Det finns flera saker som påverkar tiden att först fixa (TTFX) .

1. Skaffa almanack och efemeris. Dessa två saker skiljer sig tekniskt sett lite från varandra, men för våra ändamål behandlar vi dem som samma. De är platserna för satelliterna, och du behöver veta var de är för att kunna räkna ut din egen position. Varje satellit sänder hela partiet ungefär var 12: e minut. Så från en helt kall start med en enkanalsmottagare och en anständig signal kommer TTFX att vara minst 12 minuter. Du kan påskynda saker genom att:

   • Nedladdning från internet istället - i allmänhet ett bra val för telefoner. Nedladdning av almanack och efemreris på detta sätt kallas MSB Assisted GPS.
   • Att komma ihåg almanaken från förra gången (den är bra i många veckor) och bara ladda ner efemeren.
   • Att ha mer än en mottagningskanal i enheten så att du kan lyssna på mer än en satellit samtidigt. Sändningarna är förskjutna för att detta ska fungera, och med viss försiktighet kan du använda efemeren utan en almanack som sparar mycket tid. De allra flesta moduler på marknaden idag har flera kanaler, så det skulle vara sällsynt att hitta en som fortfarande behöver 12 minuter.

2. Identifiera satelliter. Du måste lyssna på minst tre satelliter, helst fler, för att få en bra fix, men varje mottagare (känd som korrelatorer) kan bara ställas in på en i taget. Om du vet ungefär var du är, vilken tid det är och redan har en almanack, kan du gissa vilka satelliter du kan se. Telefoner tenderar att veta ungefär var de är från att känna igen wifi- eller Bluetooth-signaler, att veta vilket celltorn de använder och andra källor. De får regelbundet mycket exakta tidsuppdateringar också, så de kan vanligtvis gå direkt till rätt satellit. Både telefoner och större moduler kommer också ihåg när och var de senast användes, och använder det för att börja från.

3. Antal korrelatorer. På grund av GPS-signalernas mycket låga signal-till-brus behöver du en speciell bit hårdvara för att ta emot dem. Vissa mottagare har bara en och behöver rotera runt satelliterna. Andra har mer och kan lyssna på mer på en gång. Så även om du redan har almanak / efemerer och vet ungefär var du är, kommer fler korrelatorer fortfarande att hjälpa dig att fixa snabbare. Du kanske tror att mer alltid är bättre, men mer ökar kostnaden och energiförbrukningen. Vissa telefoner och moduler har mer än andra.

4. Signal och antenner. Korrelatorerna kommer att göra sitt jobb snabbare om du har ett bra signal-brus som går in i dem. Mycket dåliga signaler kanske inte fungerar alls. En bra antenndesign, förstärkare, himmelvy och bra PCB-layout kan göra hela skillnaden. Vissa moduler kan fungera OK ur lådan och mycket bättre med en antenn inkopplad.

5. Antal användbara satelliter. Det finns faktiskt två stora konstellationer av satelliter där uppe, GPS (drivs av USA) och GLONASS (drivs av Ryssland). Det finns också fler under uppbyggnad: Galileo (EU) och BeiDou-2 (Kina) och vissa med lokal täckning som Indiens NAVIC eller BeiDou-1. En mottagare som kan arbeta med satelliter från mer än en konstellation har fler satelliter att välja mellan och kommer att få en snabbare och mer exakt fix.

6. Korrelatorernas kvalitet. Nya hårdvarudesigner är bättre än gamla och kommer att kunna plocka ut fragment av GPS-meddelandet i en bullrig signal bättre. Ett annat trick telefoner kan göra är att fånga fragment av signaler och skicka dem över internet till en server med en mycket bra mjukvarukorrelator, och komplettera almanack / efemera att undersöka. Detta kallas MSA Assisted GPS.

7. Vissa telefoner (och till och med några moduler) kan också använda några lite luriga knep för att undvika eller dölja en lång TTFX.Eftersom de är på hela tiden kan de slå på GPS kort utan att berätta för användaren för att hålla platsen och kortvariga ungefär uppdaterade.Andra kan visa en ny position medan de fortfarande väntar på en riktig fix - vilket ser ut som en bra TTFX för det mesta, men ser dåligt ut om det visar sig att positionen är mycket fel.

Punkt 1 ovan är det som gör mest skillnad, och är vanligtvis det viktigaste som skiljer sig mellan basmoduler, mer avancerade moduler och telefoner.De andra gör vanligtvis en mindre skillnad, men det kan faktiskt bli en mycket komplicerad sak.Om du vill läsa mer är "GPS-tid till första fix" den term du vill söka efter.

Mobiloperativsystemet laddar ner GPS-almanackdata (satellitflykt och statusinformation) över internet via mobilnätet och laddar det i GPS-modulen mycket snabbare än vad som krävs för att ladda ner det från GPS-satelliterna direkt på50 bps (ja, det är 50 bitar per sekund, GPS är ganska gammal teknik optimerad för drift vid mycket låg SNR), vilket påskyndar tiden för första fixningen.Detta kallas Assisted GPS.Det har sannolikt också en mycket exakt inledande tidsreferens från cellmodemet (celltornen är vanligtvis tidssynkroniserade via GPS) samt möjligen en grov platsuppskattning från cellmodemet.Allt detta kombinerat minskar drastiskt mängden sökning som mottagaren måste göra - den vet vilka satelliter den ska kunna se, så den letar bara efter dem och den behöver inte vänta tills satelliterna sänderhela meddelandet.

