移動通訊設備的GPS定位設計

劉海蓉

摘 要：本文通過對Android 平臺的移動通訊設備的GPS 導航系統的研究，利用開放的Android 平臺Google Map定位技術實現更加精準的基于衛星定位智能手機的定位系統；并通過對GPS定位數據的分析就如何提高GPS定位的精確度上給出了相應的闡述。

關鍵詞：Android；GPS；Google Map

中圖分類號：TN244.8 文獻標識碼：A

1 Android 介紹

Android系統是依托Linux系統平臺開發的一種開放源代碼的操作系統，是由美國Google公司在2007年11月5日公布的移動通訊設備的系統平臺。被Google收購后則由Google公司和開放手機聯盟 （Open Handset Alliance）領導及開發，是一種主要支持移動通訊設備與平板的操作系統。

Android 系統（如圖1）內部架構如表1所示，Android系統架構主要分為：操作系統（Operation System） 、應用程序（Application）、中間部件（Middleware）三層。第一層操作系統（Operation System）的核心主要是Linux為基礎為Android系統提供基本的架構；第二層應用程序主要是由應用程序框架構成，它為 Android 所需的服務提供管理的平臺，是Android系統的重要部分；第三層運行層主要是由函數庫和Android運行時構成，圖像、媒體、開源瀏覽器引擎（SSL & webkit ）等函數的組成部分與Android 運行時共同服務于運行層；第四層為Android應用層，主要是為Android應用提供所需要的服務。

Dalvik是Google公司設計的一款用于Android平臺的java虛擬機。Dalvik虛擬機是Google等廠商合作開發的Android移動設備平臺的核心組成部分之一。它可以支持已轉換為 .dex格式的Java應用程序的運行。每一個Dalvik 應用作為一個獨立的Linux 進程執行，這使得進程在運行的時候就具有更大的穩定性。

Android 系統通過使用 Java 語言來實現軟件的開發， dalvik 虛擬機器為了實現在手機這種比較小型的平臺上使用，做了很多的改進和優化，例如通過處理器降低內存的占用率，提高處理器的使用效率，實現同時高效執行多個程序。

Android 為軟件額使用環境提供了大部分的標準java函式庫，這些函數庫在一定的程度上來說是加密的，需要通過 DalvikVM虛擬機才能辨識出程序的源碼。此外Android系統還提供了很多獨有的Android函式，便于使用者直接使用通話、定位等組件。

在Android系統中，Android 函數庫和dalvik虛擬機共同構成Android 運行時，也就是Android系統的中間件，它具有的特點是：

（1） Java程序需要通過DalvikVM虛擬機轉化成dex格式后才能被執行。

（2） 函式必須是在主函數中得到定義聲明的才能被執行。

（3） 當Android 應用程序無法在 Java Runtime運行時，原因就是函數的格式不正確或者就是沒有Android 提供的獨有函式來執行函數。

2 Android GPS定位技術

2.1 GPS系統

對于android平臺的移動通訊設備的GPS定位，主要使由GPS系統完成定位的。GPS系統主要由人造衛星、地面控制系統、接收端三個部分構成。人造衛星總共24顆，其中有三顆衛星是作為備用的，這些衛星都均勻的分布在6個以地球為中心的軌道上，每一個衛星都可以發送兩種不同頻率的無線電返回地球為地球上的接收端提供定位的信息；地面控制系統主要是由一個主控制站和四個監控追蹤站構成，地面控制系統主要就是監控衛星的運行健康狀況，把監測的數據發生的變化通過數據分析求出誤差并把矯正數據返回到發射至衛星上；接收端主要通過接受器定位天線的位置。

2.2 GPS定位技術

通過GPS實現定位首先需要解決的就是建立網絡連接，移動通訊設備首先通過連接網絡GPRS或是Wi-fi（一種個人電腦、手持設備等終端的無線方式互相連接的技術）之后通過SOCKET模塊（通常也稱作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一個通信鏈的句柄）與系統后臺服務器建立連接，通過手機移動通訊設備內置的GPS導航模塊搜尋來自衛星的定位信息，再通過GPS導航模塊解析分析在經度、緯度、方向等方面的定位數據和狀態信息等，然后把分析得到的信息數據上傳至后臺監控服務器進行處理，實現對用戶手機的定位與監控。

