GPS全球定位系统的一点儿常识概要

1、所谓GPS又称全球定位系统（Global Positioning System，是美国科学家历时20 年，耗资200亿美元建成的，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能 力的新一代卫星导航与定位系统。系统是由三个独立的部分组成：空间部分地面 支撑系统用户设备o空间部分-在谈到GPS系统时都会提到“2颗卫星”其实指的就是GPS系统 的空间部分，但这24颗卫星并非全部都是工作卫星，其中 21颗是工作卫星，另外 有3颗备用卫星；地面支撑系统-包括1个主控站、3个注入站和5个监测站；用户 设备-就是人们所使用的GPS接收机，一般由主机、天线和电源组成，用来接收 GPS卫星发射信号，以获得必要的

2、导航和定位信息。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。GPS定位原理GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知

3、的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间 t,再加上接收机所接收到 的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式：四个方程式中各个参数意义如 下：x、y、z为待测点坐标的空间直角坐标。xi、yi、zi （i=1、2、3、4分别为卫 星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。Vt i (i=1、2、3、4分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫 星星历提供。Vto为接收机的钟差。由以上四个方程即可解算出待测点的坐标 x、y、z和接收机的钟差Vto。目前GPS

4、系统提供的定位精度是优于10米，而为得到更高的定位精度，我们 通常采用差分GPS技术：将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准 站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据 发送出去。用户接收机在进行 GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数， 并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。差分GPS分为两大类：伪距差分和载波相位差分。1 伪距差分原理这是应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的 坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪 距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度。这种差分

5、，能得到米级定位精 度，如沿海广泛使用的 信标差分” 2载波相位差分原理载波相位差分技术又称 RTK (Real Time Kinematic)技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方 法。即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。载波相位 差分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要高精度位置的领域。如何使用 GPS接收机如何使用GPS接收机如何使用GPS接收机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，你需要有一定的技巧。 现在介绍一些GPS使用办法和经验。

6、GPS最重要的基本数据库当拿到一台您所选购的GPS接收机后，如果是具有中文操作模式还好，若为 英文接口，再加上目前的GPS接收机的按键数量都变的很少，可能会让人产生许 多疑惑：这么少的按键，如何发挥及设定所有功能？其实若各位还记得GPS最重要的基本数据库：航点（WAYPOINT，从这里出发就对了。依照目前大部份GPS接收机所设计的操作模式及需求，建议您上手的学习步骤及重点如下：-1.电源的开启与关闭，屏幕灯光的开关。-2.学会该接收机更改设定及英文字、阿拉伯数字输入的方式。-3.找出这台接收机的基本功能设定，将下列项目接收机的内定值做更改：单位（Unit ）:改成您习惯的单位表示法，如公制单位

7、（ Metric ）、大地坐标系统（Map datum ）、坐标显示格式（Position format ）:使用经纬度或二度分带坐标 显示。-4. 了解该接收机是否在开机后，需要输入参考点做初始设定（Initial setup）。-5.学会航点的建立与清除。-6.学会导航功能（GOTO ）的开启与停止。 只要您依照上述步骤及重点自行操作或询问销售人员，就能很快且正确的使用您所 购买的GPS接收机。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维坐标：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

8、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（

9、目前是很少见的，但美政府计划将来取消 SA，精度能达到15 米左右（GPS性能介绍上说的精度都给的是 no SA值，唬人的。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.ddddd,hddd*mm.mmmhddd*mmss.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

10、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（La ndmark or Waypoi nt 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

11、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 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保存。实际上 一条路线的所有点都是对

12、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

13、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

14、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