有关GPS跑表卫星组合模式选择的建议（天际奔跑者）

尽管理论上单独的GPS信号已经可以为跑表提供足够的定位精度，但曾经的王者 SiRF STAR 芯片组功耗较大，与当今主流跑表厂商玩命堆砌功能的能耗需求相违背。无论SONY芯片组还是MTK，再或者 U-blox，支持多星座模式已经成为标配。本文主要探讨跑表领域常见的星座支持类型以及中国地区卫星组合模式的表现。

基本GNSS系统

GNSS即 Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统。因为定位芯片组的型号差异，各个厂牌GNSS制式不尽相同。通常而言跑表芯片组可能支持的GNSS系统有：

GPS —— 全球定位系统（Global Positioning System），由美国研发建立，是目前全球覆盖最佳，民用领域精度最好的GNSS系统。
Glonass —— 格洛纳斯系统（Globalnaya navigatsionnaya sputnikovaya sistema），由前苏联发射组网，如今由俄罗斯运营维护。相比GPS，GLONASS在高纬度地区的可见性和精度更理想。
Galileo —— 伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system），由欧盟研发和建立。但因为欧盟的各种内耗，实际上完整组网目标还未完成。相比GPS和Glonass，伽利略在欧洲有更好的定位精度表现。
北斗 —— 我国自主建立的GNSS系统，目前已经完成北斗三号的组网。理论上可以在我国范围提供最佳的可视卫星数量。
QZSS —— 准天顶卫星系统（Quasi-Zenith Satellite System），由日本研发建立的局部导航增强系统。由于和GPS系统高度兼容，事实上可以视之为GPS系统在亚太地区的加密子系统。主要增强范围为日本本土至澳大利亚中部的子午线方向8字型区域。
IRNSS —— 印度区域导航卫星系统（Indian Regional Navigation Satellite System)，也称NAVIC。三哥捣鼓的区域卫星导航系统，可以视之为北斗二号类似的形态。服务范围以印度本土为中心，兼顾印度洋和亚太地区。

跑表常见卫星组合

实事求是地讲，在跑表领域，采用双星座或者多星座本身是一种妥协。由于较新的芯片组因为功耗因素，对于GPS的接收能力以及消噪能力的下降，才需要额外的星座作为参考补充。问题是，两套或者多套不同的星座体系如何拟合出一个准确的位置，非常考验芯片组的能力以及设备厂商的算法。

GPS单模。顾名思义，仅通过GPS系统获得位置和轨迹。早期常见的 SiRF STAR 方案在GPS单模环境下具有非常好的定位表现。但正如前文所说，因为功耗问题，大部分厂商倾向于选择单模表现差一些，但功耗表现更好的SONY方案，所以现在你要买到单模的跑表其实不算容易。
GPS Glonass。最为常见的卫星组合方式，基本上各个厂牌都支持。但我个人认为，中国大陆只有北方需要考虑这个卫星组合模式。因为格洛纳斯的卫星角度较大，在南方地区的可见性不算理想。
GPS Galileo。亦是常见卫星组合方式，欧洲厂牌的跑表基本都带有这个组合的支持。由于组网完善度的问题，我个人认为现有主流GPS跑表如果采用这个组合，在中国大陆的表现不算理想。
GPS 北斗。目前逐步有厂商开始列装支持这套组合的产品，但是以实际表现来看，组合精度不太理想。具体是芯片组层面的问题还是固件性能的限制，还有待观察。总体上不建议现阶段使用这套组合。
GPS QZSS。尽管QZSS覆盖范围不大，但在我国东部地区，这套组合有着非常良好的表现。建议东北、华东、东南沿海地区的用户采用这套组合。
GPS IRNSS。理论上MTK的芯片组支持这套组合，但这套组合在跑表上的测试数据非常少见，在我国范围的表现如何暂时缺乏数据支持。
多星座组合。部分产品支持类似GPS GLONASS 北斗这种多制式组合的方案，不过同时跟踪多一种星座，功耗也会随之攀升。此外不同GNSS系统的投影系不一定一样，且通常而言参考GNSS星座的精度均低于GPS，如何通过算法协调计算结果，需要工程师们烧点脑细胞。

