Портал о навигации и мониторинге

A-GPS (Assisted GPS)

A-GPS (Assisted GPS, "ассистированный GPS", он же augmented GPS) - это технология, которая помогает GPS-приёмнику определить своё местоположение гораздо быстрее, доставляя ему нужные для расчёта данные через сотовую сеть или интернет вместо медленного спутникового канала. Проще говоря, она "прогревает" приёмник перед тем, как он определит координаты.

Чтобы понять, зачем это нужно, достаточно одного факта. GPS-спутник передаёт всю информацию, необходимую для расчёта позиции, на скорости всего 50 бит в секунду. На открытом небе этого хватает, но в городе, в помещении или в момент, когда устройство нужно локализовать максимально быстро (например, при экстренном вызове), приёмник вынужден слишком долго ждать. A-GPS снимает это узкое место: те же данные приходят по обычному каналу связи практически мгновенно.

Когда тот же подход применяют не только к GPS, а ко всему семейству спутниковых систем, его называют A-GNSS. Для Galileo это A-GANSS, для BeiDou - A-BeiDou.

A-GPS получил массовое распространение именно на GPS-совместимых сотовых телефонах, и его развитие было ускорено регуляторными требованиями США к определению местоположения при экстренных вызовах. Ниже разберём подробно, как именно он устроен.

Оглавление

  1. Как устроен сигнал GPS, и почему "голый" приёмник так медлителен
  2. Time to First Fix: cold / warm / hot start
  3. Как A-GPS лечит проблему TTFF
  4. Два режима: MS-Based и MS-Assisted
  5. Данные ассистирования: что именно передаётся
  6. Архитектура: Control Plane против User Plane
  7. Протоколы: RRLP, RRC, TIA-801, LPP, LPPe
  8. SUPL: User Plane во всех деталях
  9. Историческая движущая сила: FCC и E911
  10. Предсказанные (extended) эфемериды и self-assisted GNSS
  11. A-GNSS за пределами GPS
  12. Ограничения, приватность и текущее положение дел
  13. Сводка ключевых фактов
  14. Источники

1. Как устроен сигнал GPS, и почему "голый" приёмник так медлителен

Чтобы понять, что именно делает A-GPS, нужно разобрать структуру навигационного сообщения GPS. Здесь нет ничего лишнего - каждая цифра ниже объясняет, почему автономный холодный старт занимает столько времени.

Структура "легаси"-сообщения (LNAV)

Классическое навигационное сообщение GPS (LNAV) модулируется на несущих L1 C/A и L2 P(Y) на скорости 50 бит/с. Его структура жёстко задана интерфейсным документом ICD-GPS-200 (ныне IS-GPS-200):

  • Полное сообщение состоит из 25 кадров (frames / pages), образующих мастер-кадр.
  • Каждый кадр имеет длину 1500 бит и делится на 5 подкадров (subframes).
  • Каждый подкадр состоит из 10 слов, по 30 бит в каждом.
  • Каждый подкадр длится 6 секунд, то есть один кадр передаётся за 30 секунд.
  • Весь мастер-кадр содержит 37 500 бит и при скорости 50 бит/с передаётся за 12,5 минут.

Каждый подкадр всегда начинается со слова телеметрии (TLM), необходимого для синхронизации, за которым следует слово передачи (HOW), дающее информацию о времени (секунды недели GPS).

Что лежит в подкадрах

  • Подкадры 1-3 (первые 900 бит кадра) содержат эфемериды - точную модель орбиты и часов конкретного спутника, который ведёт вещание. Эти три подкадра идентично повторяются в каждом 30-секундном кадре в течение некоторого срока.
  • Подкадры 4-5 содержат части альманаха - грубой информации об орбитах и моделях времени для всей группировки, а также ионосферную модель и данные для перевода времени GPS в UTC. Их содержимое меняется от кадра к кадру, пока не будет передан весь альманах; полный альманах "набирается" за 12,5 минут.

