GNSS（Global Navigation Satellite Systems），中文即全球导航卫星系统，是指通过一系列导航定位卫星在太空中向地面上的GNSS接收机传输带有时间与位置数据的信号，然后接收机通过这些数据来计算位置。
根据定义，GNSS系统提供全球覆盖，包括欧洲的伽利略、美国的GPS、俄罗斯的GLONASS与中国的北斗卫星导航系统。
GSA称，小米8是全球首款搭载双频GNSS的智能手机，也是全球首个可提供分米级定位与导航精度的手机。
小米8，凭啥定位这么准？
小米 8 双频GPS 技术是如何实现精准定位的？首先要从GPS定位原理说起。
GPS，全称全球定位系统（Global Positioning System），是以空间为基地的无线电导航系统。在全世界范围内提供不间断的定位、导航和定时服务。GPS由三部分组成：环绕地球飞行的卫星；地面上设立的监控站；以及用户拥有的接收器如智能手机等。
GPS卫星从空间发射可由手机收到和识别的信号，包含卫星当前的位置坐标信息，以及由原子钟和相对论效应校正过的GPS卫星自身精确时间。假定卫星和手机两者时间是精确同步的，收到卫星传来的信号后，手机用自己的时间减去信号中携带的发射时间，再乘以电磁波的理想传输速度即光速，即可算出手机和卫星之间的距离。
由于卫星的位置精确可知，我们在前面已经得到卫星到手机的距离，利用三维坐标中的距离公式和3颗卫星的坐标，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。不过这个结论是假定处在每颗卫星都是和手机时间基准精确同步的理想状况下。实际情况中，必须增加第四颗卫星以校准时间。目前共有31颗GPS卫星在离地面20200公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。
L1单频GPS手机的局限性
前面提到过，GPS定位的关键是要获得手机和卫星之间的距离。而要计算距离，必须知道信号传播时间，这一数据由手机计算得出，关键就在于GPS信号中发射后到达手机需要的时间是多少。
L1频段GPS信号精度有限
如果只使用L1频段1575.42MHz的GPS信号定位，它带宽较小只有1MHz，一个最小周期的传输时间是1/106s=1μs，乘以光速就是300米。如果把L1频段的GPS信号比作一把用来测量卫星到手机距离的尺子，它的“最小刻度”就是300米，也就是单颗L1频段卫星理论的测距误差范围。无论空旷开阔地带还是高楼林立的都市，L1频段的这一局限性都会造成定位不准。
L1频段GPS信号易受反射干扰
在建筑众多的场景，城市或湖泊等水边进行定位时，金属、水面、玻璃等均是GPS信号良好的反射体。在以上场景中手机除了从GPS卫星发射后经直线传播的信号外，还会接收到一个或多个经过周围地形反射后的信号。手机接收的多个信号会叠加起来，导致距离最短的直射信号变得不明显，从而降低了卫星和手机之间距离计算的准确度，严重时甚至会导致卫星信号失踪。
可以看到，下图当中由于L1频段信号的精度为300米，导致直射信号与反射信号叠在一起，手机会认为实际收到的是灰色的叠加信号，造成定位偏差。
L1频段GPS信号易受电离层影响
而在空旷地带，定位不准的主要原因则是大气中电离层导致的GPS信号折射，从而增加传输时间。大气中电离层在太阳光的照射下充满了离子和电子，对GPS信号这种电磁波的影响严重。研究发现，电离层造成的折射效应与信号带宽的平方成反比，也就是说，带宽越低，电离层造成的影响越大。
双频GPS功能，让小米8可以同时利用L1和L5两个频段的GPS信号进行定位。L5频段的GPS信号相比L1频段编码更加复杂，手机和卫星两方都需要更高成本。此前，L5频段多用于对精度有高要求的工业用途，比如石油和天然气勘探、航空安全行业，小米8是首个应用双频GPS的消费级产品。
L5频段GPS信号精度更高
由于L5即1176.45MHz频段GPS信号的带宽高达10MHz，是L1频段的10倍，最小周期传输时间为0.1μs，L5单颗卫星定位测距误差也随之降至30米。
L5频段GPS信号不易受反射干扰
因此，在高楼大厦等反射干扰影响严重的场景中，小米8使用的L5频段信号直射和反射更难叠加，从而降低对定位精度的影响。如下图所示，蓝色和紫色的反射信号难以影响绿色的直射信号，小米8可以获取更准确的定位。
L1、L5双频对照可消除电离层影响
