GPS导航系统知识介绍

发信人: yaclear (清一), 信区: Geography
标  题: GPS导航系统知识介绍
发信站: 水木社区 (Wed Jul 18 11:38:58 2007), 站内


　　GPS导航系统知识介绍

　　#######GPS应用知识一#######

　　1． GPS系统组成

　　GPS gloabal Positioning System,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。

　　简单唠叨唠叨

　　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GARMIN 45C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 (Selective Availability)，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(GLObal NAvigation SatelliteSystem)。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。

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　　#######GPS应用知识二#######

　　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(NationalMarine Electronics Association)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，V1.5 V2.1。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NEMA V2.0以上的协议。NMEA规定的通讯速度是4800 b/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！！！

　　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.ddddd， 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 = 111.133 KM (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×COS 40 = 85.347KM

　　讲这些的用途就是容易理解经纬度的表示。

　　1.）ddd.ddddd，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。

　　GPS导航技术的新进展

　　美国的全球定位系统（GPS）导航卫星正在逐步现代化。GPS从美国空军的导航辅助设备开始，逐渐发展成军民两用的一种重要技术。GPS的精确位置与定时信息，已成为世界范围各种军民用、科研和商业活动的一种重要资源

　　GPS卫星的发展及信号的改进 GPS导航卫星自1978年发射以来，其型别已由第Ⅰ，Ⅱ和ⅡA批次发展到ⅡR批次。第Ⅰ，Ⅱ和ⅡA批次卫星共有40颗，是由罗克韦尔公司制造的，而20颗ⅡR批次卫星则由洛克希德·马丁公司制造。波音公司在1996年收购了罗克韦尔的航空航天和防务业务，目前正在制造33颗更先进的ⅡF批次卫星。美国还在考虑发展采用点波束的新一代GPS卫星（GPS-Ⅲ）。

　　GPS从1994年全面工作以来，改进工作一直在进行中。这是因为民用用户要求GPS具有更好的抗干扰和干涉性能、较高的安全性和完整性；军方则要求卫星发射较大的功率和新的同民用信号分离的军用信号；而对采用GPS导航的"灵巧"武器，加快信号捕获速度更为重要。

　　民用GPS导航精度迄今的最大改进发生在2000年5月2日，美国停止了故意降低民用信号性能（称为选择可用性，即S/A）的做法。

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※ 来源:·水木社区 newsmth.net·[FROM: 211.99.222.55]

感谢LZ
但是
偶大力主张使用伽利略系统
虽然
还没有建成