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GPS大全
目录
1.什么是GPS
2.GPS入门术语大全
3.Gps应用基础知识
4.GPS核心芯片介绍,选GPS还要看芯片!
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5.GPS的热启动冷启动和温启动
6.购买GPS时要知道的性能指标
7.关于GPS“三代芯片”
8. GPS的种类介绍,让我们了解GPS。
9.目前常用的GPS定位导航软件简介
10.新手必读GPS购买和应用问题汇总
11.GPS系统的特点——七点总结!
12.导致GPS定位误差的各种因素
13.GPS如何定位
14.GPS使用指北析解
15.GPS常见问题指南
一、什么是GPS
全球定位系统(GPS)是本世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,是美国独霸全球战略的重要组成。
经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年3月,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
全球定位系统由三部分构成:
(1)地面控制部分,由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下,向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成;
(2)空间部分,由24颗卫星组成,分布在6个道平面上;(3)用户装置部分,主要由GPS接收机和卫星天线组成。
全球定位系统的主要特点:
(1)全天候;
(2)全球覆盖;(3)三维定速定时高精度;(4)快速省时高效率:
(5)应用广泛多功能。
全球定位系统的主要用途:
(1)陆地应用,主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等;
(2)海洋应用,包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等;(3)航空航天应用,包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。
GPS卫星接收机种类很多,根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型;根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。
经过20余年的实践证明,GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。
GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。
GPS原理
24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上,以12小时的周期环绕地球运行,使得在任意时刻,在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。
由于卫星的位置精确可知,在GPS观测中,我们可得到卫星到接收机的距离,利用三维坐标中的距离公式,利用3颗卫星,就可以组成3个方程式,解出观测点的位置(X,Y,Z)。
考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差,实际上有4个未知数,X、Y、Z和钟差,因而需要引入第4颗卫星,形成4个方程式进行求解,从而得到观测点的经纬度和高程。
事实上,接收机往往可以锁住4颗以上的卫星,这时,接收机可按卫星的星座分布分成若干组,每组4颗,然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位,从而提高精度。
由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差,大气对流层、电离层对信号的影响,以及人为的SA保护政策,使得民用GPS的定位精度只有100米。
为提高定位精度,普遍采用差分GPS(DGPS)技术,建立基准站(差分台)进行GPS观测,利用已知的基准站精确坐标,与观测值进行比较,从而得出一修正数,并对外发布。
接收机收到该修正数后,与自身的观测值进行比较,消去大部分误差,得到一个比较准确的位置。
实验表明,利用差分GPS,定位精度可提高到5米。
GPS前景
由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点,作为先进的测量手段和新的生产力,已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。
随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展,美国政府宣布2000年至2006期间,在保证美国国家安全不受威胁的前提下,取消SA政策,GPS民用信号精度在全球范围内得到改善,利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到20米,这将进一步推动GPS技术的应用,提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量,刺激GPS市场的增长。
据有关专家预测,在美国,单单是汽车GPS导航系统,2000年后的市场将达到30亿美元,而在我国,汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。
可见,GPS技术市场的应用前景非常可观。
二、GPS入门术语大全
1.坐标(coordinate)
有2维、3维两种坐标表示,当GPS能够收到4颗及以上卫星的信号时,它能计算出本地的3微坐标:
经度、纬度、高度,若只能收到3颗卫星的信号,它只能计算出2维坐标:
精度和纬度,这时它可能还会显示高度数据,但这数据是无效的。
大部分GPS不仅能以经/纬度(Lat/Long)的方式,显示坐标,而且还可以用UTM(UniversalTransverseMercator)等坐标系统显示坐标但我们一般还是使用LAT/LONG系统,这主要是由你所使用的地图的坐标系统决定的。
坐标的精度在SelectiveAvailability(美国防部为减小GPS精确度而实施的一种措施)打开时,GPS的水平精度在100-50米之间,视接受到卫星信号的多少和强弱而定,若根据GPS的指示,说你已经到达,那么四周看看,应该在大约一个足球场大小的面积内发现你的目标的。
在SA关闭时,精度能达到15米左右。
高度的精确性由于系统结构的原因,更差些。
经纬度的显示方式一般都可以根据自己的爱好选择,一般有\"hddd.支持168论坛d\",\"hddd*mm.mmm\"\",\"hddd*mm\"ss.s\"\"\"(其中的“*”代表“度”,以下同)地球子午线长是39940.67公里,纬度改变一度合110.94公里,一分合1.849公里,一秒合30.8米,赤道圈是40075.36公里,北京地区纬在北纬40度左右,纬度圈长为40075*sin(90-40),此地经度一度合276公里,一分合1.42公里一秒合23.69米,你可以选定某个显示方式,并把各位数字改变一对应地面移动多少米记住,这样能在经纬度和实际里程间建立个大概的对应。
大部分GPS都有计算两点距离的功能,可给出两个坐标间的精确距离。
高度的显示会有英制和公制两种方式,进GPS的SETUP页面,设置成公制,这样在其他象速度、距离等的显示也都会成公制的了。
2.路标(LandmarkorWaypoint)
GPS内存中保存的一个点的坐标值。
在有GPS信号时,按一下\"MARK\"键,就会把当前点记成一个路标,它有个默认的一般是象\"LMK04\"之类的名字,你可以修改成一个易认的名字(字母用上下箭头输入),还可以给它选定一个图标。
路标是GPS数据核心,它是构成“路线”(见3)的基础。
标记路标是GPS主要功能之一,但是你也可以从地图上读出一个地点的坐标,手工或通过计算机接口输入GPS,成为一个路标。
一个路标可以将来用于GOTO功能(见5)的目标,也可以选进一条路线Route,见3.)作为一个支点。
一般GPS能记录500个或以上的路标。
3.路线(ROUTE)
路线是GPS内存中存储的一组数据,包括一个起点和一个终点的坐标,还可以包括若干中间点的坐标,每两个坐标点之间的线段叫一条\"腿\"(leg)。
常见GPS能存储20条线路,每条线路30条\"腿\"。
各坐标点可以从现有路标中选择,或是手工/计算机输入数值,输入的路点同时做为一个路标(Waypoint/Landmark)保存。
实际上一条路线的所有点都是对某个路标的引用,比如你在路标菜单下改变一个路标的名字或坐标,如果某条路线使用了它,你会发现这条线路也发生了同样的变化。
可以有一条路线是\"活跃\"(Activity)的。
“活跃”路线的路点是导向(见5)功能的目标。
4.前进方向(Heading)
GPS没有指北针的功能,静止不动时它是不知道方向的。
但是一旦动了起来,它就能知道自己的运动方向。
GPS每隔一秒更新一次当前地点信息,每一点的坐标和上一点的坐标一比较,就可以知道前进的方向,请注意这并不是GPS头指的方向,它老人家是不知道自己的脑袋和运动路线是成多少度角的。
不同GPS关于前进方向的算法是不同的,基本上是最近若干秒的前进方向,所以除非你已经走了一段并仍然在走直线,否则前进方向是不准确的,尤其是在拐弯的时候你会看到数值在变个不停。
方向的是以多少度显示的,这个度数是手表表盘朝上,12点指向北方,顺时针转的角度。
有很多GPS还可以用指向罗盘和标尺的方式来显示这个角度。
一般同时还显示前进平均速度,也是根据最近一段的位移和时间计算的。
5.导向(Bearing)
导向功能在以下条件下起作用:
1.)以设定\"走向\"(GOTO)目标。
\"走向\"目标的设定可以按\"GOTO\"键,然后从列表中选择一个路标。
以后\"导向\"功能将导向此路标。
2.)目前有活跃路线(Activityroute)。
活跃路线一般在设置->路线菜单下设定。
如果目前有活动路线,那么\"导向\"的点是路线中第一个路点,每到达一个路点后,自动指到下一个路点。
在\"导向\"页面上部都会标有当前导向路点名称(\"ROUTE\"里的点也是有名称的)。
它是根据当前位置,计算出导向目标对你的方向角,以与\"前进方向\"相同的角度值显示。
同时显示离目标的距离等信息。
读出导向方向,按此方向前进即可走到目的地。
有些GPS把前进方向和导向功能结合起来,只要用GPS的头指向前进方向,就会有一个指针箭头指向前进方向和目标方向的偏角,跟着这个箭头就能找到目标。
6.日出日落时间(Sunset/raisetime)
大多数GPS能够显示当地的日出、日落时间,这在计划出发/宿营时间时是有用的。
这个时间是GPS根据当地经度和日期计算得到的,是指平原地区的日出、日落时间,在山区因为有山脊遮挡,日照时间根据情况要早晚各少半个小时以上。
GPS的时间是从卫星信号得到的格林尼制时间,在设置(setup)菜单里可以设置本地的时间偏移,对中国来说,应设+8小时,此值只与时间的显示有关。
7.足迹线(Plottrail)
GPS每秒更新一次坐标信息,所以可以记载自己的运动轨迹。
一般GPS能记录1024个以上足迹点,在一个专用页面上,以可调比例尺显示移动轨迹。
足迹点的采样有自动和定时两种方式自动采样由GPS自动决定足迹点的采样方式,一般是只记录方向转折点,长距离直线行走时不记点;定时采样可以规定采样时间间隔,比如30秒、一分钟、5分钟或其他时间,每隔这么长时间记一个足迹点。
在足迹线页面上可以清楚地看到自己足迹的水平投影。
你可以开始记录、停止记录、设置方式或清空足迹线。
“足迹”线上的点都没有名字,不能单独引用,查看其坐标,主要用来画路线图(计算机下载路线?