2.3 Android智能手機GPS導航原理

Android系統手機GPS定位主要是由GPS定位模塊完成，只要包括導航軟件、GSM通信模塊，GPS芯片只要的作用就是接受來自微星的定位坐標信號，通過不斷的接受新的數據，GPS模塊就能從中分析得到關于定位目標的方向、速度等信息。

要實現Android系統智能手機的GPS導航，以下的三個條件必不可少，下面來說一下三個模塊可以實現的功能。

（1）GPS模塊，只要就是通過GPS來完成對GPS衛星的搜索跟蹤和定位等信息數據采集工作，是定位的關鍵部分。

（2）地圖導航軟件：GPS模塊采集到的數據信息需要通過軟件才能實現可視化，這就需要地圖導航軟件來實現這部分工作。通過GPS模塊不斷的收集數據不斷的刷新電子地圖，所以所得到的的定位信息才能保證實時定位。

（3）GSM通信模塊，手機GPS定位模塊采集到GPS定位數據進行處理，并把分析得到的結果上傳到制定的網站。

2.4 GPS定位導航關鍵技術代碼

通過軟件可以實現對GPS定位導航關鍵技術代碼的訪問，下面是通過Create View語句方法列出的簡單的文本格式看到的內容。

Public void on Create View （）

{GpsView = new Gps View （this）；}

這個方法簡單地調用了GPS view對象的構造方法。與GPS view較為類似的表示：

Public class Gps View extends View

{My Locate ovedord；

Public Gps View （Loeate Me pCtx）

{super （pCtx）；

Ovedolord =pCtx；}

public void on Draw（Canvas canvs）

{Paintp = new Paint（）；

String Strlat=”Latitude：”+ over lord. Get Lat （）；

String StrLon=”longitude：”+ over lord. getL On （）；

Canvs. Draw Text （StrLat，32，32，p）；

Canvs. Draw Text （StrLon，32，44，p）；}}

通過上面的程序代碼GPS View就可以分析得到經緯度相關的測試數據，并把測試得到的數據通過on Draw（）才能在屏幕上顯示出來。on Draw方法是Activity類的一方面，同時Activity類也是GPS定位導航應用程序的核心，on Draw方法通過調用了超類的構造方法以達到Activity指針的中斷命令實現對函數庫的調用，從中分析相關的數據達到定位的目的。

3 移動通訊設備的GPS定位數據分析

Android智能手機的GPS定位系統的硬體與軟體之間的關系如圖2所示，在啟動軟體程序時便開始向GPS定位衛星發送定位信號，衛星也會將相關的定位數據返回到手機從而得到目前的位置信息。

3.1 異常數據判斷

GPS定位系統所得到的定位數據并不能保證他的準確性，可能在數據的傳輸過程中受到天氣等因素的影響使得數據的準確性降低，產生部分數據與正常情況下得到的數據不經相同，存在一定的偏差，即出現異常數據。對于異常數據需要不斷的分析，多點診斷才能降低誤差達到精確定位的目的。通常對于異常數據的分析主要使用的方法有統計方法、偏差方法和密度方法等。

Android智能手機的GPS定位通過時間序列法來實現誤差的分析是一種較為常用的方法，是一種根據時間排序的數據預測的方法。

文中采用序列方差是否超過3 （GPS定位分析數據允許變動的范圍）來判斷，測量值應該分布于實際值 附近，均值是實際值 的無偏估計，超過3 ± 范圍的測量值劃為異常值?？梢杂玫接嬎憔岛头讲睿?/p>

表示的是平均值， 表示的是方差，每次接收得到一個測量值 ，從 中得到新的均值和方差，假如出現的 的志不在正常的范圍之內那么就應該刪除再通過3 方法對數據進行在此的分析判斷，等把異常數據刪除之后就需要通過數據之間的關系分析以確保數據的完整，減小誤差。