至于电离层造成的折射影响，L5频段的带宽是L1频段的10倍，根据之前电离层带来的误差与带宽平方成反比计算，L5频段GPS信号受到电离层的影响是L1频段的百分之一。另外，由于电离层对L1、L5两个频段信号的影响不同，双频GPS设备如小米8可以不依赖于其他因素，通过对比两路信号的延迟，用计算来消除电离层带来的误差，将GPS定位精度进一步提高。
小米8 双频GPS实测
通过实测可以看出，采用了双频GPS的小米8在航天桥下环岛导航时，定位点几乎完全按照轨迹路线，而单频GPS手机因为受到高架桥的信号干扰和阻挡，导致定位点大幅漂移，甚至一度进入了周围建筑区，这主要就是单频GPS手机在复杂城市场景下的局限。
航天桥定位实测
建外SOHO楼群定位实测
同样，在航天桥进行单点定位，可以看到三台测试手机仅小米8的定位点与实际位置几乎重合，而目前多数单频GPS手机都有不同程度的偏差，也就是说当用户使用手机叫车时，很容易因错误的地点标注导致司机与乘客出现互相找不到的问题。
小米8 其他单频GPS手机
双频卫星定位，未来的趋势
由于体积、成本等因素，双频GPS设备即使已经商用，也多用于对精准度要求更高专业领域或者军用。不过，近年来自动驾驶等技术走热，也对GPS精准度提出了更高的要求。国际电气电子工程师学会IEEE预测，随着GPS整体解决方案的不断进步，未来面向普通消费者的手机等也会渐渐普及双频GPS，最终使GPS定位精确到30厘米级别。除美国的GPS外，全球还有俄罗斯的GLONASS，我国的北斗，欧盟的Galieo，日本的QZSS已经商用，小米8支持以上所有主流卫星定位系统。
目前，全球支持L1+L5双频段的定位卫星已经达到30颗，未来发射的卫星也都将支持双频。可见，为了更高的定位精准度，支持L1+L5双频无论是卫星还是智能手机等接收器，都是未来必然的趋势。
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GSA官网报道全文如下：
小米8已于5月31日发布，搭载博通BCM47755芯片，成为世界上首款可以为定位服务和车载导航提供分米级定位精度的智能手机。
小米已经发布了世界上首款支持双频GNSS的智能手机小米8。这款智能手机可以说是GNSS技术的突破性代表，也是博通革命性的BCM47755芯片的首次商用。
去年发布的博通BCM47755是一款支持双频(E1/L1+E5/L5) GNSS的芯片，它可以将定位的计算精度提升到分米级别。此前依托于定位服务的移动应用受限于单频GNSS，其精度一直被限制在米级。但是近年来GNSS发射了很多支持全新频段的卫星，尤其是伽利略定位系统大部分都是由拥有E1/L1+E5/L5频段的卫星组成，这为提高定位精度增加了新的可能。
使用伽利略卫星提高精度
小米8以及未来将使用双频GNSS的终端产品用户，都将会在城市环境下获得更好的定位以及导航体验。这取决于E5/L5频段的特殊性，该频段可以更容易区分出真实信号和建筑物反射的信号，以降低多径效应的影响（多径效应是在城市和其他富有挑战性环境下引起导航偏差的主要来源）。数量众多的伽利略卫星可以广播E5信号为全球用户提供定位的精准提升。另外，同时使用双频信号可以减少如电离层造成的信号误差，多频信号更具抗干扰能力。
除了现存应用可以更加精准定位外，双频GNSS还可为全新应用如增强现实、车辆导航以及地图测绘等提供更多机会。
GSA（欧洲全球导航卫星系统局）市场开发负责人Gian Gherardo Calini在产品发布时评论称，全球首款双频GNSS智能手机进入大众市场对于全世界用户来说都是一个突破，“更精准的定位精度可以帮助开发者创造全新的应用去满足越来越高的定位需求，也能打开以前只能在专用设备上运行的应用程序。”
博通公司无线通信和连接部门产品营销副总裁Alex Chou表示：“博通很高兴看到小米最新的旗舰手机应用了双频GNSS技术。小米8作为全球第一款采用BCM47755的智能手机，将智能手机的定位导航提升了一个全新的水平。”
小米产品市场总监臧智渊表示：“全球卫星定位系统是非常伟大的发明，对智能手机尤为重要。如今地图导航App和LBS-based App对于定位的精确性越来越高，双频GPS可以有效提升它们的体验。小米非常荣幸成为了全球首家支持双频GPS功能的手机厂商，我们会持续创新，让全球每个消费者都能享受科技带来的美好生活。”
定位服务的新时代