Эфемериды против альманаха - ключевое различие

Это различие - фундамент всей идеи ассистирования:

  • Эфемериды - высокоточные параметры орбиты, позволяющие вычислить координаты спутника с точностью, достаточной для навигации. Они короткоживущие: широковещательные эфемериды обычно действительны на ближайшие 2-4 часа от момента передачи. В штатном режиме наземный сегмент управления GPS загружает новые эфемериды на спутники примерно раз в два часа (при нештатных условиях интервалы могут быть 6 часов и больше).
  • Альманах - грубые орбитальные данные по всей группировке с точностью порядка 1-2 км (1-сигма). Он нужен приёмнику, чтобы понять, какие спутники вообще должны быть в зоне видимости, и куда "целиться" при поиске сигнала. Альманах живёт долго - недели и месяцы.

Почему это медленно

Эфемериды повторяются каждые 30 секунд, поэтому в идеальных условиях их можно скачать довольно быстро. Но есть нюансы: скачать эфемериды со спутника невозможно быстрее, чем за ~18 секунд, часто это происходит трудно, а при очень слабом сигнале (в помещении, под крышей) - невозможно вовсе. По мере того как аппаратная часть становится чувствительнее и захват сигнала ускоряется, именно ожидание эфемерид превращается в главную составляющую задержки первого фикса.

Отсюда давняя идея: доставить эфемериды приёмнику каким-то другим каналом, не дожидаясь медленной передачи со спутника. Это и есть зерно A-GPS.

2. Time to First Fix: cold / warm / hot start

TTFF - это время, за которое приёмник захватывает спутники и выдаёт позицию. Оно сильно зависит от того, какими данными приёмник уже располагает на старте. Классически выделяют три сценария:

  • Холодный старт (cold start). У приёмника нет актуального альманаха или нет ничего вообще (либо "заводское" состояние). Ему нужно искать спутники "вслепую", ловить альманах и/или эфемериды. Это самый долгий случай - в худшем варианте приёмник вынужден ждать передачи данных со спутника, причём при сбое приёма данных попытка повторяется, удлиняя процесс. Во время такого старта приёмник желательно держать неподвижным, пока он не получит фикс.
  • Тёплый старт (warm start). У приёмника есть действующий альманах, но эфемериды устарели. Поскольку эфемериды повторяются часто (каждые 30 секунд), первый фикс обычно приходит довольно быстро - за минуту-другую.
  • Горячий старт (hot start). У приёмника есть и свежий альманах, и действующие эфемериды, и грубое знание времени и места. Фикс наступает за считанные секунды.

Главная задача A-GPS - превратить "холодную" ситуацию в эквивалент "горячей", доставив всё нужное по сети мгновенно.

3. Как A-GPS лечит проблему TTFF

Суть A-GPS проста: внешний источник снабжает GPS-приёмник данными, которые позволяют ему находить сигналы спутников гораздо легче и быстрее, чем он смог бы автономно.

Типовая реализация выглядит так. Создаётся опорная сеть GPS (GPS reference network) - приёмники с открытым видом на небо, работающие непрерывно. Эта сеть подключена к сотовой инфраструктуре, постоянно отслеживает состояние группировки в реальном времени и предоставляет данные по каждому спутнику на конкретный момент времени (epoch). Опорная сеть передаёт в сотовую инфраструктуру эфемериды, модель UTC, ионосферную модель и прочую вещательную информацию.

Когда устройству нужно определить позицию, оно через канал данных (интернет или иной) обращается к серверу ассистирования и получает помощь. Дальше возможны два режима работы, различающиеся тем, где выполняется финальный расчёт координат.

Важно: A-GPS-приёмник, у которого есть работающий автономный GPS, может определять позицию и без сети - иногда медленнее по TTFF, но зато вне зоны покрытия сети и без расходов на трафик.