)和“回溯”功能。
很多GPS有一种叫做“回溯”(Traceback)的功能,使用此功能时,它会把足迹线转化为一条“路线”(ROUTE),路点的选择是由GPS内部程序完成的一般是选用足迹线上大的转折点。
同时,把此路线激活为活动路线,用户即可按导向功能原路返回。
要注意的是回溯功能一般会把回溯路线放进某一默认路线(比如route0)中,看你GPS的说明书,使用前要先检查此线路是否已有数据,若有,要先用拷贝功能复制到另一条空线路中去,以免覆盖。
回溯路线上的各路点用系统默认的临时名字如\"T001\"之类,有的GPS定第二条回溯路线时会重用这些名字,这时即使你已经把旧的路线做了拷贝,由于路点引用的名字被重用了,所以路线也会改变,不是原来那条回溯路线了。
请查看你GPS的使用说明书,并试用以明确你的情况。
有必要的话,对于需要长期保存的TraceBack路线,要拷贝到空闲路线,并重命名所有路点名字。
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三、Gps应用基础知识1
1.GPS系统组成
GPSgloabalPositioningSystem,这玩意是美国人搞的。
主要分三大块,地面的控制站、天上飞的卫星、咱们手里拿的接收机。
先说说设备,当然大个的都是老美给咱准备好的,地上,有一个主控制站,当然在老美的本土了,在科罗拉多。
三个地面天线,五个监测站,分布在全球。
主要是收集数据,计算导航信息,诊断系统状态,调度卫星这些杂事。
天上,有27颗卫星,距离地面20200公里。
27颗卫星有24颗运行,3颗备用。
这些卫星已经更新了三代五种型号。
卫星发射两种信号:
L1和L2。
L1:
1575.42MHZ,L2:
1227.60MHZ。
卫星上的时钟采用铯原子钟或铷原子钟,计划未来用氢原子钟,比我的手表准。
手里,就是接收机了。
大大小小,千姿百态,有袖珍式、背负式、车载、船载、机载什么的。
一般常见的手持机接收L1信号,还有双频的接收机,做精密定位用的。
2.关于GPS接收机
GPS现在一般都是12通道的,可以同时接收12颗卫星。
早期的型号,比如GARMIN45C就是8通道。
GPS接收机收到3颗卫星的信号可以输出2D(就是2维)数据,只有经纬度,没有高度,如果收到4颗以上的卫星,就输出3D数据,可以提供海拔高度。
但是因为地球自己的问题,不是太标准的圆,所以高度数据有一些误差。
现在有些GPS接收机内置了气压表,比如etrex的SUMMIT和VISTA,这些机器根据两个渠道得到的高度数据综合出最终的海拔高度,应该比较准确了。
GPS接收机的第一次开机,或者开机距离里上次关机地点超过800KM以上,因为接收机里存储的星历都对不上了,所以要在接收机上重新定位。
GPS接收机的使用要在开阔的可见天空下,所以,屋里就不能用了。
手持GPS的精度一般是误差在10米左右,就是说一条路能看出走左边还是右边。
精度主要依赖于卫星的信号接收,和可接收信号的卫星在天空的分布情况,如果几颗卫星分布的比较分散,GPS接收机提供的定位精度就会比较高。
3.定位精度
谈到定位精度,就得说说SA和AS.
什么是SA,AS呢?
