LuatOS GNSS定位调试步骤解析：一步步实现精准定位

精准的GNSS定位是众多物联网项目的基础。本文将对LuatOS GNSS定位调试的各个步骤进行深度解析，帮助开发者系统性地掌握调试流程，让您的项目能够快速、稳定地实现精准定位需求。

一、GPS 工作原理简介

1.1 GPS 技术的发展历程

全球定位系统（GPS）起初由美国国防部开发，用于提供精确的定位和导航信息。随着时间推移，它从军事应用扩展到商业和民间领域，实现了全天候、全球范围内的精确地理位置服务。

1.2 GPS 系统组成

GPS 系统主要由三个部分构成：太空中的卫星群、地面控制站和接收器。卫星负责发送信号，地面控制站监测卫星运行状态并进行数据修正，而接收器则用于接收信号并计算位置信息。

1.3 信号接收与定位计算

GPS 接收器通过与至少四颗卫星的信号进行交差定位，借助卫星轨道数据、时间戳和用户位置等信息，使用三角测量法计算出接收器的精确位置、速度和时间。

二、不同地球坐标系的区别

WGS-84：是国际标准，GPS 坐标（Google Earth 使用、或者 GPS 模块）

GCJ-02：中国坐标偏移标准，Google Map、高德、腾讯使用

BD-09：百度坐标偏移标准，Baidu Map 使用

具体解释：

WGS-84 坐标系 即地球坐标系，国际上通用的坐标系。 设备一般包含 GPS 芯片或者北斗芯片获取的经纬度为 WGS-84 地理坐标系。谷歌地图采用的是 WGS-84 地理坐标系（中国范围除外,谷歌中国地图采用的是 GCJ-02 地理坐标系）。

GCJ-02 坐标系 即火星坐标系，WGS-84 坐标系经加密后的坐标系。 出于国家安全考虑，国内所有导航电子地图必须使用国家测绘局制定的加密坐标系统，即将一个真实的经纬度坐标加密成一个不正确的经纬度坐标。

BD-09 坐标系 即百度坐标系，GCJ-02 坐标系经加密后的坐标系。搜狗坐标系、图吧坐标系等，估计也是在 GCJ-02 基础上加密而成的。

Air8000 使用国际标准 WGS-84 坐标系，所以开发者在国内常见地图定位时，会发现与实际情况有几十米的误差。这并非模块问题， 而是国内地图采用了非标坐标系所致。 国内常见地图如高德地图使用 GCJ-02 坐标系， 百度地图使用 BD-09 坐标系，故此开发者需要对模块输出的经纬度进行加偏处理，才能在国内的地图上实现精确定位。

坐标系纠偏的话参考：http://www.openluat.com/GPS-Offset.html

三、GNSS 报文格式

Air8000 的 GNSS 输出数据报文符合 NMEA-0183 标准格式。

NMEA（National Marine Electronics Association）是美国国家海洋电子协会制定的标准通信协议，旨在解决航海电子设备间的数据互通问题。其核心价值在于通过统一接口规范，实现不同厂商设备（如 GPS、雷达、声呐）的兼容性，提升系统集成效率。

3.1 通用 NMEA 语句类型

3.2 NMEA 语句格式

NMEA 语句格式:

" $ ”为语句起始标志；

“ , "为域分隔符；

“ * ”为校验和标识符，其后面的两位数为校验和，校验和等于$和*之间所有字符的按位异或。

NMEA-0183 协议采用 ASCII 码来传递 GPS 定位信息，我们称之为帧。

帧格式形如：$aaccc,ddd,ddd,…,ddd*hh(CR)(LF)

1、“$”：帧命令起始位

2、aaccc：地址域，前两位为识别符（aa），后三位为语句名（ccc）

3、ddd…ddd：数据

4、“*”：校验和前缀（也可以作为语句数据结束的标志）

5、hh：校验和（check sum），$ 与*之间所有字符 ASCII 码的校验和（各字节做异或运算，得到校验和后，再转换 16 进制格式的 ASCII 字符）

6、(CR)(LF)：帧结束，回车和换行符

核心语句和字段解析可参考下方扩展知识。

四、Air8000 无法定位情况分析

在使用模组的过程中总会有很多客户遇到无法定位的情况，现在此总结下一般遇到无法定位的情况。

4.1 在室内做 GNSS 定位

为什么开发板不能在室内使用 gps 定位？

为什么手机可以定位，模块无法定位呢？

这究竟是为什么呢？

很多开发者在测试 GPS 的时候，总是发觉无法定位，甚至无法搜星。经过技术支持的解答才明白，只有戒掉懒癌，去室外测试，才能有良好的效果。究其原因，还是 GPS 的原理所致。

