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中海达GPS详细说明

时间:2012-09-13浏览:责任编辑:四川拓图测绘仪器

问:什么是GPS?

答:GPS是英文Global Positioning System的缩写,意即全球定位系统。全球定位系统是利用导航卫星进行测时和测距,使在地球上任何地方的用户,都能计算出他们所处的方位。当前有两个公开GPS系统可以利用。一是NAVSTAR系统,由美国研制,归美国国防部管理和操作,一是GLONASS系统,为俄联邦所拥有。因为通常首先可利用的是NAVSTAR系统,故又将这一全球卫星定位导航系统简称为GPS。

GPS全球定位系统工程浩繁、耗资巨大,是美国投资100多亿美元而建立的,被称为继阿波罗飞船登月和航天飞机之后的第三大航天工程。它是在子午仪卫星系统的基础上发展起来的,这个系统历经二十年的开发,终于在1993年6月26日全部建成。

GPS是美国国防部发射的24颗卫星组成的全球定位、导航及授时系统。这24 颗卫星分布在高度为2万公里的6个轨道上绕地球飞行。每条轨道上拥有4颗卫星, 在地球上任何一点,任何时刻都可以同时接受到来自4颗卫星的信号。也就是说GPS的卫星所发射的空间轨道信息覆盖着整个地球表面。

前苏联(U.S.S.R)早在1982年就开始建立自己的全球卫星定位系统GLONASS。后来,俄罗斯继续执行这一系统工程计划,到1995年已完成建成。目前这套全球卫星导航系统只由俄罗斯控制使用,未向全世界提供服务。欧洲联盟考虑到全球卫星定位导航系统的应用前景,也打算建立他们自己的全球卫星定位导航系统。目前德俄已联合生产了可以同时接收美国GPS服务和苏联GLONASS信号的卫星定位接收器。当前世界各国对全球卫星定位导航 (Navigation)这一高新技术都非常重视,认为其对导航定位和大地勘测技术是一场革命,其民用潜力相当巨大,经济效益相当可观。

GPS系统的特点

1、 全球,全天候工作:能为用户提供连续,实时的三维位置,三维速度和精密时间。不受天气的影响。

2、 定位精度高:单机定位精度优于10米,采用差分定位,精度可达厘米级和毫米级。

3、 功能多,应用广:随着人们对GPS认识的加深,GPS不仅在测量,导航,测速,测时等方面得到更广泛的应用,而且其应用领域不断扩大。

GPS应用

GPS系统原是美国国防部为其星球大战计划而建立的,其作用是为美军方在全球的舰船、飞机导航并指挥陆军作战。海湾战争期间,GPS系统尚未完全建成,初步使用已显神威。后来,随着1993年GPS太空卫星网的完全建成,其应用领域不断扩大,而且美国1994年宣布在10年内向全世界免费提供GPS全球定位系统的使用权,使世界各国都在争相利用这一系统。 

由于GPS接收机技术的发展,超大规模芯片的应用,使接收机成本不断下降。而且GPS的应用,也带来很好的经济效益和社会效益,故现在也已广泛应用于航海、航空、科学研究、交通运输、石油勘探、地形测量以及商业、旅游业等一切行业,甚至要渗透到个人生活的各个方面。它可以准确测定用户的三维位置、三维速度,并给出精确的时间基准。由于GPS具有定位精度高、使用范围广、可全天候应用、用户设备简单等优点,因此被认为是当前定位导航设备中最重要的发展。

问:为什么中海达的GPS接收机都为12通道(通道:为仪器的GPS卫星接收路径,通道越多表明可同时接收的卫星数越多),相比8通道接收机有何优势?

答:优势是显而易见的,通道越多表明可同时接收的卫星数越多,定位精度越可靠,对于采用GPS相对定位的技术而言是至关重要的,因为相对定位的精度取决与多台GPS接收机同步观测卫星数目,目前天空的可见卫星数在约50%的时间内都大于8颗,对于8通道接收机想要使用可见通道外的卫星作为同步观测卫星是无能为力的。

问:中海达公司产品更新或升级时间如何确定?

答:软件可根据用户提供的建议作参考进行适度的修正,更新速度较快,可与网上更新;硬件视国际上的同类产品更新换代的速度来确定。

问:中海达公司的软件将来可以做成全球通用的软件吗?