3.2 定位數據分析

對于GPS定位的精確度而言，很大的程度取決于在GPS定位方式上的組合單點定位的GPS 衛星的數量和位置的分布，即反映衛星空間幾何分布對定位信號接收位置綜合影響的精度GDOP 值（即幾何精度因子，衡量一個定位系統精度的重要標準之一），如表2所示。所以，對GPS衛星數目的多少對于定位的影響就下面兩種情況進行性能評估。

從表2中可以看出，隨著地球的運動在一天中的大部分時間內高度角都是低于 20°，GPS 衛星大部分情況只有4顆或是少于4顆，在這種情況下GPS就無法正常工作，或者在這種情況下所得到的的GPS定位數據就會存在較大的誤差，不便于數據分析。

3.2.1 當觀測 GPS 衛星數較多時

如圖3接收機坐標值和觀測時間變化關系所示，在圖3中，觀測數據的定位時間間隔為 100 秒，定位分析如圖所示給出了相應的定位結果分析。

圖3-a，b，c 三圖反應的是GPS定位系統通過定位解算算法得到的接收機位置相關的信息在坐標系中的三維坐標分別在 X、Y、Z 方向上關于時間的變化關系。從圖中可以看出，無論從哪個方向看來接收機在測量時間上都相對集中。這說明當觀測 GPS 衛星數量較多時，接收機坐標值和觀測時間變化之間存在必然的聯系，說明GPS衛星的分布對于GPS定位的精度有重要的影響，在GPS衛星的可視角度能接受的GSP衛星信號較多時，GPS的定位精度相對來說就要高。接收機所能接受到的GPS衛星定位信號越多定位的精度也較高。

3.2.2在觀測GPS 衛星數量較少時

如圖4所示GPS接收機坐標位置差值，通過統計圖表可以看出，GPS定位信號接收機水平定位精度在 5m 左右，也就是在5m左右才能顯示較為準確的動態信息。

由計算結果可知，GPS 衛星的數目較多且 GDOP 較好時，GPS定位衛星就能夠較為準確的實現目標定位；當在GPS 衛星數目較少時，也就是說GPS信號被遮擋或是在傳輸的過程中被削弱，GPS衛星的定位就有可能出現較大的誤差，在這種情況下誤差數據就需要通過GPS衛星數據綜合分析才能減小誤差實現定位的精確性。

3.2.3 GPS定位數據缺失處理

如圖5、6所示，分別表示的是GPS經度、緯度數據出現缺失情況下的數據預測分析。途中的曲線表示的是測量的值，圓圈所標注的是在GPS定位系統無法預測的情況下通過分析得到預測值。從圖中的曲線可以看出，隨著時間的變化不同經度上的GPS定位數據也不同，當時間位于400單位時間段時，經度上的GPS數值最小。也就是在這個時間段內，GPS的定位誤差數據處于最小階段，這主要是受一天中的氣候影響，在上午時間段內空氣在陽光的照射下相對來說透明度比其他的時間段要高，空氣中的雜質也相對較少；但是到了晚上隨著地面氣溫的變化，大地是空氣的主要熱源，晚上地面的氣溫相對要高于空氣氣溫，這就易于產生逆溫現象，空氣中的水分等物質增加在一定程度上削弱了衛星發射的GPS定位信號，所以在1400時間段時，經度上的GPS定位信號處于最弱狀態。在緯度上大致的趨勢是隨著時間的變化，GPS數據的缺失值也在不斷的上升，如圖七所示。由于GPS定位數據信號在傳輸的過程中經過障礙物的削弱造成信號誤差的擴大不能實現準確的定位，通過網絡預測對定位數據的誤差值數據進行修正以減小誤差達到精確定位的目的。

圖7所示的為靜止情況下的GPS經緯度數據示意圖。從圖表中反映的數據可以看出，隨著時間的變化緯度數據也會漸漸的趨于穩定。在GPS工作的過程中，由于受到外界環境的影響使得數據具有不穩定性，為了能夠得到更加穩定的數據，建立網絡分析向導已解決數據誤差的分析問題。

