GPS（全球定位系統）詳解 全球定位系統（Global Positioning System - GPS）是美國從本世紀70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。經(jīng)近10年我國測繪等部門(mén)的使用表明，GPS以全天候、高精度、 自動(dòng)化、高效益等顯著(zhù)特點(diǎn)，贏(yíng)得廣大測繪工作者的信賴(lài)，并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動(dòng)監測、工程變形監測、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。
全球定位系統(Global Positioning System,縮寫(xiě)GPS)是美國第二代衛星導航系統。是在子午儀衛星導航系統的基礎上發(fā)展起來(lái)的，它采納了子午儀系統的成功經(jīng)驗。和子午儀系統一樣，全球定位系統由空間部分、地面監控部分和用戶(hù)接收機三大部分組成。
按目前的方案，全球定位系統的空間部分使用24顆高度約2.02萬(wàn)千米的衛星組成衛星星座。21+3顆衛星均為近圓形軌道，運行周期約為11小時(shí)58分，分布在六個(gè)軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為55度。衛星的分布使得在全球的任何地方，任何時(shí)間都可觀(guān)測到四顆以上的衛星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（DOP）。這就提供了在時(shí)間上連續的全球導航能力。
地面監控部分包括四個(gè)監控間、一個(gè)上行注入站和一個(gè)主控站。監控站設有GPS用戶(hù)接收機、原子鐘、收集當地氣象數據的傳感器和進(jìn)行數據初步處理的計算機。監控站的主要任務(wù)是取得衛星觀(guān)測數據并將這些數據傳送至主控站。主控站設在范登堡空軍基地。它對地面監控部實(shí)行全面控制。主控站主要任務(wù)是收集各監控站對GPS衛星的全部觀(guān)測數據，利用這些數據計算每顆GPS衛星的軌道和衛星鐘改正值。上行注入站也設在范登堡空軍基地。它的任務(wù)主要是在每顆衛星運行至上空時(shí)把這類(lèi)導航數據及主控站的指令注入到衛星。這種注入對每顆GPS衛星每天進(jìn)行一次，并在衛星離開(kāi)注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。
全球定位系統具有性能好、精度高、應用廣的特點(diǎn)，是迄今最好的導航定位系統。隨著(zhù)全球定位系統的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應用領(lǐng)域正在不斷地開(kāi)拓， 目前已遍及國民經(jīng)濟各種部門(mén)，并開(kāi)始逐步深入人們的日常生活。
一、GPS掃盲
什么是GPS呢？我想大家都知道它是一種衛星定位系統，但是怎樣才能根據自己的所需選購適合自己的GPS產(chǎn)品呢？讓我們一起來(lái)了解GPS的運行原理和GPS的分類(lèi)。
1、 導航GPS是用于定位、導航產(chǎn)品。
按運載體分： 手持/車(chē)載、船載、航空機載、航天（彈載、箭載、星載）
按精度分：普通導航（10米以?xún)染龋?、精密導航（米級精度）高精度導航（厘米極精度）
按動(dòng)態(tài)要求分： 低動(dòng)態(tài)、中動(dòng)態(tài)、高動(dòng)態(tài)應該說(shuō)GPS的應用是非常廣泛的，人們對其需求也是多種多樣的，我們將提供您全面的最佳解決方案。
2、 什么叫導航
導航是一個(gè)技術(shù)門(mén)類(lèi)的總稱(chēng)，它是引導飛機、船舶、車(chē)輛以及個(gè)人（總稱(chēng)作運載體）安全、準確地沿著(zhù)選定的路線(xiàn)，準時(shí)到達目的地的一種手段。導航的基本功能是回答：我現在在哪里？我要去哪里？如何去？
導航應由導航系統完成，包括裝在運載體上的導航設備以及裝在其他地方與導航設備配合使用的導航臺。從導航臺的位置來(lái)看，主要有：陸基導航系統： 即導航臺位于陸地上，導航臺與導航設備之間用無(wú)線(xiàn)電波聯(lián)系。
