GPS及相关知识学习整理

一、GPS入门术语

GPS作为野外定位的最佳工具，在户外运动中有广泛的应用，在国内也可以越来越经常地看见有人使用了。GPS不象电视或收音机，打开就能用，它更象一架相机，你需要有一定的知识。
　　首先要弄清使用GPS时常碰到的一些术语：
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(Universal Transverse Mercator)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Selective Availability(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\"hddd.ddddd\",\"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(Landmark or Waypoint)
　　GPS内存中保存的一个点的坐标值。路标是GPS数据核心，它是构成“路线”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功能的目标，也可以选进一条路线Route，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(Activity route)。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(Sun set/raise time)
　　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(Plot trail)
　　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”(Trace back)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。

二、GPS发展历程
    GPS实施计划共分三个阶段：
    第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。
    第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。
    第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。

 三、GPS系统的组成

　　1、GPS系统包括三大部分:空间部分—GPS卫星星座;地面控制部分—地面监控系统;用户设备部分—GPS信号接收机。

　　GPS工作卫星及其星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作(21+3)GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。

　　在两万公里高空的GPS卫星，当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球一周的时间为12恒星时。这样，对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS 卫星。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时，为了结算测站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做“间隙段”。但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时GPS作业。

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GPS知识整理学习

一、GPS简介

GPS全球定位系统（Global Positioning System）是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。具体来说是通过在2万公里高空的美国的24颗卫星所发射免费的信号，通过接收设备，来确定您的具体位置的系统。注意，这个服务是免费的
    该系统从20世纪70年代初开始设计、研制，历经约20年进入全功能使用阶段。GPS作为新一代卫星导航与定位系统，不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，发展全球定位系统（GPS）已成为美国导航技术现代化的最重要标志，并且被视为本世纪美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就。 

GPS系统的24颗卫星，每颗卫星连续发射数字伪随机码信号，在地面的GPS用户通过同时按收三颗以上卫星信号计算出自己在地球上的位置、三维速度和当前时间。目前，GPS卫星共有24颗（21+3）颗，均匀分布，在倾角为55度的6个轨道上，各轨道升交点（与赤道交点）之间的角距为60度角，每个轨道分布4颗卫星，相邻轨道之间的卫星还要彼此叉开40度角，以保证全球均匀覆盖的要求。这样，在全球任一地点其观测角在5度以上可见到4颗卫星，观测角在10度以上可见到4~10颗卫星，观测角在15度以上可见到4~12颗卫星。GPS卫星定位系统可以提供准确的三维位置、三维速度和精确的时间信息。系统提供P码和C/A码两种定位服务，P码提供精确定位服务（PPS），C/A码提供标准定位服务（SPS），分别供军用和民用。