全球首款双频GNSS智能手机的发布，再加上Android系统提供的GNSS原始数据的访问权限，为定位服务开发者创造了令人兴奋的机会。对GNSS原始数据的访问权限为手机使用更高级的定位算法打开了一扇大门，此前仅有更高级的卫星定位接收器能够使用相关算法。这能让普通用户充分享受伽利略定位系统的独特优势。
考虑到以上机会，去年开始，GSA（欧洲全球导航卫星系统局）鼓励卫星导航与定位领域的相关科研单位及公司围绕GNSS原始数据展开创新，并作为GNSS原始数据工作组的一部分。今年一月，GSA发布了在Android系统中应用GNSS原始数据的白皮书，向开发者提供了获取原始数据的深入介绍，以及应用这些数据为大众市场设备引入高级GNSS技术的指导。
在此基础上，位于布拉格的GSA总部将在5月30日召开专题研讨会，主题为“GNSS原始数据：从研究到商用”。会上，GSA与GNSS原始数据工作组将分享这一领域的最新进展，博通也将公布双频定位系统BCM47755优异的测试结果。
小米8已于5月31日发布，搭载博通BCM47755芯片，成为世界上首款可以为定位服务和车载导航提供分米级定位精度的智能手机。
小米已经发布了世界上首款支持双频GNSS的智能手机小米8。这款智能手机可以说是GNSS技术的突破性代表，也是博通革命性的BCM47755芯片的首次商用。
去年发布的博通BCM47755是一款支持双频(E1/L1+E5/L5) GNSS的芯片，它可以将定位的计算精度提升到分米级别。此前依托于定位服务的移动应用受限于单频GNSS，其精度一直被限制在米级。但是近年来GNSS发射了很多支持全新频段的卫星，尤其是伽利略定位系统大部分都是由拥有E1/L1+E5/L5频段的卫星组成，这为提高定位精度增加了新的可能。
使用伽利略卫星提高精度
小米8以及未来将使用双频GNSS的终端产品用户，都将会在城市环境下获得更好的定位以及导航体验。这取决于E5/L5频段的特殊性，该频段可以更容易区分出真实信号和建筑物反射的信号，以降低多径效应的影响（多径效应是在城市和其他富有挑战性环境下引起导航偏差的主要来源）。数量众多的伽利略卫星可以广播E5信号为全球用户提供定位的精准提升。另外，同时使用双频信号可以减少如电离层造成的信号误差，多频信号更具抗干扰能力。
除了现存应用可以更加精准定位外，双频GNSS还可为全新应用如增强现实、车辆导航以及地图测绘等提供更多机会。
GSA（欧洲全球导航卫星系统局）市场开发负责人Gian Gherardo Calini在产品发布时评论称，全球首款双频GNSS智能手机进入大众市场对于全世界用户来说都是一个突破，“更精准的定位精度可以帮助开发者创造全新的应用去满足越来越高的定位需求，也能打开以前只能在专用设备上运行的应用程序。”
博通公司无线通信和连接部门产品营销副总裁Alex Chou表示：“博通很高兴看到小米最新的旗舰手机应用了双频GNSS技术。小米8作为全球第一款采用BCM47755的智能手机，将智能手机的定位导航提升了一个全新的水平。”
小米产品市场总监臧智渊表示：“全球卫星定位系统是非常伟大的发明，对智能手机尤为重要。如今地图导航App和LBS-based App对于定位的精确性越来越高，双频GPS可以有效提升它们的体验。小米非常荣幸成为了全球首家支持双频GPS功能的手机厂商，我们会持续创新，让全球每个消费者都能享受科技带来的美好生活。”
定位服务的新时代
全球首款双频GNSS智能手机的发布，再加上Android系统提供的GNSS原始数据的访问权限，为定位服务开发者创造了令人兴奋的机会。对GNSS原始数据的访问权限为手机使用更高级的定位算法打开了一扇大门，此前仅有更高级的卫星定位接收器能够使用相关算法。这能让普通用户充分享受伽利略定位系统的独特优势。
考虑到以上机会，去年开始，GSA（欧洲全球导航卫星系统局）鼓励卫星导航与定位领域的相关科研单位及公司围绕GNSS原始数据展开创新，并作为GNSS原始数据工作组的一部分。今年一月，GSA发布了在Android系统中应用GNSS原始数据的白皮书，向开发者提供了获取原始数据的深入介绍，以及应用这些数据为大众市场设备引入高级GNSS技术的指导。
在此基础上，位于布拉格的GSA总部将在5月30日召开专题研讨会，主题为“GNSS原始数据：从研究到商用”。会上，GSA与GNSS原始数据工作组将分享这一领域的最新进展，博通也将公布双频定位系统BCM47755优异的测试结果。
来源：整理自凤凰网科技、小米等
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