答:可以,目前我们正着手于现有软件配套的不同版本的资源文件的开发,主要有繁体中文、英文版,很快将会有对应的语言版本的测量软件推出,会有更多的用户使用上我们的软件。

问:GPS系统的组成是什么?

答:GPS系统包括以下三大部分:

(1)GPS卫星(空间部分);(2)地面支撑系统(地面监控部分);(3)GPS接收机(用户部分)。

GPS系统利用无线电传输特性来定位。和过去地面无线导航系统所不同的是,它由卫星来发射定时信号、卫星位置和健康状况信息,故具有发射信号能覆盖全球和定位精度高的优点。系统中所有卫星构成GPS系统的空间部分。 卫星由地面站(地面监控部分)监测和控制,它监测卫星健康状况和空中定位精度。定时向卫星发送控制指令、轨道参数和时间改正数据。

用户装有GPS接收机,用来接收卫星发来的信号。GPS接收机中装有专用芯片,用来根据卫星信号计算出定位数据。用户并不需要给卫星发射任何信号,卫星也不必理会用户的存在,故系统中用户数量没有限制。具有GPS接收机的用户就构成系统的用户部分。

一、GPS空间部分

GPS空间部分包括由二十四颗卫星组成的星座。卫星高度为20200公里,运行周期12小时。卫星分布在六条升交点相隔60度的轨道面上,轨道倾角为55度;每条轨道上分布四颗卫星,相临两轨道上的卫星相隔40度,使得在地球上任何地方至少同时可看到四颗卫星。具有这样轨道参数的卫星,其发射信号能覆盖地面面积38%。卫星运行到 轨道的任何位置上,它对地面的距离和波束覆盖面积基本不变。同时在波束覆盖区域内,用户接收到的卫星信号强度近似相等。这对提高定位精度十分有利。使能在全球任何地方、任何恶劣的气候条件下,为用户提供二 十四小时不间断的免费服务。

二、GPS地面监控部分

地面监控部分包括1个主控站、3个注入站和5个监测站。主控站位于美国科罗拉多的斯平士(Colorado Springs)的联合空间执行中心(CSOC),三个注入站分别设在大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军事基地上,即大西洋的阿松森(Ascension)岛、印度洋的狄哥?伽西亚(Diego Garcia)和太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein),五个监测站设在主控站和三个注入站以及夏威夷岛。

监测站的主要任务是对每颗卫星进行观测,精确测定卫星在空间的位置,向主控站提供观测数据。每个监测站还配有GPS接收机,对每颗卫星连续不断地进行观测,每6秒进行一次伪距测量和积分多普勒观测,并采集与气象有关数据。监测站受主控站的控制,定时将观测数据送往主控站。

主控站拥有大型电子计算机,作为数据采集、计算、传输、诊断、编辑等功能的主体设备。它实现下列功能:

  • 采集数据:主控站采集各个监测站所测得的伪距和积分多普勒观测值、气象要素、卫星时钟和工作状态数据,监测站自身的状态数据,以及海军水面兵器中心发来的参考星历。
  • 编辑导航电文:根据采集到的全部数据计算出每颗卫星的星历、时钟改正数、状态数据以及大气改正数,并按一定格式编辑为导航电文,传送到注入站。
  • 诊断功能:对整个地面支撑系统的协调工作进行诊断;对卫星的健康状况进行诊断,并加以编码向用户指示。
  • 调整卫星:根据所测的卫星轨道参数,及时将卫星调整到预定轨道,使其发挥正常作用。而且还可以进行卫星调度,用备份卫星取代失效的工作卫星。

主控站将编辑的卫星电文传送到位于三大洋的三个注入站,而注入站通过S波段微波链路定时地将有关信息注入各个卫星,然后由GPS卫星发送给广大用户,这就是所用的广播星历。

三、GPS用户部分

用户部分包括用户组织系统和根据要求安装相应的设备,但其中心设备是GPS接收机。它是一种特制的无线电接收机,用来接收导航卫星发射的信号,并以此计算出定位数据。根据不同性质的用户和要求的功能,要配置不同的GPS接收机。其结构、尺寸、形状和价格也大相径庭。例如:航海和航空用的接收机,要具有与存有导航图等资料的存储卡相接口的能力;测地用的接收机就要求具有很高的精度,并能快速采集数据;军事上用的,要附加密码模块,并要求能高精度定位。