4. Два режима: MS-Based и MS-Assisted

В терминологии сотовых сетей мобильное устройство называют MS (Mobile Station) или UE (User Equipment). Соответственно два режима A-GPS:

MS-Based (UE-Based) - "расчёт на устройстве"

Сеть передаёт устройству ассистирующие данные (эфемериды, альманах, опорное время, грубые координаты), а само устройство выполняет измерения и вычисляет свою позицию локально. Сеть здесь играет роль "подсказчика": она избавляет приёмник от необходимости долго качать навигационное сообщение со спутников, но координаты приёмник считает сам.

MS-Assisted (UE-Assisted) - "расчёт на сервере"

Устройство выполняет только измерения дальности (ranging) - например, измеряет фазы кодов принятых сигналов, - а финальный расчёт позиции делает узел сети (позиционирующий сервер) на основе этих измерений. Это снижает требования к вычислительной мощности и к данным на самом устройстве. В предельном случае мобильное устройство может иметь лишь L1-радиотракт без собственного движка захвата, слежения и позиционирования - и всё равно участвовать в A-GPS как "измеритель".

Дополнительный плюс серверной стороны: благодаря данным с вышек и опорной сети сервер лучше "знает" локальные ионосферные и прочие условия, влияющие на сигнал, чем одинокий приёмник, - а значит, может точнее посчитать позицию.

Тенденция

Не каждый A-GNSS-сервер вообще поддерживает режим MS-Assisted - это вычислительно затратно, а число терминалов, неспособных считать позицию самостоятельно, неуклонно сокращается. В частности, SUPL-сервер Google режим MSA не предоставляет. Иными словами, индустрия дрейфует в сторону MS-Based, где "умный" терминал сам делает расчёт, получив подсказки.

5. Данные ассистирования: что именно передаётся

Конкретный набор "assistance data" может включать:

  • Эфемериды - чтобы не качать подкадры 1-3 со спутника (главная экономия времени).
  • Альманах / список видимых спутников - реализации A-GPS опираются на ассистирующие данные, чтобы указать, какие спутники видны. Получив этот список, устройство ищет и захватывает сигналы именно нужных спутников, не тратя время на перебор всей группировки.
  • Грубая оценка координат (coarse location) - "затравка" для метода позиционирования. По ней определяется вероятный набор спутников, сигналы которых устройство может принять.
  • Опорное время - точное знание времени резко сужает зону поиска по доплеру и задержке.
  • Модель UTC, ионосферная модель, прочая вещательная информация - для коррекций и точности.
  • Несущие частоты, доплеровские поправки, информация о положении и часах спутников - в ряде реализаций сервер помогает "нацелить" приёмник по частоте, вплоть до подстройки локального опорного генератора.

Качество измерений ограничивают ошибки предсказанных эфемерид, нестабильность часов спутника и приёмника, ионосферные и тропосферные задержки, многолучёвость, шум приёмника и радиопомехи - A-GPS не отменяет этих факторов, но устраняет узкое место в виде медленной загрузки данных.

6. Архитектура: Control Plane против User Plane

Доставлять ассистирующие данные можно двумя принципиально разными путями. Это деление - одна из центральных тем во всей стандартизации позиционирования.

Control Plane (плоскость управления)

Данные доставляются поверх сигнальных протоколов конкретной сотовой системы - тех же каналов, что используются для управления соединением. Исторически это:

  • RRLP - для сетей GSM/GERAN;
  • RRC (уровень 3) - для сетей WCDMA/UTRAN;
  • IS-801 / TIA-801 - для сетей CDMA.

User Plane (плоскость пользователя)

Данные доставляются как обычный IP-трафик поверх пользовательских каналов передачи данных. Этот подход стандартизован Open Mobile Alliance (OMA) под названием SUPL (Secure User Plane Location). SUPL задумывался как альтернатива и одновременно дополнение к существующим стандартам, основанным на сигнализации в control plane.

Эти подходы - не конкуренты "насмерть": один из принципов проектирования SUPL состоял в том, чтобы не изобретать колесо, а переиспользовать уже существующие позиционирующие протоколы (RRLP/RRC/LPP) поверх IP.

