经常使用运动手表的朋友们可能会知道，GPS轨迹感觉很“玄学”，有时轨迹形状跑出来的结果很好，有时就不尽如人意。那么影响GPS主要原因都有哪些呢？

GPS卫星定位基本方程组（4个卫星）如下：

　　说明：

　　(x,y,z)：是待定位GPS终端（UE）的WGS84三维坐标，是方程中的未知数。

　　δ：是待定位GPS终端（UE）的本地时钟与GPS卫星时钟的偏差，也是方程中的未知数。由于GPS终端的本地时钟的精度有限，它与GPS卫星时钟之间，难免会存在一定的偏差。

c：表示光速，是常数。

(xi,yi,zi)：表示第i颗卫星的WGS84三维坐标，可通过GPS卫星发射的导航电文计算得出，是方程中的已知数。

PRi：表示待定位GPS终端（UE）测量得到的第i颗卫星的伪距，是方程中的已知数。

伪距包含两部分内容：第一部分是待定位GPS终端（UE）离第i颗GPS卫星的直线距离；第二部分包含第i颗GPS卫星的伪距校正值。

　 伪距校正值包括相对论效应引起的距离校正值、GPS时钟偏差引起的距离校正值、电离层时延引起的距离校正值。

伪距减去伪距校正值，便可以获得待定位GPS终端（UE）离第i颗GPS卫星的直线距离。

　　c*ζi：表示第i颗GPS卫星的伪距校正值，这些参数可通过GPS卫星发射的导航电文、以及待定位GPS终端（UE）的初始位置计算得到。GPS终端的初始位置可以是普通GPS终端的上一次定位结果，或者在WCDMA中，UE可利用参考小区天线的位置作为初始位置。

　　有了上述四个GPS伪距方程，便可以求解4个未知数（x、y、z、以及δ）。如果待定位GPS终端能够测量到更多GPS卫星的伪距值，则方程的个数还可以增加。

　　卫星的发射功率并不大，信号到达地面时已经很弱。（这种信号强度相当于1.6万公里外一个25瓦的灯泡发出的光。再做个比喻，它比电视机天线所接收到的功率还要低10亿倍），那么，除开GPS本身信号就很弱的原因外，主要的因素又有哪些呢？

　天气

　　GPS信号需要穿过大气层才能到达里面，所以天气的影响是客观存在的，诸如云层、雨雪、磁场都会对GPS信号产生影响。晴朗的天气能带来更高的定位精度。

　建筑

　　建筑物不仅会对GPS信号造成遮挡（可用定位卫星减少），建筑物本身对GPS信号的反射、折射还会带来多径效应，对于GPS来说，这个误差才是真正致命的，可以达到几百米，甚至上公里。

轨迹比对：

　　1）开阔场景（圆点轨迹代表真值，黄色代表手表轨迹）：

　　2）高层社区：

人体

　　人体是几乎什么都要吸收的东西，当然也包括信号，当你与很多人一起跑步的时候，人体对于GPS信号的影响也是客观存在的

金属

　　金属对于信号的影响是最大的，金属不仅会吸收信号，也会对信号造成反射。手表的金属表带也是造成GPS轨迹很差的“罪魁祸首”。

金属表带结果

塑胶表带结果

　　GPS定位精度很容易受到客观环境的影响。对于手表用户来说，GPS最主要的影响原因是楼层遮挡（搜星数变少、多径效应），以及金属表带对GPS信号的吸收及反射。

　　双频五星定位介绍：

　　五星：指五大卫星导航系统：GPS（美国）、北斗（中国）、GLONASS（俄罗斯）、Galileo（欧洲）、QZSS（日本）

　　双频：GPS双频定位是指同时使用两个频段的GPS信号进行定位，来提高导航精度的技术。GPS有L1，L2和L5三个可供民用的频段，目前民用的GPS双频定位即支持L1频段和L5频段进行GPS定位。

　　五星对于定位的提升：可选择的卫星越多。

　　双频对于定位性能的提升：

　　1、L1的载频为1575.42MHz，而L5的载频为1176.45MHz，L5的波长更长，自由空间衰减更小，因此同样条件下信号达到地面的功率更高。同样条件下，L5信号比L1信号的功率高6dB也就是4倍左右。

　　2、L1C/A码的码长为1023chips，码元速率为1.023MHz；L5的码长为10230chips或周期为1ms，码元速率为10.23MHz。从单颗卫星测距误差的角度来看，L5的测距精度可达30米，而L1C/A仅为300米。多颗卫星同时用，很多卫星的照射范围取交集，L1的精度会远小于300米的，相应L5也会更准确一些。

　　城市环境中有很多高楼大厦，卫星信号经过这些建筑物的反射之后变得非常杂乱，与正确的直射信号交织在一起，这些信号是光速传播的，虽然建筑反射的延迟非常小，但因为GPS的原理是采用不同卫星信号间时差进行定位，延迟非常小的信号延迟，和光速做乘法后得到的距离误差也是很大的，因此建筑反射干扰是主要的误差来源之一。

　　L5信号码元速率提高到L1的十倍因此码片的长度变小了10倍，码率更高也意味着频谱密度也更加集中。虽然L5也会反射，不过反射之后的错误信号和正确的直射信号叠加形成新的频谱密度高峰的概率会比较低，这样使得计算引擎更容易找到直射卫星信号，更能对抗由由于建筑物反射带来的多径效应引起的频率选择性衰落，从而有效提高了定位的精度。

蓝色和紫色的反射信号难以影响绿色的直射信号

　　3、在导航电文的传输中，L5保持了与L1C/A码相同的子帧结构，但对其进行了1/2比率的前向纠错卷积编码（FEC），因此L5信号具有导航电文纠错能力，可提高在低功率环境下定位速度。

　　4、L5采用了纽曼-哈弗曼编码（Neuman-Hoffman码，N-H码），信号的自相关特性强。这种编码方式可以提高接收机抗窄带干扰能力，改善数据的位同步（从接收机找到数据比特的边缘）。

　　5、L5信号由两个幅度相等而相位正交的分量组成，一个分量载有卫星的导航电文(或叫做数据信号)，一个未载有数据称之谓无数据（或导频）信号。无数据通道没有180模糊性，从而改善了载波恢复能力，可实现瞬时载波模糊性解。

　　6、影响GPS定位精准度的主要因素除了建筑反射干扰还有电离层延时，卫星从数万里之遥的外太空把信号发送到地面，中间要穿过复杂的电离层，充满变数的大气层，难免有折射、有干扰。而且天气、太阳活动等都会对定位的结果产生影响，造成误差。如果只有L1信号，那手机接收到之后就当L1是直射过来的。而实际上L1可能已经在大气层发生了折射，而折射会导致一定的延时，大气层的延迟会导致很大的误差，目前很多科学家认定大气层误差占到所有误差60%的权重。

GPS信号电离层影响示意图

　　不同频率的信号通过相同介质的折射率不同。L5和L1频率不同，也就意味着卫星同时发射了两个频率的信号，手机接收到的时间不同，接收机就可以推算大气层误差，进而消除电离层误差，降低定位误差。

文章来源:花粉俱乐部