别急,这还得从头说起,要不然你也不好明白。
GPS的信号有两种C/A码,P码。
C/A码的误差是29.3m到2.93米。
一般的接收机利用C/A码计算定位。
美国在90代中期为了自身的安全考虑,在信号上加入了SA(SelectiveAvailability),令接收机的误差增大,到100米左右。
在2000年5月2日,SA取消,所以,咱们现在的GPS精度应该能在20米以内。
P码的误差为2.93米到0.293米是C/A码的十分之一。
但是P码只能美国军方使用,AS(Anti-Spoofing),是在P码上加上的干扰信号。
总之,老美也是挺累的。
发了一大堆卫星用于军用定位。
然后觉得不值,想赚点钱,于是开发信号给民用,精度还不能太高,可精度低了大家又骂娘。
因为GPS掌握在老美的手中,虽说免费使用,可是其他国家用着也不踏实,前两天打阿富汉是,美国就把该地区的GPS信号做了处理,定位精度变低。
俄罗斯有自己的卫星定位系统,全球导航卫星系统(GLObalNAvigationSatelliteSystem)。
欧洲也要发展自己的定位系统NAVSAT。
中国也有自己的卫星定位,叫北斗,是双星系统,只能定位自己国家和附近的地区,而且目前只用于军方。
GPS应用知识2
今天讲的东西比较枯燥,但是有用啊,可以拿去和别人神侃。
1.GPS的设置
GPS拿到手,如果是新机器要定位,上次已经提到了。
另外,还有一些设置,常用的有坐标系、地图基准、参考方位、公制/英制、数据接口格式什么的。
坐标系:
常用的是LAT/LON和UTM。
LAT/LON就是经纬度表示,UTM在这里就不管他了。
地图基准:
一般用WGS84。
参考方位:
就是北在哪里。
北在哪里呢?
实际上有两个北,磁北和真北呀(简称CB和ZBY)。
指南针指的北就是磁北,北斗星指的北就是真北。
两者在不同地区相差的角度不一样的,地图上的北是真北。
公制/英制:
自己选吧,我用公制。
数据接口格式:
这得细谈谈。
GPS可以输出实时定位数据让其他的设备使用,这就牵扯到了数据交换协议。
几乎现在所有的GPS接收机都遵循美国国家海洋电子协会(NationalMarineElectronicsAssociation)所指定的标准规格,这一标准制订所有航海电子仪器间的通讯标准,其中包含传输资料的格式以及传输资料的通讯协议。
NMEA协议有0180、0182和0183三种,0183可以认为是前两种的超集,现在正广泛的使用,0183有几个版本,V1.5V2.1。
所以,如果大家的GPS接收机如果要联上笔记本里通用的GPS导航程序,比如OZIEXPLORER和俺的GPSRECEIVER,就应该选择NEMAV2.0以上的协议。
NMEA规定的通讯速度是4800b/S。
现在有些接收机也可以提供更高的速度,但说实话,没有什么用,4800就足够了。
象GARMIN,自己有一个mapsource软件,为了不让其他品牌的GPS使用该软件,就设计了私有的GARMIN协议,只有GARMIN的机器才能输出这种数据,而MAPSOURCE只能接收GARMIN协议,这样一来MAPSOURCE就只能让GARMIN的机器使用,打倒打倒!
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2.经纬度的表示
再讲讲数据表示吧。
一般从GPS得到的数据是经纬度。
经纬度有多种表示方法。
1.)ddd.支持168论坛d,度.度的十进制小数部分(5位)
2.)ddd.mm.mmm,度.分.分的十进制小数部分(3位)
3.)ddd.mm.ss,度.分.秒
不是所有的GPS都有这几种显示,我的GPS315只能选择第二种和第三种
一度是多远呢?
如果这么问,可就太外行了。
在LAT/LON坐标系里,纬度是平均分配的,从南极到北极一共180个纬度。
地球直径12756KM,周长就是12756*PI,一个纬度是12756×PI/360=111.133KM(先说明白,不精确啊)。
经度就不是这样啦,只有在纬度为零的时候,就是在赤道上,一个经度之间的距离是111.319KM,经线随着纬度的增加,距离越来越近,最后交汇于南北极。
大家想想,没错吧。
所以经度的单位距离和确定经度所在的纬度是密切相关的,简单的公式是:
经度1°长度=111.413cosφ,在纬度φ处。
(这个公式也不精确呀,蒙人还可以)
做题:
北京的经度119度,纬度40度。
单位经度,单位纬度各是多少?
答:
单位纬度111.133KM单位经度111.413×COS40=85.347KM
讲这些的用途就是容易理解经纬度的表示。
1.)ddd.支持168论坛d,在北京,纬度最后一位小数增1,实际你走了多少?
大约1.1M
经度最后一位小数增1,实际你走了多少?
大约0.85M
2.)ddd.mm.mmm,在北京,纬度最后一位小数增1,实际你走了多少?
大约1.85M
经度最后一位小数增1,实际你走了多少?
大约1.42M
3.)ddd.mm.ss,在北京,纬度秒增1,实际你走了多少?
大约30.9M
经度秒增1,实际你走了多少?