7. Протоколы: RRLP, RRC, TIA-801, LPP, LPPe

Стандарты сотового позиционирования впервые появились в конце 1990-х. Краткая "генеалогия":

  • RRLP (Radio Resource LCS Protocol) - определён в 3GPP TS 44.031 (ранее 04.31). Изначально протокол для GSM/GERAN, позволяющий мобильной станции обмениваться позиционной информацией с серверным узлом (SMLC). Поддерживает и A-GPS, и E-OTD. Со временем стал де-факто стандартным протоколом для доставки GNSS-ассистирующих данных. Крупное обновление началось в 2007 году: Release 7 добавил поддержку assisted-Galileo, а Release 8 - остальные GNSS, включая GLONASS, модернизированный GPS, QZSS и различные SBAS.
  • RRC (Radio Resource Control) - определён в 3GPP TS 25.331. Протокол control plane для управления сигнализацией и передачей информации между мобильным телефоном и элементами управления радиосетью; поддерживает позиционирование UE в сетях UTRAN (WCDMA).
  • TIA-801 (IS-801) - определён в 3GPP2 (C.S0022). Позиционирующий протокол для сетей CDMA.
  • LPP (LTE Positioning Protocol) - определён 3GPP. Поддерживает позиционирование и связанные сервисы (включая передачу ассистирующих данных) для UE в сетях E-UTRAN (LTE). Если RRLP обслуживает GERAN, а RRC - UTRAN, то LPP обслуживает E-UTRAN. Важная черта: LPP в принципе прямо-совместим с другими типами доступа, чтобы не плодить новые протоколы под каждую будущую технологию. LPP-сообщения переносятся как "прозрачные" PDU через промежуточные сетевые интерфейсы. LPP также поддерживает решение OMA SUPL 2.0 и задумывался совместимым с протоколами-преемниками SUPL.
  • LPPe (LPP Extensions) - расширение LPP, определённое OMA. Обычно используется в связке с базовым LPP.

Важно понимать: control plane и user plane переиспользуют одни и те же позиционирующие протоколы. SUPL не заменяет RRLP/RRC/LPP, а переносит их поверх IP.

8. SUPL: User Plane во всех деталях

SUPL (Secure User Plane Location) - это разработанное OMA решение, которое приносит в user plane (прикладной домен поверх IP-сетей) те же возможности позиционирования, что RRLP/RRC/LPP дают в control plane. Работа над SUPL 1.0 началась в OMA в 2003 году. SUPL 1.0 был финализирован в 2007 году и включал поддержку каналов GSM, WCDMA и CDMA. Затем глобально развёртывались SUPL 2.0 и 3.0.

SUPL умеет задействовать не только A-GPS, но и другие методы позиционирования - AFLT, OTDOA, ECID.

Два базовых элемента архитектуры

  • SET (SUPL Enabled Terminal) - мобильное устройство (телефон, планшет, КПК, ПК или иное устройство), настроенное на работу с SUPL. Связь с сетью SUPL обеспечивает ПО SUPL Agent на устройстве.
  • SLP (SUPL Location Platform) - сервер/сетевой стек, который занимается аутентификацией пользователя, обработкой запросов местоположения, выдачей ассистирующих данных, загрузкой приложений, тарификацией и роумингом.

Сила SUPL - в использовании уже существующих позиционирующих протоколов, IP-соединений и каналов передачи данных.

Стек протоколов SUPL (Release 2)

  • Транспорт - TCP/IP, поверх него TLS (Transport Layer Security) для защиты.
  • ULP (User Plane Location Protocol) - служебный протокол SUPL, "конверт", который инкапсулирует позиционирующие протоколы (RRLP, RRC, LPP, TIA-801) как свои подпротоколы.

Кроме ULP, SUPL опирается на ряд вспомогательных протоколов:

  • MLP (Mobile Location Protocol) - обмен данными LBS между элементами вроде SLP и SUPL Agent;
  • RLP (Roaming Location Protocol) - между двумя SLP (например, между визитным V-SLP и домашним H-SLP), структурно следует MLP;
  • ULP - между SLP и SET.

