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GPS基本工作原理及基本常识

(2008-07-10 11:20:44)

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GPS系统是由美国军方建立起来的。利用围绕地球的24颗卫星发射信号进行经纬度和高度的定位。最早是为了应用在海军军舰进行海上定位使用。GPS实际上是Global Positioning System的缩写。意思是全球定位系统，围绕地球的24颗卫星成互差120度的平面排列。也就是说理想状态下我们同时应该能够接受到12颗卫星所传来的信号。

GPS卫星同时发射两种码，一种为P码，我们称之为细码，一种是C/A码，我们称之为粗码。P码的精度非常高，通常可以控制在误差3米以内，但只为军方服务。而我们使用的为C/A码，精度在14米以内。

我们知道，如果知道两个坐标点，我们可以确定一个平面内的一点，如果知道三个坐标点我们就能够知道空间当中的任意一点位置。而GPS 可以利用三颗卫星进行经纬度X，Y的定位，而四颗卫星可以进行经纬度和高度X，Y，Z三维定位，四颗卫星三颗进行坐标定位，一颗卫星进行时钟矫正。

很多朋友问，买了GPS有没有后续费用问题，国外购买能不能在国内使用的问题等等。首先GPS是没有后续费用的，这并不是说GPS是免费的，而是在你购买的时候购买费用里的一部分费用已经包括了你的使用费。因此购买GPS后续可以一直使用下去，直到有一天美国军方宣布废气这套卫星。另外，GPS本身是卫星接收产品，因此不牵扯到国内国外的兼容问题。就像卫星电话一样，走到只要没有遮挡的地方就能接受到卫星信号，能接受到信号就能够正常使用。只是部分地区可能会受到国家安全等因素而打开干扰信号从而影响定位精度问题，譬如前几年美国打阿富汗的时候，阿富汗地区的GPS信号一度误差非常大，但是误差大也不过是又原来的30米左右的精度变成了两三百米的精度误差。还是能够正常使用的。

GPS除了具备测量经纬度和高度的作用以外，GPS还具有其他一些功能，比如利用上一次定位的坐标和这次定位的坐标差进行测速，利用两次坐标差进行方向的定位，利用行进轨迹进行里程的计算和面积的计算等等。还有包括计算地理位置的月相，日初日落时间，潮汐，太阳月亮的方位，有些GPS内置电子气压计，还能计算大气压并且预测天气。

GPS是需要和卫星进行联系才能够定位的，城市里的水泥混凝土，树木，高架桥，天线，电线等都是干扰信号。因此城市里使用有时候会信号接受不到的情况发生。

选择 GPS手持接受机时候我们应该注意哪些呢。

第一，应该注意GPS的通道数量，一般民用GPS通道数量在2-8

之间，专业GPS拥有12-14个通道。每与一颗卫星联系需要占用一个通道，也就是说通道数越多，在信号好的情况下你能联系到的卫星越多，自然定位精度也就越高。

第二，注意GPS的天线类型，传统GPS天线主要有两类，一类是平板天线，一类是螺旋天线，平板天线是有接受面的，最佳方式应该使得GPS水平放置，屏幕朝上以获得最佳信号。而螺旋天线则方便得多。只需要将GPS垂直放置，天线成螺旋柱状，360度全方位接收。

第三，注意GPS 的冷热启动时间和刷新频率。冷启动是指在一个陌生的环境下启动GPS直到GPS和周围卫星联系并且计算出坐标的时间。热启动是指在上次关机的地方没有过多移动启动GPS计算出结果的时间。冷启动一般在10分钟左右，热启动一般在两分钟左右，时间越短证明GPS 的计算能力和信号接收能力越好。刷新频率是指GPS重新定位一次的时间。一般刷新频率尽量选择每秒/1次的，刷新频率越块越好。

第四，查看GPS的存储能力。一般GPS的存储能力会告诉你可以储存多少个航点，多少条航迹。航点就是位置点，储存该点的坐标值，高度值，并且可以编辑该点的名称，类型等。航迹是用来储存路线的。航迹其实是由多个航点构成，只不过此时的航点只储存坐标值而已。

第五，查看GPS 的物理参数。比如防水认证，抗干扰认证等。好的GPS应该抗干扰并且防水达到IPX-7级别的比较好。这个级别是指1米

深的水中防水半小时。另外GPS最好具备能够漂浮的能力。否则一旦落水如果不漂浮，再防水也白搭了。

现在国际有两家公司是GPS比较专业的生产商，一个是麦哲伦公司，一个是高明公司。两家公司都是美国的。GPS在国际上占有的份额比较大。因此选择GPS时候尽量考虑这两家公司的产品比较合适。

第一节 GPS的产生背景和历史演变

那么GPS全球定位系统究竟是什么东西呢？它是一套美国军方设计的，以航天技术为基础的导航与定位系统。这套系统可以使美军士兵独立测定精度为10米以下的自己的位置。这个“独立测定”非常重要：在实际使用中，如果这套系统需要士兵发射电波确定自己位置的话，会很容易地被敌方侦测到自己的实际位置，所以整个地面接收系统需要完全被动接收信号。

现在我们国家的北斗卫星导航系统还不能做到这一点：北斗卫星的用户需要通过无线电发射位置请求信息到卫星，并从卫星接收自己的位置信息。

由于美国全球战略的需要，这套系统需要覆盖全世界，并且的用户接收端的成本要非常低，因为系统的设计要求是每个士兵、每台军车都要安装接收系统。

1、频率与定位精度

GPS并不是世界上第一个无线电导航系统，早在第二次世界大战以前，就已经出现了无线电导航系统。

最早人们采用的是长波信号，波长长达26公里，因为长波信号可以轻易地被电离层反射，所以美国的OMEGA系统用了八个发射器就把信号覆盖了全球。不过因为信号波长比较长，定位精度受到很大影响：OMEGA系统的精度只有六公里。

为提高定位精度，只有提高无线电信号频率，但是借助电离层反射的全球覆盖就受到了影响：波长越短的信号，直线传输特性越强，同时不能被电离层反射：通过把波长减小到2.6公里，LORAN系统倒是把定位精度提高到450米了，可全球只有10%的面积被信号覆盖。

自从1957年有了卫星，科学家的兴趣自然就转到这上面来了：卫星可以发射短波长信号，穿透电离层覆盖半个地球的面积。

从20世纪60年代开始，美军就不断地试验并改进以卫星为基础的无线电导航系统，从最早的TRANSIT，到NAVSTAR, 一步一步地把GPS系统进行完善并降低接收系统成本。随着接收系统的成本不断降低，很多有商业头脑的人预见到了GPS系统的民用市场的广大，把GPS扩展到民用的呼吁在美国国内越来越高。

不过最终促成此事的是一桩悲剧：1983年，韩国的KAL-007航班因为迷航误入前苏联领空，被前苏联战斗机击落，机上乘客和机组人员无一生还。那会儿GPS还没有投入民用，民用航班的导航主要*无线电信标，万