二、GPS系统最基本的特点
1、全球覆盖连续导航定位。GPS有24颗卫星，且分布科学合理，所以在地球上和近地空间上任何一点，均可以连续同步地观测4颗以上卫星、实现全球、全天候连续导航定位。 
2 、高精度三维定位。GPS能连续为各类用户提供三维位置、三维速度和精确时间信息。 
3、实时导航定位。利用GPS进行导航定位即可完成一次定位，对高动态用户尤其重要。 
4 、被动式全天候导航定位。这种导航定位不仅隐蔽性好，而且可以容纳无数多用户。 
5 、抗干扰性能好、保密性强。 
三、GPS的实现方案
1、GPS专业车载导航仪方案
    如果主要是为了导航，这个是最省事的方案。
    GPS专业车载导航仪是专门用于车载导航的机器，大小和PDA掌上电脑一样（主流的有3.5吋屏、4.2吋屏、7吋屏），主要用于导航，内置正版的专业导航软件（如道道通、灵图、城际通、凯立德、route66等，也有的品牌可以安装破解版，价格可以便宜不少），一般安装直流平板陶瓷天线，接受GPS信号能力强大，搜星速度快，可以实现快速开机导航。由于整个机器都是用于导航的，所以比PDA、手机的ＧＰＳ导航更流畅，很少出现死机、顿机等情况，搜索目的地也快很多。同时最大的特点就是省事。开机就可以用，不用安装软件，不用进行设置，不用进行蓝牙匹配（这些在手机GPS方案中都要涉及）。（相当于专业数码相机和手机自带的拍照功能的差别，虽然手机也有３００万像素的拍照功能，但毕竟不是专业的相机），同时还有mp3播放/mp4播放/图片浏览的功能。
主流机型：朗视通、Garmin、神达等  价格从1800-6000元不等。
2、手机、PDA、笔记本GPS方案
    这是一个投入最少的实现GPS导航的方案。
    这个方案所需要的只是你去买一个蓝牙GPS接收器（价格在300－900元之间），然后和你的现有设备（手机、PDA、笔记本）配合使用。
    这个方案需要您的手机、PDA、笔记本具有蓝牙功能。
    如果你的笔记本没有蓝牙，可以购买蓝牙适配器（价格几十元），使您的笔记本具备蓝牙功能。
    要实现导航，还需要软件地图，这些都可以从网上下载。也可以购买正版地图，国内正版的七八百元一套。
    如果您还想要让您的设备固定在车上，还可以购买车载手机/PDA支架和笔记本支架。
    如果您想要您的手机/PDA同时安装多个地图软件，那您需要一个比较大的存储卡。推荐1G的。
3、GPS一体机方案
    一体机就是PDA或手机具备GPS功能，有的甚至自带正版地图，买回来打开就可以用。
这种方式是一个比较省事的办法。当你想换手机或者买PDA的时候，不妨买一个有GPS功能的。这些有GPS功能的手机和PDA，有的已经有正版的导航软件和地图，并且可以1年免费升级，有的是送体验版的地图，比如使用时间的限制（使用一个月），使用范围的限制等等，有的没有地图，需要自己装。
主流机型：Mio神达 P350 2700元左右。
4、GPS手持机
    GPS手持机，主要用于专业定位导航、户外探险等，在恶劣环境下可以稳定使用。主要是美国的产品，如Garmin等品牌。
5、反测速雷达GPS方案
    针对固定的雷达测速器、摄像头通过GPS定位，结合内置的地图进行导航。对于移动的测速器，通过和全频雷达套机配合，实现报警。同时，目前的反测速GPS雷达系统还具有蓝牙功能，可以当作一个蓝牙GPS使用。
四、GPS地图软件分类
    所有的GPS软件地图，可以分为2类，
A、导航地图，也就是可以规划路线、语音提示、智能导航；比如灵图、城际通、凯立德、ROUTE66等。
B、可以DIY地图的软件。这种软件，可以把电子地图进行转换成为自己可以辨认的地图格式。甚至可以把纸质的地图扫描、拍摄为数码格式，然后进行转换。比如OZI、smartcomgps。这种自制地图十分有趣。你甚至可以把你所在的小山做成地图。
五、GPS芯片
    导航的准确性，最关键的是接受卫星信号的精度和算法。而卫星接收性能，主要由GPS的芯片决定。GPS的芯片相当于电脑的CPU。现在主流的是Sirf(瑟浮)三代芯片。具有20个卫星通道（sirf二代有12个通道）。其他的还有sony（索尼爱立信/索爱）芯片和瑞士的RFMD芯片。这些芯片在实际使用中的效果，和sirf的有明显的差距。

六、GPS 的热启动 冷启动和温启动

启动GPS
GPS开机定位分为冷启动、温启动和热启动三种：
冷启动：以下几种情况开机均属冷启动。初次使用时；电池耗尽导致星历信息丢失时；关机状态下将接收机移动1000公里以上距离。
温启动：距离上次定位的时间超过两个小时的启动。
热启动：距离上次定位的时间小于两个小时的启动。
有时候如果机器有软件问题，需要进行冷启动，冷启动可以使用gpsviewer进行。