通过GNSS规划选择组合

设备通过GNSS定位的精度受到很多因素的影响，通常而言在需要使用设备时天空中可见的卫星数量和位置属于主要影响因素。同一个地点在不同时间段，天空GNSS卫星的数量和位置存在差异，这就是为什么有时候你会发现昨天跑的轨迹很凝聚，今天的轨迹却比较发飘。我们通过免费的 Trimble GNSS Planning 网站可以查看你所在位置的GNSS卫星星历规划。

现在假设今天（10月19日）你在上海市，打算在20:00~22:00在户外拉练两小时，我们用上述网站检查一下在对应时段，不同卫星组合的可见性。

首先在设置菜单中设定你的位置基本信息，这里以上海市为例：

经纬度：你可以设置你的经纬度位置，也可以在右侧的地图中选定一个位置点。经纬度用于确认你和卫星的空间位置关系。
高度：高度即海拔，决定你的位置点地平线高度或者你的观测范围。建议按照当地平均海拔填写。
截止高度角：截止高度角即你可以观测的卫星最低的高度角，在此高度角以下的卫星不可见或者不采信。在开阔区域，截止高度角可以取很小；在城区或者有山体掩蔽的区域，高度角就会变得很大。这里按照默认的15°角选取。
日期和开始时间：决定系统调用的计划时间位置。
时间间隔：网站支持的最小区间是6小时，只要能覆盖你训练的时段即可。
时区：国内填写UTC 8就可以了

选定之后，点应用。在网页顶部点选图表，在左侧选择卫星组合，即可看到你选定的位置在10月19日18:00~24:00之间对应卫星组合的可见卫星数量和时间的关系。

由于我们选定的截止高度角是15°，属于非常良好的GNSS信号接收环境，所以可见卫星数稳定在10颗以上。但卫星定位的误差不仅仅由可见卫星数决定，当卫星的位置比较集中时，定位精度并不理想。所以这里就涉及到一个精度因子DOP（Dilution of precision）的概念。理论上，你的设备用于定位的卫星彼此之间距离越大，DOP就越低，而精度也就越高。如果卫星分布比较集中，则DOP就越高，精度也就越低。

较差DOP（左）与较好DOP（右）

注意，如果从专业严谨的角度来说DOP并不是线性反映定位精度的指标。限于篇幅以及我们的应用场景，姑且简单粗暴地将DOP作为定位精度随时间波动的一个参考指标。

在网页图表中，我们也可以看到选定时段DOP的变化。

图表涉及到多种DOP参数的变化，平面定位通常只需要参考水平DOP（HDOP）即可，但对于跑表的动态记录场景而言，几何DOP（GDOP）可能更为直观。在这个图表中我们可以看到20:10~20:40这个时间段，几何DOP发生了明显的波动。这个波动就是因为卫星数量或者位置的变化，使得定位的精度发生波动。理论上，你在这个时间段的轨迹会有较大的摆动。通常DOP低于2比较好，但低于5同样可用。

但是，我们设定的是15°的截止角，实际上在市区跑步的时，这个截止角很难实现。极端情况下，比如我们在著名的GPS天坑——上海源深体育中心，截止角会剧烈抬升。

如上图所示，源深的钢架顶棚和看台会严重遮蔽卫星信号。在这种环境下，你的实际截止高度角可能已经上升至45°以上。我们看下当截止高度角调整为45°时可见卫星数量和DOP的变化。

从上述两图表可看出，卫星数量已经跌破可支持精确定位所需4颗卫星的最低指标，同时DOP值突破天际，大部分时间处于不可信状态。这解释了为什么几乎所有品牌的跑表在上海源深体育馆内的田径场，都无法记录正确的跑道轨迹。