De andra svaren har redan förklarat "hur" och "varför", så allt som finns kvar för mig är "vad": det heter A-GPS (assisterad GPS, iblandkallas även accelererad eller förstärkt GPS).

Med andra ord: anledningen till att en telefons GPS fungerar snabbare än en "GPSs GPS" är att telefonen inte använder "GPS", den använder aGPS.

En del av svaret här är att mobiltelefonens GPS inte bara är GPS.Cell använder också annan information för geolokalisering, såsom triangulering av mobiltelefontorn och synligheten av wifi-nätverk.Till exempel har den icke-cellulära versionen av iPad Air inte egentlig GPS men vet fortfarande var du befinner dig i bebyggda områden med hjälp av dessa tekniker.

Ville bara lägga lite mer detaljer i vad som händer när de äldre mottagarna väntar på data. Med andra ord, varför är den almanaken (och den ihågkomna positionen) så användbar?

GPS-signalerna är mycket svaga. Med tanke på avståndet är signalen långt under bullergolvet när den når jorden. Du skulle aldrig upptäcka satelliten direkt om du bara tittade på en scansökning med rätt frekvens.

Hur mottagaren får information är att jämföra den inkommande signalen med ett specifikt mönster (via en FFT-korrelation). Om det korrekta mönstret används, så korrelerar korrelationen och data kan ses.

För att en enkel, gammal mottagare ska komma till den här punkten krävs två saker från enhetens korrelator: frekvensen för meddelandet från satelliten och meddelandets fas (raderar mönstren). Om något av dessa är felaktigt är korrelationen misslyckad och ingenting upptäcks. Satelliternas rörelser innebär att den mottagna signalen utsätts för relativt stora Doppler-skift.

Med en almanack på plats och en god uppfattning om den aktuella platsen och tiden kan mottagaren uppskatta de relativa rörelserna för satellit och mottagare för att ta bort större delen av Doppler-förskjutningen och komma något nära frekvensen. Det betyder att korrelatorn vanligtvis kan komma med en träff bara genom att prova olika faser för signalmönstret. Denna fas-rymdsökning kan göras på några sekunder.

Om almanaken saknas, eller om det inte finns någon uppskattning av aktuell plats och tid, måste systemet prova olika faser och olika frekvenser för att få data från varje satellit. Nu när vi måste söka i två olika dimensioner kan det ta några minuter för till och med ett flerkanalssystem att "hitta" tre satelliter med brute force.

Moderna chipset kan använda sig av ytterligare signaler och massor av parallella komparatorer för att påskynda sökningen, även utan att A-GPS är närvarande.Jag misstänker att chipset du får på en Arduino-sköld förmodligen är äldre / billigare och inte kommer att använda dessa nyare funktioner.

I USA krävde FCC mobiltelefonoperatörer att kunna identifiera en uppringares plats när de ringer räddningstjänster inom 300 meter inom 6 minuter från det första telefonsamtalet senast den 11 september 2012.

Detta fasades in gradvis under de föregående åren, och kravet har skärpts i både avstånd och tid till platsrapport under de senare åren.

Mobiltelefonföretagen kunde inte garantera detta i avlägsna områden där endast ett eller två mobiltorn var i kontakt med mobiltelefonen eller i stadsmiljöer där reflektioner och byggnadstäthet förhindrade plats även när telefonen hade flera torn den kunde motta. GPS-chips kunde inte tillhandahålla detta inom den tidsram som krävs med tillräckligt låg effekt för att mobiltelefonen fortfarande skulle vara kommersiellt livskraftig (vid den tidpunkt då kravet infördes. Chipsets är nu mycket mer effektiva och snabbare, delvis på grund av kravet att varje telefon innehåller en del eller hela GPS-chipset). GPS-chipsets var dessutom mycket dyra i förhållande till de andra telefonkomponenterna.

Så de skapade några olika konkurrerande system som alla faller under monikern "AGPS" för Assisted GPS.

Tekniken som går bakom dessa olika AGPS-system skiljer sig åt, ibland mycket.

De billigaste cellulära AGPS-systemen spelar in flera millisekunder av GPS RF-signalen, skickar den till AGPS-servern som sedan, med kännedom om telefonens ungefärliga plats, kan använda GPS-kodavsnittet för att bestämma en mycket mer exakt position. Dessa telefoner kan inte få GPS-koordinater utan en bra mobilanslutning.

Vissa har fullständiga GPS-chipsets, men låter telefonen förse dem med almanack och efemeris - två bitar av information som gör det möjligt för chipset att få en fix inom några sekunder - varefter den använder sina normala metoder för att producera positionsresultat. Med tiden kan dessa telefoner få position oberoende av deras nätverk.

De flesta GPS-kretsuppsättningar låter dig ladda information om efemerer och almanack i dem, så om din arduino-enhet har en internetanslutning och du har tillgång till en AGPS-server kan du påskynda din GPS-fix på liknande sätt.Men för de flesta projekt kan du helt enkelt lägga till ett litiummyntcellsbatteri på höger stift på GPS-mottagaren för att hålla den sista uppdateringen av almanack och efemeris, och eftersom förändringarna är små över korta tidsperioder påskyndar detta kraftigt den första fixen eftersomså länge enheten inte har flyttat tusentals mil och slås på med några dagars mellanrum.