Типовой ход SUPL-сессии (упрощённо)

На примере сессии, инициированной самим терминалом:

  1. SUPL Agent на SET получает от приложения запрос на определение позиции.
  2. SET отправляет сообщение ULP SUPL START домашнему серверу (H-SLC), передавая свои возможности (capabilities) и идентификатор местоположения (location identifier, по сути - привязку к соте).
  3. Сервер отвечает сообщением ULP SUPL RESPONSE.
  4. Затем H-SLP определяет метод позиционирования и обменивается несколькими последовательными сообщениями ULP SUPL POS, каждое из которых несёт внутри один из утверждённых позиционирующих протоколов (RRLP, RRC, TIA-801) - столько, сколько нужно для определения позиции. Сервер высылает пакет(ы) ассистирующих данных (Assistance Data может приходить более чем одним пакетом).
  5. По завершении расчёта сервер шлёт ULP SUPL END, после чего SET закрывает защищённое соединение.

Существует и сетевой сценарий инициации (network-initiated), где первым идёт ULP SUPL INIT - при этом для доставки SUPL INIT может задействоваться механизм OMA Push или MT SMS.

О SUPL-серверах на практике

В реальных продуктах SUPL - это IP-протокол, по которому модем быстро скачивает альманах и/или эфемериды и получает опорные координаты соты, чтобы ускорить TTFF. Существуют два типа SUPL-серверов: сервер Google и сервер оператора связи. Google-овский SUPL может работать как на зашифрованном, так и на незашифрованном TCP-порту; в ряде реализаций (например, у Cisco) используется именно зашифрованный порт со стандартным SUPL-сертификатом.

9. Историческая движущая сила: FCC и E911

Массовое внедрение A-GPS в телефоны не было "органическим" - его подтолкнул регулятор. Когда всё больше экстренных вызовов стало поступать с мобильных, диспетчерским центрам (PSAP) понадобилось точно знать, откуда звонят.

Хронология требований FCC

  • 1996 - FCC впервые принимает правила точности определения местоположения для беспроводного Enhanced 911 (E911) (First E911 Report and Order, CC Docket 94-102).
  • 2000 - операторы обязаны обеспечить Phase I: передавать в PSAP номер звонящего (ANI) и общую информацию о местоположении - в пределах соты или сектора соты.
  • 2001 - вводится более строгая Phase II: операторы должны давать конкретные координаты, причём требования различаются по типу решения:
    • для сетевых решений (network-based): не хуже 100-300 м (точные пороги исторически формулировались как ~125 м при 67% и ~300 м при 95%);
    • для абонентских (handset-based, к которым относится A-GPS): точнее - порядка 50 м при 67% и 150 м при 95%.

Требования жёсткого TTFF и чувствительности в рамках E911 как раз и сделали A-GPS особенно популярным: среди многих техник (сетевые TDOA, AOA, сопоставление сигнатур; абонентские A-GPS и E-OTD; гибриды) именно A-GPS и гибридные решения стали считаться наиболее перспективными, особенно для города и помещений. Шестимесячный тест FCC в 1999 году показал среднюю точность около 22 метров.

Последующая эволюция

Правила E911 серьёзно пересматривались в 2010 году, а в 2015-м FCC приняла новые требования, ориентированные на местоположение в помещениях: операторам предписывалось обеспечивать "dispatchable location" либо координаты x/y в пределах 50 метров, доставляемые в PSAP в течение 30 секунд, независимо от того, в помещении абонент или нет. При этом FCC исторически поддержала использование GPS и A-GPS для целей E911.

Важный поворот последних лет

A-GPS больше не является доминирующей технологией экстренного позиционирования. По данным отчётов о реальных вызовах 911, технология Device-Based Hybrid (DBH) - комбинация спутникового GPS и краудсорсинговых Wi-Fi-измерений - вытеснила A-GPS в роли основной и используется операторами примерно для 80% беспроводных вызовов 911. На стороне платформ это реализовано как Android Emergency Location Service (ELS) у Google и Hybridized Emergency Location (HELO) у Apple.