GPS數據變動處理結果如圖8、9所示。要縮小GPS數據的不穩定性，經緯度數據經過處理后如圖中虛線所示。

目前能達到數據缺失彌補的方式有很多，但是GPS衛星定位需要的是實時動態信息，需要數據的處理分析在較短時間內完成，在現有的方法中，多半是根據歷史數據分析中得到實時數據，所以在GPS定位中常用的就是通過這種方式以實現較為準確的定位。

Android系統智能手機定位系統的開發要實現高精度的定位必須要有干凈無污染的觀測數據作為前提保障。通過GPS定位的處理分析，只要模型參數符合基本模型時，定位誤差顯著減小，精度得到了明顯提高?？偟膩碚f，仿真結果表明了GPS定位解算應用中的可行性，并且可以顯著地提高GPS定位的精度，縮小定位誤差。要實現高精度的智能手機GPS定位，就必須解決數據缺失處理這個難題，通過GPS定位衛星的數據分析實現數據的誤差彌補可以有效的解決這一難題，大大的提高GPS定位的精確度。

4 結論與展望

目前 Android 系統Android智能手機GPS定位技術在 Google 公司及其聯盟成員的共同努力下也日益成熟，GPS定位技術定位軟件也多樣化，自從GPS正式投入運行以來，其應用就隨著給人們帶來的便利在軍事和民用領域中得到廣泛推廣。但是我國的GPS定位技術就目前階段和國外的技術水平還有著較大的差距。研究和開發符合大眾需求的GPS智能手機的定位技術對于我國的科技的發展來說也具有重要的意義。

正是基于目前GPS定位技術在手機上的智能平臺Android系統上的廣泛使用，我們開始了對Android平臺的移動通訊設備上的GPS的研究，希望能為智能手機用戶提供一個更好的GPS定位服務。

文章通過在Android操作系統的智能手機上的研究實現了GPS的應用開發，利用GPS定位衛星實現定位的目的。 GPS系統具有全天候、全球覆蓋、高精度多功能等特點，因此 可廣泛應用于各種環境下定位。定位信息通過Google Map地圖實現動態的定位效果，更能直觀地將地理位置信息通過手機顯示出來，這是以后Android 平臺移動通訊設備GPS定位技術應用開發的重要發展方向。

參考文獻：

[1] 曾薪夷.基于Android平臺的GPS導航系統的設計與實現[J].計算機與現代化，2012（9）.

[2] 蔡立斌.基于Android智能移動設備GPS定位系統設計與實現[J].電腦知識與技術，2012（12）.

（本文審稿 尹淑玲）

圖7所示的為靜止情況下的GPS經緯度數據示意圖。從圖表中反映的數據可以看出，隨著時間的變化緯度數據也會漸漸的趨于穩定。在GPS工作的過程中，由于受到外界環境的影響使得數據具有不穩定性，為了能夠得到更加穩定的數據，建立網絡分析向導已解決數據誤差的分析問題。

GPS數據變動處理結果如圖8、9所示。要縮小GPS數據的不穩定性，經緯度數據經過處理后如圖中虛線所示。

目前能達到數據缺失彌補的方式有很多，但是GPS衛星定位需要的是實時動態信息，需要數據的處理分析在較短時間內完成，在現有的方法中，多半是根據歷史數據分析中得到實時數據，所以在GPS定位中常用的就是通過這種方式以實現較為準確的定位。

Android系統智能手機定位系統的開發要實現高精度的定位必須要有干凈無污染的觀測數據作為前提保障。通過GPS定位的處理分析，只要模型參數符合基本模型時，定位誤差顯著減小，精度得到了明顯提高?？偟膩碚f，仿真結果表明了GPS定位解算應用中的可行性，并且可以顯著地提高GPS定位的精度，縮小定位誤差。要實現高精度的智能手機GPS定位，就必須解決數據缺失處理這個難題，通過GPS定位衛星的數據分析實現數據的誤差彌補可以有效的解決這一難題，大大的提高GPS定位的精確度。

4 結論與展望

目前 Android 系統Android智能手機GPS定位技術在 Google 公司及其聯盟成員的共同努力下也日益成熟，GPS定位技術定位軟件也多樣化，自從GPS正式投入運行以來，其應用就隨著給人們帶來的便利在軍事和民用領域中得到廣泛推廣。但是我國的GPS定位技術就目前階段和國外的技術水平還有著較大的差距。研究和開發符合大眾需求的GPS智能手機的定位技術對于我國的科技的發展來說也具有重要的意義。

