卫星定位是一台联网设备上唯一只听的射频。一个 GNSS 接收机听头顶卫星来的一束微弱信号，从这些信号的时序里算出自己在哪，从不往回发任何东西，所以它的成本是时间和功耗的事，而不是一条得一直开着的链路。

这种只收不发的本性，改变了一个设计师要问的问题。没有运营商要授权、没有网关要够到、也没有数据套餐要付，但有一场对微弱信号的搜寻，从冷态起能跑上几秒到几分钟，搜的整段时间都在耗电，到了屋顶下或高楼之间就垮掉。一台得知道自己在哪的设备，是拿电池和定位时间去买这份知道，而设计的其余部分，最后是围着这两笔成本转、多过围着接收机本身转。

一个只听的接收机

原理是时序，不是方向。每颗卫星广播自己的时钟和轨道位置，接收机量每束信号到达花了多久，那个时延就给出到那颗卫星的一段距离；有四段或更多这样的距离，它就解出自己的三维位置、同时校正自己的时钟。这一切里接收机什么都不发，这就是为什么一次定位和一条把这次定位报出去的路，是板上两件分开的活，常常是两颗分开的射频。

管着一个 GNSS 设计的那个数字是首次定位时间，它是该盯住的那个数，因为它驱动功耗故事，比跟踪电流更甚。从冷启动起，对时间、自己的粗略位置、头顶有哪些卫星一无所知，接收机得搜一大片频率和码、再以每秒五十比特直接从卫星下载历书和星历数据，这一串在晴空下能跑半分钟到几分钟、在信号被挡的地方还要久得多。一次温启动或热启动，接收机还存着近来的时间和卫星数据，把这压到几秒，这就是为什么一个频繁定位的设备让它的接收机待在一个有备份的低功耗态、而不是彻底关掉，拿一丝待机电流换一次快速重捕。麻烦在于，接收机在它搜寻和跟踪的整段时间里都抽着满额工作电流，几十毫安、直到拿到定位才松手，所以一个每小时冷醒一次的追踪器，花在找自己上的能量，远多于一个一直供电的设备每次定位所花。这正是为什么给联网资产加上位置跟踪首先是一个功耗问题，因为一次定位握住便宜、重捕昂贵，一个设计要么让接收机保温、付出待机电流的代价，要么接受一次漫长的冷搜、付出一个电池得吸收的电流尖峰。辅助 GNSS 绕开这其中大半，把卫星数据和一个粗略时间经设备已有的任何网络喂给接收机，于是它跳过那段慢广播下载、一两秒就定位；在一台蜂窝设备上，这份辅助搭着同一条链路免费来，而一台没有别的射频的设备，得自己扛整个冷启动。站得住的办法，是数清设备到底必须多频繁定位、判断它能不能在两次之间让接收机保温、再按那个占空比对照电池来读，而不是对照一份 datasheet 打头那个跟踪电流。给一个移动资产填补空隙的是航位推算，因为一个配了惯性传感器的接收机能把位置带过一条隧道或一个城市峡谷、那里天空丢了，代价是那颗多出来的料、和一直长到下一次真定位把它拉回来的漂移。

天线决定这一切到底有多少可能，比在那些会发射的射频上更甚，因为一颗两万公里高的卫星来的信号，到地面时已经弱得离谱。一根对天空视野开阔、常常自带一个低噪声放大器的好天线，定位快、也握得住位置；同一个接收机，搁在玻璃后、仪表台下、或挤在高楼之间，看到的是从表面弹回来的信号，那种把位置甩偏几米、或干脆让定位失败的多径。一台打算在那些地方工作的设备，要么把天线抬向天空、给它一个地平面，要么接受它的位置有时会错，而没有任何接收机的选择，能救一个把天线埋进金属外壳的设计。这些设计上常见的有源天线，在天线单元那儿就加一个小小的低噪声放大器，赶在线缆损耗累积之前把它补上，这帮到链路，却救不回一个已被外壳或摆位扔掉的信号。