以最简单的几何来说，两点确定一条线，三个点确定一个面；那么逆推一下，就是三个点确定一个位置（基站定位的原理）；四个点确定精确位置（含高程）：

导航卫星不断地向地球发射导航电文（卫星的速度、角速度、空间相对位置等信息）

GPS 芯片收到不同卫星的数据后，进行解算，就能得到当前接收器在地球的绝对位置了。根据三点定位的原理，同时使用 3 颗卫星，可以实现 2D FIX（不含高程）；只有同时使用 4 颗或以上的卫星，才能实现 3D FIX（含高程）。

不过凡事都有例外，如果开发者在飘窗进行测试，会搜到卫星，甚至超过 4 颗，但是仍然无法定位。这是为什么呢？这是因为 GPS 天线的“可视角”有限，而这片星域的卫星角度相距太近，间隔太小，无法精确解算，故此无法实现定位。

GPS 卫星运行在距地 36000KM 的轨道上，信号强度相当弱（GPS 卫星的功率有多大？）。GPS 的民用 C/A 码从卫星发出来的时候信号只有 27W 左右，达到地球的时候在-158.5dBW 以上。用对数形式表示可能不直观，换算成十进制等于将近 0.0000000000000001W，相当小。所以，只有室外开阔的、无遮挡、晴好的地方，才能搜到更多的卫星，SNR 值更高（阴天都会有影响哦），GPS 芯片才能更快、更好的实现定位。
而室内是没有 GPS 信号的，所以不论开发者如何调整代码、修正天线，都无法实现 GPS 定位。

不过，有的开发者肯定要反驳我：为什么我的手机在室内就能定位，而且特别准呢？

这个问题的答案很简单，手机使用的是多重定位，如果要单纯的测试手机的 GPS 定位，需要这样做：首先“三清”，仅打开 GPS，然后拔卡，飞行模式，再用专业软件如 GPS Test+ 试一试，你就明白啦~~

这种情况下，室内，手机也是无法定位的。

所以说，手机在室内之所以可以定位，实际上是它不仅使用了 GPS，还使用了很多其他的辅助定位技术，如 LBS（基站定位）、Wi-Fi（wifi 定位）、BLE（蓝牙）等

至此，开发者应该可以明白为什么手机可以定位，而开发板无法定位了。

PS：如果有手机同样的预算，开发板也能做到同样的“室内定位”效果

4.2 天线使用问题

1. 有源/无源天线混淆
有部分开发者经常遇到，自己去了户外，按理说应该在 35S 左右就能定位成功了啊，怎么自己一两分钟都没几颗星，等了 10 多 20 分钟依旧还是定位不成功，同步对比手机，发现差距不止一点点，此时应该先检查 GNSS 天线设计问题，看看自己是不是将有源天线插给了无源天线预留的底座，或者无源天线插给了有源天线预留的底座。

注意：Air8000 核心板的 GPS 天线是无源天线。

2. 天线设计问题
更多遇到的，不是户外定位不到，而是户外定位速度极其的慢的问题，常见于无源天线(因为无源天线对结构、PCB、走线要求都比较高)，如果自己设计没有注意下面几点，是很有可能定位不到/定位极其的慢的。

3. GPS 天线选型建议
在终端结构空间容许，能够统一保证 GPS 天线面朝上的安装使用状态；并且周边没有大的金属物件遮挡的情况下，建议使用 GPS 陶瓷天线，在空间容许的情况下尽量选择大尺寸的陶瓷天线。

在不能保证终端使用状态，且空间受限：比如手机，带定位功能的胸牌；建议使用 FPC 天线

在明确终端安装环境恶劣，并且对 GPS 性能有较高要求的；建议使用 GPS 有源天线

在不能保证安装使用状态，但是空间不受限制，也可以选择类似于 GSM 的外置棒状天线。

4. 对天线厂家的要求
1、VSWR：GPS 天线电压驻波比一般要求调到 1.5 左右.