GPS接收机种类虽然很多,但它的结构基本一致。分为天线单元和接收单元两部分。天线单元由接收天线和前置放大器组成。常用的天线形式有:定向天线、偶极子天线、微带天线、线螺旋天线、圆螺旋天线等。前置放大器直接影响接收信号的信噪比。要求噪声系数小、增益高和动态范围大。现时一般都采用FET放大器。接收单元包括有:信号通道、存储、计算与显示控制及电源等部件。信号通道的主要功能是接收来自天线的信号,经过变频、放大、滤波等一系列处理,实现对GPS信号的跟踪、锁定、解调、检出导航有关信息。根据需要,可设计成1至12个通道,以能接收多个卫星信号。其它几个部件的作用,主要是:根据收到的卫星星历、伪距观测数据,计算出三维坐标和速度;进行人机对话、输入各种指令、控制屏幕显示等。

问:GPS系统的工作原理是什么?

答:GPS的工作原理,简单地说来,是利用我们熟知的几何与物理上一些基本原理。首先我们假定卫星的位置为已知,而我们又能准确测定我们所在地点A至卫星之间的距离,那么A点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步,我们又测得点A至另一卫星的距离,则A点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测得与第三个卫星的距离,就可以确定A点只能是在三个圆球相交的两个点上。根据一些地理知识,可以很容易排除其中一个不合理的位置。当然也可以再测量A点至另一个卫星的距离,也能精确进行定位。 以上所说,要实现精确定位,要解决两个问题:

其一是要确知卫星的准确位置;

其二是要准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离。下面我们看看怎样来做到这点。

怎样确知卫星的准确位置

要确知卫星所处的准确位置。首先,要通过深思熟虑,优化设计卫星运行轨道,而且,要由监测站通过各种手段,连续不断监测卫星的运行状态,适时发送控制指令,使卫星保持在正确的运行轨道。将正确的运行轨迹编成星历,注入卫星,且经由卫星发送给GPS接收机。正确接收每个卫星的星历,就可确知卫星的准确位置。

这个问题解决了,接下来就要解决准确测定地球上某用户至卫星的距离。卫星是远在地球上层空间,又是处在运动之中,我们不可能象在地上量东西那样用尺子来量,那么又是如何来做的呢?

如何测定卫星至用户的距离

我们过去都学过这样的公式:时间X速度=距离。我们也从物理学中知道,电波传播的速度是每秒钟三十万公里,所以我们只要知道卫星信号传到我们这里的时间,就能利用速度乘时间等于距离这个公式,来求得距离。所以,问题就归结为测定信号传播的时间。

要准确测定信号传播时间,要解决两方面的问题。一个是时间基准问题。就是说要有一个精确的时钟。就好比我们日常量一张桌子的长度,要用一把尺子。假如尺子本身就不标准,那量出来的长度就不准。另一个就是要解决测量的方法问题。

时间基准问题

GPS系统在每颗卫星上装置有十分精密的原子钟,并由监测站经常进行校准。卫星发送导航信息,同时也发送精确时间信息。GPS接收机接收此信息,使与自身的时钟同步,就可获得准确的时间。所以,GPS接收机除了能准确定位之外,还可产生精确的时间信息。

测定卫星信号传输时间的方法

为了避免采用过多的技术术语,我们先作一个不太恰当的比喻。我们在所处的地点和卫星上同时启动录音机来播放“东方红”乐曲,那么,我们应该能听到一先一后两支“东方红”的曲子(实际上,卫星上播放的曲子,我们不可能听见,只是假想能够听到),但一定是不合拍的。为了使两者合拍,我们延迟启动地上录音机的时间。当我们听到两支曲子合拍时,启动录音机所延迟的时间就等于曲子从卫星传送到地上的时间。当然,电波比声波速度高得多,电波也不能用耳朵来接收。所以,实际上我们播送的不是“东方红”乐曲,而是一段叫做伪随机码的二进制电码。延迟GPS接收机产生的伪随机码,使与接收到卫星传来的码字同步,测得的延迟时间就是卫星信号传到GPS接收机的时间。至此,我们也就解决了测定卫星至用户的距离。当然,上面说的都还是十分理想的情况。实际情况比上面说的要复杂得多,所以我们还要采取一些对策。例如:电波传播的速度,并不总是一个常数。在通过电离层中电离子和对流层中水气的时候,会产生一定的延迟。