10. Предсказанные (extended) эфемериды и self-assisted GNSS

У "классического" A-GPS есть слабое место: он требует обращения к серверу. Если устройство не может выйти в сеть (нет покрытия, нет интернета) или делать это каждый день непрактично, выгода теряется. Ответом стали техники расширенных эфемерид (extended ephemeris), выходящие за рамки реального времени.

Идея: вместо того чтобы ждать фактические эфемериды со спутника, синтезировать их эквивалент заранее и предзагрузить. Такая прогнозная информация - "extended ephemeris" - это оценка будущих эфемерид спутника, которая может быть пригодна на срок до недели. Когда синтетическое ассистирование уже лежит на устройстве, старт ускоряется даже сильнее, чем при реальном A-GPS, потому что транзакция с сервером вообще не нужна.

Два класса решений

  • Сетевые (network-enabled). Устройство периодически скачивает прогноз с сервера предсказания. Дают более длинные и точные прогнозы - иногда до 10 дней или двух недель для всей группировки. Минус - нужна периодическая связь с сервером.
  • Полностью автономные (self-assisted GNSS). Устройство само генерирует синтетическое ассистирование из собственных наблюдений за спутниками, без поддержки сети. Орбита спутника предсказывается путём численного интегрирования дифференциального уравнения движения: за начальные значения берутся положение и скорость из последних принятых широковещательных эфемерид. Ограничения: предсказывать можно только для тех спутников, которые устройство реально "видело"; могут требоваться многократные близкие по времени наблюдения; доступность модели зависит от того, как часто используется приёмник, и обходится дороже по энергопотреблению. Автономные данные обычно пригодны до трёх суток, пока точность не деградирует слишком сильно.

Что говорят исследования

Научная литература показывает как возможности, так и пределы автономного прогноза. Прогнозирование орбит GPS и GLONASS изучалось как способ снизить TTFF потребительских приёмников без сетевой помощи; рассматривались периоды прогноза до 4 суток, и ключевым ограничением точности была названа стабильность часов спутника. Дальнейшие работы исследовали возможность "перекрывать" отсутствие широковещательных эфемерид на срок до 14 суток за счёт улучшенной модели сил, действующих на спутник.

Качество автономного прогноза сильно зависит от модели давления солнечного света (SRP): в одном из исследований для спутника GPS PRN 5 экстраполяция орбиты на 5 суток с постоянными параметрами SRP давала лишь 43% ошибок положения в пределах 10 м, тогда как эмпирическая модель SRP с параметрами, зависящими от угла между Солнцем и плоскостью орбиты, поднимала эту долю до 87%.

Любопытная деталь про геометрию GPS

В любой момент наземный приёмник видит лишь часть всей группировки - примерно 30% спутников GPS из данной географической точки, - а наземные трассы спутников GPS повторяются примерно раз в сутки. Это и помогает (можно опереться на суточную повторяемость), и мешает (24-часовая периодичность ослабляет наблюдаемость некоторых параметров) автономному прогнозу - поэтому алгоритмы намеренно выбирают интервалы выборки, отличные от 24 часов (например, 7- или 10-часовые).

Отдельно отмечу важную системную особенность самого GPS: в IS-GPS-200 определён "расширенный режим" (extended mode), в котором спутники сохраняют способность к измерению дальности (с пониженными характеристиками) не менее 14 суток после последней успешной загрузки данных с земли, причём ошибка сигнала в пространстве (SISRE) деградирует постепенно.

Исторически коммерческие решения с расширенными эфемеридами оставались строго проприетарными для каждого производителя чипсетов, который реализовал эту функцию.

11. A-GNSS за пределами GPS

Хотя термин "A-GPS" прижился, концепция давно распространилась на все GNSS - отсюда зонтичное A-GNSS:

  • A-GANSS - ассистированный Galileo;
  • A-BeiDou - ассистированный BeiDou;
  • ассистирование GLONASS, QZSS, а также различных систем функционального дополнения (SBAS).