正是基于目前GPS定位技術在手機上的智能平臺Android系統上的廣泛使用，我們開始了對Android平臺的移動通訊設備上的GPS的研究，希望能為智能手機用戶提供一個更好的GPS定位服務。

文章通過在Android操作系統的智能手機上的研究實現了GPS的應用開發，利用GPS定位衛星實現定位的目的。 GPS系統具有全天候、全球覆蓋、高精度多功能等特點，因此 可廣泛應用于各種環境下定位。定位信息通過Google Map地圖實現動態的定位效果，更能直觀地將地理位置信息通過手機顯示出來，這是以后Android 平臺移動通訊設備GPS定位技術應用開發的重要發展方向。

參考文獻：

[1] 曾薪夷.基于Android平臺的GPS導航系統的設計與實現[J].計算機與現代化，2012（9）.

[2] 蔡立斌.基于Android智能移動設備GPS定位系統設計與實現[J].電腦知識與技術，2012（12）.

（本文審稿 尹淑玲）

圖7所示的為靜止情況下的GPS經緯度數據示意圖。從圖表中反映的數據可以看出，隨著時間的變化緯度數據也會漸漸的趨于穩定。在GPS工作的過程中，由于受到外界環境的影響使得數據具有不穩定性，為了能夠得到更加穩定的數據，建立網絡分析向導已解決數據誤差的分析問題。

GPS數據變動處理結果如圖8、9所示。要縮小GPS數據的不穩定性，經緯度數據經過處理后如圖中虛線所示。

目前能達到數據缺失彌補的方式有很多，但是GPS衛星定位需要的是實時動態信息，需要數據的處理分析在較短時間內完成，在現有的方法中，多半是根據歷史數據分析中得到實時數據，所以在GPS定位中常用的就是通過這種方式以實現較為準確的定位。

Android系統智能手機定位系統的開發要實現高精度的定位必須要有干凈無污染的觀測數據作為前提保障。通過GPS定位的處理分析，只要模型參數符合基本模型時，定位誤差顯著減小，精度得到了明顯提高?？偟膩碚f，仿真結果表明了GPS定位解算應用中的可行性，并且可以顯著地提高GPS定位的精度，縮小定位誤差。要實現高精度的智能手機GPS定位，就必須解決數據缺失處理這個難題，通過GPS定位衛星的數據分析實現數據的誤差彌補可以有效的解決這一難題，大大的提高GPS定位的精確度。

4 結論與展望

目前 Android 系統Android智能手機GPS定位技術在 Google 公司及其聯盟成員的共同努力下也日益成熟，GPS定位技術定位軟件也多樣化，自從GPS正式投入運行以來，其應用就隨著給人們帶來的便利在軍事和民用領域中得到廣泛推廣。但是我國的GPS定位技術就目前階段和國外的技術水平還有著較大的差距。研究和開發符合大眾需求的GPS智能手機的定位技術對于我國的科技的發展來說也具有重要的意義。

正是基于目前GPS定位技術在手機上的智能平臺Android系統上的廣泛使用，我們開始了對Android平臺的移動通訊設備上的GPS的研究，希望能為智能手機用戶提供一個更好的GPS定位服務。

文章通過在Android操作系統的智能手機上的研究實現了GPS的應用開發，利用GPS定位衛星實現定位的目的。 GPS系統具有全天候、全球覆蓋、高精度多功能等特點，因此 可廣泛應用于各種環境下定位。定位信息通過Google Map地圖實現動態的定位效果，更能直觀地將地理位置信息通過手機顯示出來，這是以后Android 平臺移動通訊設備GPS定位技術應用開發的重要發展方向。

參考文獻：

[1] 曾薪夷.基于Android平臺的GPS導航系統的設計與實現[J].計算機與現代化，2012（9）.

[2] 蔡立斌.基于Android智能移動設備GPS定位系統設計與實現[J].電腦知識與技術，2012（12）.

（本文審稿 尹淑玲）