一般我们这可以根据监测站收集的气象数据,再利用典型的电离层和对流层模型来进行修正。还有,在电波传送到接收机天线之前,还会产生由于各种障碍物与地面折射和反射产生的多径效应。这在设计GPS接收机时,要采取相应措施。当然,这要以提高GPS接收机的成本为代价。原子钟虽然十分精确,但也不是一点误差也没有。GPS接收机中的时钟,不可能象在卫星上那样,设置昂贵的原子钟,所以就利用测定第四颗卫星,来校准GPS接收机的时钟。我们前面提到,每测量三颗卫星可以定位一个点。利用第四颗卫星和前面三颗卫星的组合,可以测得另一些点。理想情况下,所有测得的点,都应该重合。但实际上,并不完全重合。利用这一点,反过来可以校准GPS接收机的时钟。测定距离时选用卫星的相互几何位置,对测定的误差也不同。为了精确的定位,可以多测一些卫星,选取几何位置相距较远的卫星组合,测得误差要小。在我们提到测量误差时,还有一点要提到,就是美国的SA政策。美国政府在GPS设计中,计划提供两种服务。一种为标准定位服务(SPS),利用粗码(C/A)定位,精度约为100m,提供给民用。另一种为精密定位服务(PPS),利用精码(P码)定位,精度达到10m,提供给军方和特许民间用户使用。由于多次试验表明,SPS的定位精度已高于原设计,美国政府出于对自身安全的考虑,对民用码进行了一种称为“选择可用性SA(Selective Availability)”的干扰,以确保其军用系统具有最佳的有效性。由于SA通过卫星在导航电文中随机加入了误差信息,使得民用信号C/A码的定位精度降至二维均方根误差在100米左右。

采用差分GPS技术(DGPS),可消除以上所提到大部分误差,以及由于SA所造成的干扰,从而提高卫星导航定位的总体精度,使系统误差达到10到15米之内。

GPS技术的错差

在GPS定位过程中,存在三部分误差。一部分是对每一个用户接收机所共有的,例如:卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等;第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差;第三部分为各用户接收机所固有的误差,例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。利用差分技术第一部分误差可完全消除,第二部分误差大部分可以消除,这和基准接收机至用户接收机的距离有关。第三部分误差则无法消除,只能靠提高GPS接收机本身的技术指标。对美国SA政策带来的误差,实质上它是人为地增大前两部分误差,所以差分技术也相应克服SA政策带来的影响。

差分GPS技术消除公共误差原理

假如在距离用户500公里之内,设置一部基准接收机。它和用户接收机同时接收某一卫星的信号,那么我们可以认为信号传至两部接收机所途经电离层和对流层的情况基本是相同,故所产生的延迟也相同。由于接收同一颗卫星,故星历误差、卫星时钟误差也相同。若我们通过其它方法确知所处的三维座标(也可以用精度很高的GPS接收机来实现,其价格比一般GPS接收机高得多),那就可从测得伪距中,推算其中的误差。将此误差数据传送给用户,用户就可从测量所得的伪距中扣除误差,就能达到更精确的定位。

问:常用的GPS应用于哪些领域?

答:最近几年,越来越多普通消费者买得起的GPS接收器出现了。随着技术的进步,这些设备的功能越来越完善,几乎每月都有新的功能出现,但价格在下跌,尺寸也越来越小了。两三年前GPS设备还像艺术品一样令人望而却步,而现在消费者终于可以拥有一款梦想已久的GPS接收器了,还带有以前做梦也想不到的很多先进的功能。

消费类GPS手持机的价格从几百元到几千元不等,它们基本上都有12个并行通道和数据功能。有些甚至能与便携电脑相连,可以上传/下载GPS信息,并且使用精确到街道级的地图软件,可以在PC的屏幕上实时跟踪你的位置或自动导航。