Эта эволюция отражена в стандартах: как упоминалось, RRLP Release 7 (2007) добавил assisted-Galileo, а Release 8 - GLONASS, модернизированный GPS, QZSS и SBAS. LPP изначально проектировался расширяемым на все GNSS.

Стоит отметить нюанс регулирования: применительно к E911 в США FCC долгое время явно не одобряла использование не-американских спутниковых систем (GLONASS, Galileo) для целей экстренного позиционирования, оставляя это предметом будущих испытаний и отдельных разрешений, - даже когда сама поддержала GPS и A-GPS.

12. Ограничения, приватность и текущее положение дел

Зависимость от сети и стоимость

Классический A-GPS опирается прежде всего на наличие интернет-соединения или связи с провайдером (в случае телефона - с оператором сотовой связи и его услугой передачи данных). Для биллинга операторы нередко учитывают это как доступ к данным, что может стоить денег в зависимости от тарифа. Поэтому устройства с рабочим автономным GPS могут при необходимости откатываться к standalone-режиму - медленнее по TTFF, но без зависимости от сети и без платы за трафик.

Точность

A-GPS ускоряет старт и повышает чувствительность (помогает захватить слабые сигналы в городе и помещениях), но не устраняет фундаментальные источники ошибок: погрешности предсказанных эфемерид, нестабильность часов, ионосферные и тропосферные задержки, многолучёвость, шум и помехи. Знание локальных условий на стороне сервера (благодаря данным с вышек и опорной сети) может улучшить точность расчёта в режиме MS-Assisted.

Текущий ландшафт

Индустрия движется в нескольких направлениях одновременно:

  • от MS-Assisted к MS-Based (терминалы достаточно мощны, чтобы считать позицию сами; так, SUPL-сервер Google вообще не поддерживает MSA);
  • от чистого A-GPS к гибридным решениям (GNSS + Wi-Fi + сотовые сигналы), которые в экстренном позиционировании в США уже стали основными (DBH ~80% вызовов 911);
  • к более широкому использованию расширенных и автономных эфемерид, снижающих зависимость от живого соединения с сервером.

13. Сводка ключевых фактов

Параметр Значение
Скорость навигационного сообщения GPS (LNAV) 50 бит/с
Длина кадра 1500 бит, 5 подкадров x 10 слов x 30 бит
Длительность подкадра / кадра 6 с / 30 с
Полный мастер-кадр (25 кадров) 37 500 бит, ~12,5 мин
Где эфемериды подкадры 1-3 (повторяются каждые 30 с)
Где альманах подкадры 4-5 (полный набор за 12,5 мин)
Срок годности широковещательных эфемерид обычно 2-4 ч
Точность альманаха ~1-2 км (1-сигма)
Штатный интервал загрузки эфемерид (наземный сегмент) ~каждые 2 ч
Минимальное время скачивания эфемерид со спутника не быстрее ~18 с
Базовый стандарт сигнала ICD-GPS-200 / IS-GPS-200
Транспорт SUPL TCP/IP + TLS; "конверт" ULP
Элементы SUPL SET (терминал) и SLP (платформа)
Протоколы в "конверте" ULP RRLP, RRC, LPP, TIA-801
Control-plane протоколы по сетям RRLP (GSM), RRC (WCDMA), IS-801 (CDMA), LPP (LTE)
SUPL 1.0 финализирован 2007
Первые правила FCC E911 1996; Phase I - 2000, Phase II - 2001
Точность E911 для абонентских решений ~50 м (67%), ~150 м (95%)
Срок годности сетевых extended-эфемерид до ~10-14 дней
Срок годности автономных (self-assisted) эфемерид обычно до ~3 суток
Доля видимой группировки GPS из точки ~30%
Расширенный режим GPS (IS-GPS-200) не менее 14 суток после последней загрузки

14. Источники

Спецификации и стандарты

Обзорные и справочные материалы

Регуляторные документы

Научные работы и патенты