2、Efficiency：效率一般要求在 40% 左右

3、Average Gain：平均增益要求在-0.5dB

4、OTA：一般天线厂大多不具备 GPS 天线 OTA 测试环境，天线调试好后可以以实际测试数据做标准来衡量；一般我们 GPS 实测时要求是：可用于定位卫星颗数大于 6 颗以上，最强的信号在 45 dB/Hz 左右，要有 3 颗卫星信号大于 40 dB/Hz。

4.3 星系切换问题

有很多遇到过，模组默认固件，只打开 GNSS 电源，35S 左右就能定位到了，但是切换成单北斗，就需要 2 分钟多甚至更长时间才能定位成功。

首先明确一点，大多数模组，均使用的单频(L1)GNSS 芯片，所以内部能搜到的北斗卫星，只有 B1C 或者 B1I，这两个频段的北斗卫星，由于北斗卫星为高轨卫星，在同一片区域内，卫星数可能不会很多，实测在笔者附近的广场上，单频(L1)GNSS 芯片，只能搜到这几颗北斗卫星。

所以，在明确自己是真正需要单北斗/单 GPS 或者其他星系前，尽量不要将模块切换为单星系状态，如果对单北斗需求非常明确，建议选择真正的单北斗芯片，杜绝后患，因为很多单北斗应用是需要进实验室过多项认证的，使用多星系 GNSS 芯片，有极大概率过不去单北斗的认证。

4.4 外部干扰源问题

此种情况不能说常见，但是确实客观存在，之前有部分就遇到了，在他们公司附近一直定位不到，但是放在自己小区前面广场上就能定位成功，查看地图得知，公司附近，有"中国军工"单位，不只是 GNSS 定位不到，偶尔自己的手机 5G/4G 信号也没有，此种情况定位不到的原因不言而喻了。

不过还有少量遇到的干扰源还是比较明显，例如只针对 GPS 频段发射的干扰源，此时切换为单北斗模式，即使是单频模组，在部分情况下，还是能够正常定位成功的。

以上四点是最为常见的四种无法定位的情况，如果你使用的 GNSS 模组排除了这四点，依旧无法定位，欢迎你来找我们，我们将会竭力为您排查您所遇到的问题。

五、Air8000 的 GNSS 测试环境

有部分需要测试 Air8000 内部 GNSS 的稳定性，但因为 Air8000 UART2(也就是 GPS 对应的串口)RX 不能直接和外部通讯，只能通过 cat.1 主控给它发指令控制，所以使用我们提供的测试工具，不能直接测试 100 次或者 1000 次冷热启动，需要使用 LUA 脚本控制模块对接 PC 端测试工具，如果只是想看看，CN 值、当前位置，那可以直接接 uart2 的 TX 出来对接 PC 端工具

5.1 软件环境

1. 烧录工具 Luatools；

2. 内核固件文件（底层 core 固件文件）：LuatOS-SoC_V2005_Air8000；此页面有新版本固件的话选用最新版本固件。

3. LuatOS 需要的脚本和资源文件：https://gitee.com/openLuat/LuatOS/tree/master/module/Air8000/demo/GPS

4. lib 脚本文件：使用 Luatools 烧录时，勾选 添加默认 lib 选项，使用默认 lib 脚本文件；

准备好软件环境之后，接下来查看如何烧录项目文件到 Air8000 开发板中，将本篇文章中演示使用的项目文件烧录到 Air8000 开发板中。

5. GNSS PC 端测试工具：- iNavTool-V4020

5.2 硬件环境

Air8000 核心板、GPS 天线、TTL 转 USB 工具

将设备组装好并连接 USB 数据线，将 TTL 转 USB 连接到 Air8000 的核心板的 uart2 上面。

需要注意的是需要将 TTL 转 USB 的 RX 与核心板的 UART2 RX 连接，TX 与和核心板的 UART2 TX 相连接(这是因为 gps 芯片串口与 cat 1 芯片的串口是交叉相连的，所以 TTL 转 USB 的串口只需和 cat 1 的串口 RX 接 RX，TX 接 TX，连接好后如下图所示：

5.3 测试现象

下载好的 GNSS PC 端测试工具为一个压缩包，需要解压后打开如图所示 EXE 文件。

打开测试工具后可以看见如下界面:

选择左上角的"打开串口"后，选择对应的端口号以及波特率即可，Air8000 的 gps 对应的波特率为 115200，其他的不用管，默认即可。打开端口后，等待片刻，即可看见模块定位成功输出的位置信息以及其他信息，左上角为 NMEA 原始数据，下面的均为从 NMEA 数据中解析出的各种信息(注：此处地图视图需要电脑链接网络才可找到对应经纬度的坐标)，如果没有输出经纬度，则证明 GNSS 未打开，需要检查脚本 GPS 电源是否打开，如果长时间没有定位成功，可以参考上一章“Air8000 无法定位情况分析”进行排查。

如果连接成功，则可以看到下面的现象：

此工具更多操作可见GNSS 调试工具使用方法详细介绍：https://docs.openluat.com/air8000/luatos/app/gnss/gnss_test/

六、NMEA 扩展知识

下面是常用的 NMEA 报文语句格式解析：

今天的内容就分享到这里了~