星基導航系統：導航臺設在人造衛星上，擴大覆蓋范圍。導航是人類(lèi)從事政治、經(jīng)濟和軍事活動(dòng)所必不可少的信息技術(shù)。今天，隨著(zhù)人類(lèi)活動(dòng)的發(fā)展，對導航的要求越來(lái)越高。
3、 導航的發(fā)展過(guò)程
人類(lèi)最初的導航，只能通過(guò)石頭，樹(shù)，山脈等作為參照物，漸漸發(fā)展到天文觀(guān)測法，即通過(guò)天上的太陽(yáng)，月亮和星星來(lái)判斷位置。而中國四大發(fā)明之一的指南針是人類(lèi)導航領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。
無(wú)線(xiàn)電導航的發(fā)明，使導航系統成為航行中真正可以依賴(lài)的工具，因此具有劃時(shí)代的意義。
4、 GPS系統組成
GPS gloabal Positioning System,這玩意是美國人搞的。主要分三大塊，地面的控制站、天上飛的衛星、咱們手里拿的接收機。
簡(jiǎn)單嘮叨嘮叨。
先說(shuō)說(shuō)設備， 當然大個(gè)的都是老美給咱準備好的，地上，有一個(gè)主控制站，當然在老美的本土了，在科羅拉多。三個(gè)地面天線(xiàn)，五個(gè)監測站，分布在全球。主要是收集數據，計算導航信息，診斷系統狀態(tài)，調度衛星這些雜事。
天上，有27顆衛星，距離地面20200公里。27顆衛星有24顆運行，3顆備用。這些衛星已經(jīng)更新了三代五種型號。衛星發(fā)射兩種信號：L1和L2。L1:1575.42MHZ, L2:1227.60MHZ。衛星上的時(shí)鐘采用銫原子鐘或銣原子鐘，計劃未來(lái)用氫原子鐘，比我的手表準。
手里，就是接收機了。大大小小，千姿百態(tài)，有袖珍式、背負式、車(chē)載、船載、機載什么的。一般常見(jiàn)的手持機接收L1信號，還有雙頻的接收機，做精密定位用的。
5、關(guān)于GPS接收機
GPS現在一般都是12通道的，可以同時(shí)接收12顆衛星。早期的型號，比如GARMIN 45C就是8通道。GPS接收機收到3顆衛星的信號可以輸出2D（就是2維）數據，只有經(jīng)緯度，沒(méi)有高度，如果收到4顆以上的衛星，就輸出3D數據，可以提供海拔高度。但是因為地球自己的問(wèn)題，不是太標準的圓，所以高度數據有一些誤差?，F在有些GPS接收機內置了氣壓表，比如etrex的SUMMIT和VISTA，這些機器根據兩個(gè)渠道得到的高度數據綜合出最終的海拔高度，應該比較準確了。
GPS接收機的第一次開(kāi)機，或者開(kāi)機距離里上次關(guān)機地點(diǎn)超過(guò)800KM以上，因為接收機里存儲的星歷都對不上了，所以要在接收機上重新定位。
6、定位精度
談到定位精度，就得說(shuō)說(shuō)SA和AS.
什么是SA，AS呢？別急， 這還得從頭說(shuō)起，要不然你也不好明白。
GPS的信號有兩種C/A碼，P碼。
C/A碼的誤差是29.3m到2.93米。一般的接收機利用C/A碼計算定位。美國在90代中期為了自身的安全考慮，在信號上加入了SA (Selective Availability)，令接收機的誤差增大，到100米左右。在2000年5月2日，SA取消，所以，咱們現在的GPS精度應該能在20米以?xún)取?br>
P碼的誤差為2.93米到0.293米是C/A碼的十分之一。但是P碼只能美國軍方使用，AS（Anti-Spoofing），是在P碼上加上的干擾信號。
總之，老美也是挺累的。發(fā)了一大堆衛星用于軍用定位。然后覺(jué)得不值，想賺點(diǎn)錢(qián)，于是開(kāi)發(fā)信號給民用，精度還不能太高，可精度低了大家又罵娘。因為GPS掌握在老美的手中，雖說(shuō)免費使用，可是其他國家用著(zhù)也不踏實(shí)，前兩天打阿富漢是，美國就把該地區的GPS信號做了處理，定位精度變低。所以說(shuō)，還是要盡快開(kāi)發(fā)出自己的GPS系統。這樣才不能時(shí)刻受到老美的管制。
俄羅斯有自己的衛星定位系統，全球導航衛星系統(GLObal NAvigation Satellite System)。歐洲也要發(fā)展自己的定位系統NAVSAT。中國也有自己的衛星定位，叫北斗，是雙星系統，只能定位自己國家和附近的地區，而且目前只用于軍方。
二、GPS應用知識