GPS应用于导航

主要是为船舶,汽车,飞机等运动物体进行定位导航。例如:

  • 船舶远洋导航和进港引水
  • 飞机航路引导和进场降落
  • 汽车自主导航
  • 地面车辆跟踪和城市智能交通管理
  • 紧急救生
  • 个人旅游及野外探险
  • 个人通讯终端(与手机,PDA,电子地图等集成一体)

GPS应用于授时校频

  • 电力,邮电,通讯等网络的时间同步
  • 准确时间的授入
  • 准确频率的授入

GPS应用于高精度测量

  • 各种等级的大地测量,控制测量
  • 道路和各种线路放样
  • 水下地形测量
  • 地壳形变测量,大坝和大型建筑物变形监测

GIS应用

  • 工程机械(轮胎吊,推土机等)控制
  • 精细农业

我国的GPS应用发展势头迅猛,短短几年,GPS在我国的应用已从少数科研单位和军用部门迅速扩展到各个民用领域。

下面介绍一些现在最常用的GPS接收器。

1、汽车导航仪

计算机和通信的发展使人们的生活更加快捷、轻松,汽车导航和移动办公已风靡全球,并逐渐成为现代社会中不可缺少的部分。在日本、美国等国家,为了方便用户,很多汽车制造商在车辆出厂时就装配了导航和移动办公设备。在我国,类似产品的研制工作刚刚起步。

汽车导航仪是集计算机、通信导航、地图信息为一体的高科技产品,通常它都具备笔记本PC的基本功能,可以方便地驳接网络、发送传真和数据通信;并且内置GPS接收器,提供GPS天线接口,装载定位导航软件,利用接收到的GPS卫星信号为车辆提供全天候、全时域位置信息,并可以在屏幕上显示当时车辆运行情况。用户可以预先自定义行进路线、路旁标记和航路点,保存预先设定的路线或已走过的路线,以便再次查询。通过查询电子地图,用户能了解某地区的地理环境和交通状况,增加对未来旅途的预测,当发现了一些原地图中没有的道路,可以通过“记录新路”来更新地图。

2、GPS手持机

GPS手持机是利用GPS基本原理设计而成的,体积小巧、携带方便、独立使用的全天候实时定位导航设备。好的手持机必备的条件是:灵敏度高,存贮量大,外部接口齐全。

GPS手持机按用途可分为陆用型、空用型、海用型。图2是一款陆用型GPS手持机。陆用型一般没有内置地图,主要利用航路点记录,选择相应航路点可自动生成路线。内置天线使得机型小巧,它是应用最广的GPS设备;空用型提供全球空域图和地域图,灵敏度极高,适用于在高速行进的飞机中定位;海用型内置全球海图,超大屏幕,提供可固定在船体上的配套支架和天线。

随着科技的不断进步,GPS接收机制作得越来越精致,右面是款卡西欧手表式GPS,是日本卡西欧公司在2000年9月发布的GPS产品“Satellite Navi PRT-2GP”,这款产品仅重84克,可以通过GPS卫星来准确定位佩带者的位置,也可以与计算机终端进行数据交换。

问:GPS的常用术语有哪些?

如果你准备拥有一台GPS接收机,了解下面的常识非常必要。

常用术语

1、坐标

描述你的位置的一组数值,一般有纬度(北或南)和经度(东或西)。UTM坐标系以米为单位测量你离赤道(北或南)和本初子午线(东或西)的距离。另外一个坐标系MGPS(Military Grid Reference Sy stem)也基于UTM,但是把UTM坐标分隔得更细了,它只用在军用的GPS接收器上。

2、2维和3维坐标

你的平面位置,例如经度和纬度,称做2维坐标,至少需要3颗GPS卫星的数据来定位2维坐标。如果因为树木、山峰或建筑物挡住了卫星,你可能只能得到2维坐标。 纬度、经度和速度称为3维坐标,确定它需要至少4颗卫星。几乎所有GPS接收器都以提供3维坐标做为标准。

3、路旁标记和航路点

你可以把一个位置存储为一个路旁标记(landmark)或航路点(waypoint)。它可以是你途中定位的一个位置,也可能是你输入的一个坐标或其他位置,例如目的地。GPS设备会给它一个名称,例如LMKOZ,你也可以用一个容易记住的名称重新命名。

