　GPS 消費(fèi)市場(chǎng)

　　幾年前Len Jacobson 的《GNSS 應(yīng)用及市場(chǎng)》有一份對(duì)2010 年消費(fèi)市場(chǎng)的預(yù)測(cè)： Frost & Sullivan 2006 報(bào)告預(yù)測(cè)，在2010 年，PND 及手持裝置 (不包括移動(dòng)電話) 市場(chǎng)會(huì)達(dá)到 27 億美元(830 萬臺(tái)，平均售價(jià)325美元)。對(duì)照實(shí)況，目前的市場(chǎng)大約是60億美元，(4 千萬臺(tái)，平均售價(jià)150美元)。簡(jiǎn)言之，消費(fèi)市場(chǎng)的規(guī)模比幾年前所預(yù)估的還要大上一倍，還不包括手機(jī)市場(chǎng)。雖然價(jià)格比預(yù)估要低一半，但是出售量是預(yù)估的四倍之多。

　　談到移動(dòng)電話，我們回頭看看1999 年，那時(shí)大家預(yù)估A-GPS 只會(huì)在精確校時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)中被采用(像是CDMA)。如今A-GPS已經(jīng)大量在全球精確校時(shí)以及粗略校時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)中被使用，包括歐洲和北美的GSM，以及日本的W-CDMA。最近三年GPS 消費(fèi)市場(chǎng)，特別是移動(dòng)電話市場(chǎng)已經(jīng)大幅成長(zhǎng)，置入手機(jī)的GPS 接受器數(shù)量超過了以往所有GPS 產(chǎn)品數(shù)量的總和。而到如今，每年全球民用導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收器產(chǎn)量99%以上的數(shù)量皆使用L1-only C/A code GPS 接收器。

　　所以，從消費(fèi)市場(chǎng)觀點(diǎn)，我們是否已經(jīng)達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)?是的!我們不只達(dá)到，而且是已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)期的成績(jī)。接下來，讓我們回顧過去十年的技術(shù)發(fā)展，看看這些技術(shù)是否已經(jīng)達(dá)到我們預(yù)期的目標(biāo)。

　　摩爾定律表明，在一定的晶體管數(shù)目下，芯片體積每?jī)赡瓯銜?huì)縮小一半。摩爾定律在GPS 是適用的，大約每?jī)赡?，芯片尺寸?huì)縮小一半。2010 年才剛剛開始，人們已經(jīng)開始在談?wù)撓乱淮?，也就?0 nm的GPS 芯片了。過去二十年來，摩爾定律已經(jīng)重復(fù)了十回，所以同樣的芯片在二十年前，尺寸會(huì)比現(xiàn)在大上1000 倍。當(dāng)然不可能會(huì)有這么大的芯片，但我要說的是，GPS 芯片并不只是隨著摩爾定律變小而已，它還變得更復(fù)雜，功能性更強(qiáng)。

　　最低價(jià)GPS性能表現(xiàn)

　　基本上，GPS 接收器只做三件事：?jiǎn)?dòng)、追蹤微弱信號(hào)、計(jì)算定位速度時(shí)間和位置。撇開繁瑣的細(xì)節(jié)不談，主要重點(diǎn)可歸納為：速度、靈敏度和精確度。

　　從90 年代以來，首次定位時(shí)間(TTFF)和靈敏度都有一定程度的進(jìn)步，這要?dú)w功于上述七個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。即使沒有精確時(shí)間，首次定位時(shí)間在輔助冷啟動(dòng)或是未輔助熱啟動(dòng)之下，已經(jīng)可以達(dá)到一秒。這比90 年代傳統(tǒng)GPS 表現(xiàn)好上45 倍。在靈敏度方面，到1998 年為止，大約有30 倍的進(jìn)步(達(dá)到 -150dBm)，2006 年又增進(jìn)了10 倍(到-160 dBm)。說不定假以時(shí)日，我們會(huì)擁有1000 倍的靈敏度。那么準(zhǔn)確度又是如何呢?

　　有些低價(jià)芯片被當(dāng)成是低精確度的代名詞，不過這并不正確。的確體積小、成本低的天線會(huì)降低定位準(zhǔn)確度，然而就相同天線而言，在移動(dòng)電話極為普遍的環(huán)境中，現(xiàn)今市場(chǎng)上最低價(jià)的GPS 接收器，其性能表現(xiàn)卻優(yōu)于最貴的GPS 接收器。以下圖表的數(shù)據(jù)會(huì)說明這一點(diǎn)。

　　首先，我們連接一個(gè)最小、最低價(jià)的GPS 接收器，到一個(gè)最好的天線上(扼流圈天線)，架設(shè)到可以清楚看見天空的開闊屋頂上。圖2 左側(cè)是定位點(diǎn)散布情形，藍(lán)色圈圈顯示了有2000 個(gè)定位點(diǎn)，它的中位數(shù)值是0.9 公尺。右側(cè)是一個(gè)19,000 美元的勘測(cè)級(jí)專業(yè)GPS(Survey-grade GPS)接收器量測(cè)的結(jié)果，使用的是同樣的天線。

　　勘測(cè)級(jí)專業(yè)(survey-grade) GPS比含GPS 移動(dòng)電話的精準(zhǔn)度表現(xiàn)要好上60cm，或者要說好上三倍也可以，看你要怎么說。但先別急，因?yàn)檫@種測(cè)試環(huán)境既非典型的消費(fèi)者情境(在屋頂上架扼流圈天線)，也不是我們今日面對(duì)的主要挑戰(zhàn)。

　　接下來，我們要在一個(gè)比較典型的使用環(huán)境中，看看一般消費(fèi)型天線的精確度表現(xiàn)如何。圖3 顯示一個(gè)主動(dòng)式平板天線(就是個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備PND 里面會(huì)看到的那種)在圣何塞市區(qū)的定位情形。圣何塞是一個(gè)典型的美國(guó)都市，不算是對(duì)GPS 最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，但也不是太容易。城中的街道(Lightstone Alley)只有5 米寬，兩側(cè)都是高聳建筑物。

　　要測(cè)量精確度，我們使用實(shí)際參照的方法，結(jié)合GPS 以及配備環(huán)狀鐳射陀螺儀的戰(zhàn)術(shù)級(jí)慣性測(cè)量裝置(tactical grade IMU)，它可以在圖上顯示藍(lán)色小點(diǎn);白色小點(diǎn)是低價(jià)GPS 的定位情形。大多數(shù)時(shí)間白色小點(diǎn)都和藍(lán)色小點(diǎn)重疊，偶而你會(huì)看到一些錯(cuò)開的地方，紅色線段顯示的是水平誤差。水平誤差的中位數(shù)值是4.4 m。