今天講的東西比較枯燥，但是有用啊，可以拿去和別人神侃。
1. GPS的設置
GPS拿到手，如果是新機器要定位，上次已經(jīng)提到了。另外，還有一些設置，常用的有坐標系、地圖基準、參考方位、公制/英制、數據接口格式什么的。
坐標系：常用的是LAT/LON和UTM。LAT/LON就是經(jīng)緯度表示，UTM在這里就不管他了。
地圖基準：一般用WGS84。
參考方位：就是北在哪里。北在哪里呢？實(shí)際上有兩個(gè)北，磁北和真北呀（簡(jiǎn)稱(chēng)CB和ZBY）。
指南針指的北就是磁北，北斗星指的北就是真北。兩者在不同地區相差的角度不一樣的，地圖上的北是真北。
公制/英制：自己選吧，我用公制。
數據接口格式：這得細談?wù)?。GPS可以輸出實(shí)時(shí)定位數據讓其他的設備使用，這就牽扯到了數據交換協(xié)議。幾乎現在所有的GPS接收機都遵循美國國家海洋電子協(xié)會(huì )(National Marine Electronics Association)所指定的標準規格，這一標準制訂所有航海電子儀器間的通訊標準，其中包含傳輸資料的格式以及傳輸資料的通訊協(xié)議。NMEA協(xié)議有0180、0182和0183三種，0183可以認為是前兩種的超集，現在正廣泛的使用，0183有幾個(gè)版本，V1.5 V2.1。所以，如果大家的GPS接收機如果要聯(lián)上筆記本里通用的GPS導航程序，比如OZIEXPLORER和俺的GPSRECEIVER，就應該選擇NEMA V2.0以上的協(xié)議。NMEA規定的通訊速度是4800 b/S?，F在有些接收機也可以提供更高的速度，但說(shuō)實(shí)話(huà)，沒(méi)有什么用，4800就足夠了。
象GARMIN，自己有一個(gè)mapsource軟件，為了不讓其他品牌的GPS使用該軟件，就設計了私有的GARMIN協(xié)議，只有GARMIN的機器才能輸出這種數據，而MAPSOURCE只能接收GARMIN協(xié)議，這樣一來(lái)MAPSOURCE就只能讓GARMIN的機器使用，打倒打倒?。?！
2.經(jīng)緯度的表示
再講講數據表示吧。一般從GPS得到的數據是經(jīng)緯度。經(jīng)緯度有多種表示方法。
1.） ddd.ddddd， 度 . 度的十進(jìn)制小數部分（5位）
2.） ddd.mm.mmm，度 . 分 . 分的十進(jìn)制小數部分（3位）
3.) ddd.mm.ss, 度 . 分 . 秒
不是所有的GPS都有這幾種顯示，我的GPS315只能選擇第二種和第三種一度是多遠呢？如果這么問(wèn)，可就太外行了。
在LAT/LON坐標系里，緯度是平均分配的，從南極到北極一共180個(gè)緯度。地球直徑12756KM，周長(cháng)就是12756*PI，一個(gè)緯度是 12756×PI /360 = 111.133 KM (先說(shuō)明白，不精確啊)。
經(jīng)度就不是這樣啦，只有在緯度為零的時(shí)候，就是在赤道上，一個(gè)經(jīng)度之間的距離是111.319KM，經(jīng)線(xiàn)隨著(zhù)緯度的增加，距離越來(lái)越近，最后交匯于南北極。大家想想，沒(méi)錯吧。所以經(jīng)度的單位距離和確定經(jīng)度所在的緯度是密切相關(guān)的，簡(jiǎn)單的公式是：
經(jīng)度1°長(cháng)度=111.413cosφ，在緯度φ處。 （這個(gè)公式也不精確呀，蒙人還可以）
做題：北京的經(jīng)度119度，緯度40度。單位經(jīng)度，單位緯度各是多少？
答： 單位緯度111.133KM 單位經(jīng)度111.413×COS 40 = 85.347KM
講這些的用途就是容易理解經(jīng)緯度的表示。
1.）ddd.ddddd，在北京，緯度最后一位小數增1，實(shí)際你走了多少？大約1.1M經(jīng)度最后一位小數增1，實(shí)際你走了多少？大約0.85M
2.) ddd.mm.mmm，在北京，緯度最后一位小數增1，實(shí)際你走了多少？大約1.85M經(jīng)度最后一位小數增1，實(shí)際你走了多少？大約1.42M
3.) ddd.mm.ss，在北京，緯度秒增1，實(shí)際你走了多少？大約30.9M經(jīng)度秒增1，實(shí)際你走了多少？大約23.7M
今天說(shuō)的都不是精確的公式，一般估計大致的數字沒(méi)有問(wèn)題。