总的来说，根据你所在的地域和选定的训练时段，合理设置基本参数的情况下，你可以使用这个工具对比不同卫星组合的信号质量。不过这只是一个理论值，代表不考虑设备优劣的情况下基本的GNSS信号环境质量。单纯从网页的计算来看，GPS 北斗可以提供最高的卫星数量和最低的DOP。但是因为市场上现有的产品或者芯片组，对于GPS 北斗混合定位的支持和算法精度还没到火候，所以在在跑表上的表现并不出挑，甚至不如其他组合。所以我们还需要其他方法来参考。

基于厂家调试选择组合

上文有讲到，双星座组合定位考验设备的软硬件性能，厂家的调试侧重就是软件的部分。以佳明为例，最近五六年的跑表，主要基于MTK和SONY两种定位芯片组。佳明对于两种芯片组的调试存在差异：

MTK芯片组。佳明2012~2018年发布的跑表，以645/735/935为典型，采用的定位芯片组为MTK的MT3333。佳明对于MTK芯片组的固件改善精力主要投注在GPS Galileo组合。
SONY芯片组。佳明2019年至今发布的跑表，包括245/745/945，均为SONY芯片组。佳明对于SONY芯片组的调教主要集中在 GPS Glonass 组合。

上述两组芯片组的侧重差异，可以在佳明英文论坛找到信息。如果你的佳明跑表轨迹表现不佳，你可以尝试使用上述卫星组合，看看是否有改善。对于其他厂牌的用户，建议直接写邮件咨询厂家。厂家基于你的设备型号和所在区域，通常可以给出靠谱的建议。这里建议直接写往本部或者境外客服，我接触国内的几家厂牌的总代或者分公司，能给出满意答复的寥寥无几。

基于经验选择组合

经验部分主要依靠社区的反馈。需要你和同地区的跑友交流沟通，或者在社交媒体上讨论。这里我谈两个经验组合。

第一个是 GPS 北斗的组合。尽管通过工具拟合，这个组合具有最佳的理论精度，但实际表现跟理论有些偏差。曾有一位湖北的朋友，使用高驰PACE2，选择这套组合进行训练，其距离数据甚至不如手机的记录。随后我建议他调整为 GPS GLONASS，实测结果比较符合实际。这就是我为什么不建议现阶段在跑表上选择 GPS 北斗组合模式。

第二个是 GPS QZSS 的组合。在上海地区用工具拟合下来可见卫星数在8~11颗，DOP在2~5之间波动，相比 GLONASS 或者 Galileo，数据上并不出挑。但是 Polar 的跑表如果采用这套组合，实际轨迹表现比另两个组合要好很多。我个人猜测可能 QZSS 和 GPS 的高度兼容，使得芯片组在处理两个星座体系时，参数误差较小。

局部结论

由于地域、设备、信号环境的巨大差异，我无法给出一个普适性的组合选择建议。不过基于工具、厂家信息、用户反馈，我们暂时可以得出一些局部的结论作为选择的参考：

尽可能选择开阔的、净空良好的场地进行户外拉练。开阔环境可以获得最大的可视卫星数量和相对较低的DOP，确保跑表轨迹记录的准确。
在GNSS信号环境良好的区域，单模GPS的精度已经可以满足跑步训练的需求，不必非要使用双星座或者多星座定位。
穿越楼群、树林、山谷，均意味着实时截止高度角的升高，会造成可视卫星数量的下降以及DOP的上升，导致轨迹打摆子。
厂家标称支持的卫星组合，实际上不见得能达到软件测算的最佳精度。
建议东部及沿海地区的用户考虑 GPS QZSS 组合，北方用户考虑 GPS GLONASS。中西部地区的用户可参考GNSS规划，选择 GLONASS 或者 Galileo。
如果你经常在市区或者林道跑步，且高度介意距离和配速精度，那么还是请考虑增配 Stryd 功率计。无论哪种星座组合或者全星座，均不能像步频器一样解决恶劣GNSS环境下测距和测速的精度问题

本文的局限性