4、位置

当你的接收器根据GPS卫星的信息标出了你的坐标后,它会确定你的位置。许多GPS设备允许你选择标记或存储你的现在位置做为路旁标记或航路点。一些甚至允许你为位置命名或添加一个图标。

5、路线

路线包括开始位置和目的地,同时也有途径的地点。一条路线上的两点之间称为航段。一条路线可由一个或若干个航段组成。如果你徒步旅行,你可以输入一条路线,其中包括方向、计划休息的地点或宿营地,还有你的目的地。有一些GPS 设备允许你反向跟踪路线或设置逆向路线。

路线主要有两种用途:

  1. 如果你去探险或旅行,你可以从高速路地图或一些地图软件中获取地点的坐标。这在以后的旅行中很有用。一些 GPS接收器允许在计算机上设计你的旅线,然后把它载入你的GPS接收器;
  2. 如果你拿着GPS接收器旅行时记录下你走过的地点,回家后可以复制或者下载你的路线并且找出最有价值的景点的位置,或者最适合钓鱼的地点,或者你看见一只珍稀小鸟的地点,或者你在恶劣天气藏身的岩洞位置。如果有队员受伤了,救援队就可以根据确切的坐标找到伤员所在的地方。搜索救援人员可以下载完整的路线来知道探险队所在的位置。

6、高度

如果有足够的GPS卫星可见,一些GPS设备可提供高度信息(海拔)。由于GPS系统本身的特点,高度不如平面坐标那么精确。

7、航向:这是反映沿水平方向GPS接收器移动的方向,并不需要你把GPS接收器确切地指向这个方向。在你移动时可以看到这个值,航向的值是按0~359度顺时针方向分布的,和指南针的值相对应。

8、方位角

如果你选定了一个路旁标志或航路点,想知道从你现在所处位置到它的方向,你就需要知道方位角的值。它是从北方向算起沿顺时针分布的值。如果到你的目的地的方位角是270度,而你的移动方向是240度,你的航线就和目的地有30 度的偏差。如果你是在坐火车,这可能没关系,但如果这个偏差值很大,你需要查看一下地图,说不定你的路线错了。

操作要点

大部分GPS接收器是很容易安装和使用的,用户手册可帮你快速学会怎样装电池、确定初始位置或输入一个位置等。

当你在一个新的地点首次开启GPS接收器时,如果输入一个估计的大概位置(例如邻近的大城市的坐标)将有助于你的设备快速得出卫星所在位置,从而快速定位。如果设备是冷启动的,或者你不在你最后一次存贮位置的附近,一般可能需要15分钟定位;但是,如果你给它一点提示,或者你在上一次存贮位置的附近,一般需要3~5分种定位。

向GPS接收器中输入数据的方式因设备而异,有些是用菜单结合上、下箭头选择的,有些设备则像使用电话机的键盘一样简单。

常见功能

大多数GPS设备的面板上都有一些按钮,引导你到不同的操作选项。也许它们的名称不太一样,但功能都是类似的。它们可能是让你浏览一个导航画面、查看可用的卫星信号,检查位置目录、清单或者到选定目标的方向。最主要的功能就是显示你的位置,包括当前坐标、海拔和时间,如果选定了目的地或路线,它还指示通往目的地的方向。其他常用的功能有导航、菜单、卫星状态、路旁标志或航路点清单/路线清单、设置选项、距离、偏航、上次定位地点、日出/日落时间等。

结合地图使用不同的地图使用不同的坐标系,美国地理最常用的两种地图是:

1、LAT/LONG矢量地图:包括经度、纬度、分和秒;

2、UTM栅格地图,以米为单位。 LAT/LONG是我们最熟悉的形式,地球从赤道到极点的位置被等分为0~90度的北纬或南纬(地球仪上的平行线),而地球从东向西等分为从0~360度的经度(地球仪上的弧线),通过英国格林威治的线,称为本初子午线。用这种坐标人工计算出两点之间的距离是很难的,因为我们生存的地球是椭圆的。