精度和星座

如今的接收机听的不止 GPS，一颗同时跟踪好几个星座的料，美国的 GPS 旁边还有 GLONASS、Galileo 和北斗，能挑的卫星多得多，这买来一次更快的定位、在天空被部分遮挡处一个更紧的位置、以及在任何单一系统都会让视野里卫星太少的城市峡谷里一个能用的结果。多星座支持已经成了把最便宜那些料和其余分开的那条线，也是在一个联网资产真会去的难处里，比别的任何东西都更能改善一次定位的那个特性。哪里的天空被楼或树冠割开，这份增益就显出来，因为更多星座在任何一刻都把更多卫星抬到了遮挡之上。

u-blox NEO 系列阶梯

u-blox NEO 模块是很多设计的起点，一个在能力上往上爬、却守着同一个封装和软件接口的家族，于是一个产品能往上跨一级、不用重新布板或重写固件。在最底下，NEO-6M 做入门级 GPS 定位，一颗只跑 GPS 的料，便宜、文档透彻，对一个要户外位置、又不太较真定位用几秒、误差几米的项目够用。它在更新的料旁边显出年纪，如今主要是为对上一个已有设计、或在一个简单追踪器上够到最低成本才选。它只跟踪 GPS，在开阔处足够、天空被割时就薄，它的定位和重捕时间落后新料一截，一个不动的记录仪从不留意、一个移动的追踪器有时会。

一个设计通常往上爬到的那一级，是多星座的料。NEO-M8N 做多系统卫星定位，把 GPS 连同 GLONASS、Galileo 或北斗一起跟踪，在一个真产品所处的、被部分遮挡的天空下定位更快、位置更稳，而不是一份 datasheet 假设的那片开阔野地。它多年来是这个家族的主力，是一个设计想要可靠定位、和一大堆参考资料、又不想为最新硅片掏钱时的默认选择。它还带着这个家族著称的配置深度，让一个固件团队把更新率和功耗模式调到产品真实的占空比上，这在一个按节奏定位、定位之间睡觉的电池追踪器上要紧。

更新的一代把速度和稳健一起收紧。NEO-M9N 做更快更稳的定位，一次跟踪四个星座，在干扰和压制下、在那些击败旧料的难处里表现更好，这让它在一个得在现场快速定位并握住定位、而不是在一张干净台架上的产品上坐稳位子。它比 M8N 贵，凡是位置得头一次就被信任的地方，就把差价还回来。

在这条阶梯内部，这件事是成本对定位有多快、多有把握的一笔直白交换。

阶梯之外

两种需求把一个设计拉离标准阶梯，一种伸向高得多的精度、另几种伸向更低的成本或更少的板上功夫。它们坐在一个典型产品所需的边缘上，各自回答一个主流 NEO 料留着没答的问题，于是一个有这其中某种需求的设计，早早就知道。

要以厘米、而不是米来计的精度，ZED-F9P 做厘米级 RTK 定位，用来自一个就近基站或一张改正网络的实时动态改正数据，解出载波相位、把位置钉得比一次标准定位能够到的紧得多。它适合测绘、精准农业、无人机测图和机器引导，它带来对一条经 NTRIP 或一条无线链路的稳定改正流的依赖，外加只有那些活才偿得起的更高功耗和成本。一个设计去够它，是当米根本不够好、预算又扛得住那条改正链路和用它的接收机两样时。

板上空间和天线设计是那个卡脖子约束的地方，L80 把一个 GPS 模块连同一个集成天线装进一颗小料，把天线设计和匹配从团队手里抬走、几乎不用射频功夫就把一个能用的接收机落到一块拥挤的板子上。它拿可达到的最佳灵敏度，换一个已在模块上调好的贴片天线的便利，对一个没地方放单独天线和一个干净地平面的紧凑产品，这是一笔公道买卖。集成天线还修好了那个绊倒许多第一款 GNSS 设计的变量，因为一个由模块厂调好、摆好的贴片，行为可预料，而一根自己在局促板上铺的天线，常常不可预料。

单价说了算、又只需要区域星座的地方，ATGM336H 做低成本国产定位，带 GPS 和北斗，价格合一个面向国内市场、量大的产品，这就是为什么它出现在按量造、每一分都数着、它给的覆盖就是产品要的覆盖的追踪器和仪表里。它拿掉一些 u-blox 料的灵敏度和精致，换一个那些料不去追的价钱，而对一大批区域产品，这是对的那笔交换。

贯穿它们全部的规律是，接收机很少是难的那部分：天线、首次定位时间的预算、以及位置怎么报出去，才是一个定位设计成败所系。