大约23.7M
今天说的都不是精确的公式,一般估计大致的数字没有问题。
四、GPS核心芯片介绍,选GPS还要看芯片
不同GPS产品在性能上的差异主要取决于核心芯片。
您在购买GPS时所看到的各项技术指标都是由GPS芯片决定的,GPS未来的发展也是有核心芯片技术决定的。
在这里想讲一个题外话,GPS接收机的性能很大程度上受天线技术影响,但是天线千差万别,用户只需要了解天线技术的类型就可以了。
GPS天线主要有螺旋天线和平板天线。
前者方向性不强,但增益也相对较小;后者具有较强的方向性,但增益也较强,适合平放在固定的地方使用。
当然,天线的尺寸越大效果越好,部分产品配备了可以外接的高增益天线,这类天线普遍采用螺旋天线,因为外接天线尺寸变大以后,增益不成问题,对方向性更敏感。
下面我们转入正题。
1.GPS芯片的发展和展望
2003年以后GPS芯片产业如雨后春笋般呈现出一种蓬勃发展的局面。
目前设计生产GPS芯片的厂家超过10家,包括美国SiRF(瑟孚)、Garmin(高明)、摩托罗拉、索尼、富士通、飞利浦、Nemerix、uNav、uBlox等。
2005年SiRF收购了摩托罗拉的GPS芯片业务,未来将合作在摩托罗拉的智能手机中集成GPS功能。
无独有偶,高通公司在增强型3G手机芯片CDMA2000EV-DO中也设计了集成的GPS功能。
Nextel公司也正在使用SiRF的技术来实现其手机中的GPS功能。
美国已经通过了法律,要求移动电话制造商在2007年必须把GPS接收机集成到产品中去,以提供定位和紧急呼叫功能,2007年已经是3G的**。
可见,尽管现在集成GPS功能的手机尚未进入主流市场,但是将来3G手机的中高端机型会普遍集成GPS功能。
2005年7月,以归国博士周文溢为核心的5名海外学人创业的西安华迅公司也推出了国内第一块GPS芯片。
尽管厂商林立,目前在非独立式GPS领域中SiRF的地位就如同PC产业中的英特尔,主流产品几乎全部采用SiRF芯片。
因此,读者只要了解SiRF芯片的几个主要型号就可以了解非独立式GPS的核心技术差异。
另外,Garmin在独立式GPS设备市场中占有半壁江山,主要采用Garmin自己的芯片产品。
Garmin公司很像IT领域中的IBM,从地图软件到GPS设备、到核心芯片,是一个产业垂直集成的公司。
在一些非独立式GPS领域,Garmin也使用SiRF的芯片。
新兴的GPS芯片公司几乎在原有市场中都很难有立足之地,他们把目光主要瞄准了未来集成GPS的各种IT设备,如手机、数码相机、PDA、笔记本电脑,甚至U盘。
如果和计算设备集成在一起,GPS芯片的很多功能可以通过软件完成,成本可以进一步降低。
早在2004年SiRF公司就已经推出了这样的简化产品?
?
软件GPS。
近期飞利浦也发布了类似产品,可以支持ARM处理器、Xscale处理器、x86处理器,完成各种GPS处理任务。
集成的软件GPS成本只有4~5美元。
2.主流GPS芯片
GPS芯片主要由射频电路、软件(固件)及存储器、处理器三部分组成。
既然配合笔记本电脑使用的主要是非独立式GPS,那么我们在此将重点介绍SiRF的芯片产品。
(1)SiRFstarⅢ
SiRF芯片在2004年发布了最新的第三代芯片SiRFstarⅢ(GSW3.0/3.1),使得民用GPS芯片在性能方面登上了一个顶峰,灵敏度比以前的产品大为提升。
这一芯片通过采用20万次/频率的相关器(Correlators)提高了灵敏度,冷开机/暖开机/热开机的时间分别达到42s/38s/8s,可同时追踪20个卫星信道。
2005年推出的最新非独立式GPS接收机很多都采用了这一芯片。
我们强烈推荐用户购买配备这一芯片的产品。
(2)SiRFstarⅡe和SiRFstarⅡe/LP
SiRFstarⅡe是第一块高性能的GPS芯片,发布于2002年。
SiRFstarⅡe/LP(GSW2.3)是SiRFstarⅡe的低功耗版本。
两者都采用1920次/频率的相关器,冷开机/暖开机/热开机的时间分别达到45s/35s/8s,可同时追踪12个卫星信道。
应该说,这2款芯片的指标已经可以满足日常应用需求,在2003年至2004年推出的非独立式GPS产品大量采用这2种芯片。
(3)SiRFXT2和Xtrac
SiRFXT2芯片在SiRFstarⅡe/LP的基础上增加了名为Xtrac的软件功能,通过追踪分析较弱的卫星信号来增强定