UTM坐标是那些需要精确距离信息的地图使用者的首选。这个坐标系选择一条子午线,标明你在它东面或西面多少米,还有你在赤道南面或北面多少米。

大部分GPS设备在设置时允许你选择LAT/LONG或UTM或其他坐标系作为你的坐标系,当你有了你所在位置的坐标,你可以在地图上查找,从而得知你所在位置的确切地址。当你在地图上找到了目的地时,你可以输入它们的坐标到你的GPS接收器中以形成一条路线。可以利用透明的塑料尺子在TOPO地图或UTM地图上测量,这样更容易估计一个位置的坐标,一些GPS设备有这样的功能:你可以测量一个位置到地图右下角的距离,然后用地图名和刻度为这个位置命名。

性能指标

1、卫星轨迹 这里有24颗GPS卫星沿六条轨道绕地球运行(每四颗一组),一般不会有超过12个卫星在地球的同一边,大多数GPS接收器可以追踪8~12颗卫星。计算LAT/LONG(2维)坐标至少需要3颗卫星。再加一颗就可以计算3维坐标。对于一个给定的位置,GPS接收器知道在此时哪些卫星在附近,因为它不停地接收从卫星发来的更新信号。

2、并行通道

一些消费类GPS设备有2~5条并行通道接收卫星信号。因为最多可能有12颗卫星是可见的(平均值是8),这意味着GPS接收器必须按顺序访问每一颗卫星来获取每颗卫星的信息。

市面上的GPS接收器大多数是12并行通道型的,这允许它们连续追踪每一颗卫星的信息,12通道接收器的优点包括快速冷启动和初始化卫星的信息,而且在森林地区可以有更好的接收效果。一般12通道接收器不需要外置天线,除非你是在封闭的空间中,如船舱、车厢中。

3、定位时间

这是指你重启动你的GPS接收器时,它确定现在位置所需的时间。对于12通道接收器,如果你在最后一次定位位置的附近,冷启动时的定位时间一般为3~5分钟,热启动时为15~30秒,而对于2通道接收器,冷启动时大多超过15 分钟,热启动时为2~5分钟。

4、定位精度

大多数GPS接收器的水平位置定位精度在20m~30m左右,但这只是在SA没有开启的情况下,有些GPS接收器声称它们可以达到这个精度,但是往往有一个小小的标签附在后面:“在SA关闭时”。

你可能会发现,大多数GPS生产商不怎么提及“高度”的精度,因为这是GPS设备中精度最没有保证的方面。据我所知,几乎所有的GPS设备(除非那些专为航海定制的在海拔为0的海平面上使用的设备)在4颗卫星可见的情况下,可以定位高度,但是偏差可能达到3倍。

30m的精度意味着什么?这意味着,当SA关闭时,从统计的角度讲,你的平面定位的位置距离你的实际位置在3 0m之内的概率是95%。GPS接收器工作时是依靠卫星信号到达GPS接收器的时间来定位的(时间X光速=距离)。对于高度读数,这意味着精度在45~100m之间的概率是95%。

如果政府开启了SA(为了安全原因,而且几乎是所有时间都开启着),水平精度在100m之内的概率是95%,高度在300m之内的概率是95%,这可能比你期望值高很多,但不影响你找到想去的街道或那条河流。

5、DGPS功能

为了将SA和大气层折射带来的影响降为最低,有一种叫做DGPS发送机的设备。它是一个固定的GPS接收器(在一个勘探现场100km~200km的半径内设置)接收卫星的信号,它确切地知道理论上卫星信号传送到的精确时间是多少,然后将它与实际传送时间相比较,然后计算出“差”,这十分接近于SA和大气层折射的影响,它将这个差值发送出去,其他GPS接收器就可以利用它得到一个更精确的位置读数(5m~10m或者更少的误差)。

许多GPS设备提供商在一些地区设置了DGPS发送机,供它的客户免费使用,只要客户所购买的GPS接收器有 DGPS功能。

6、信号干扰

要给予你一个很好的定位,GPS接收器需要至少3~5颗卫星是可见的。如果你在峡谷中或者两边高楼林立的街道上,或者在茂密的丛林里,你可能不能与足够的卫星联系,从而无法定位或者只能得到二维坐标。同样,如果你在一个建筑里面,你可能无法更新你的位置,一些GPS接收器有单独的天线可以贴在挡风玻璃上,或者一个外置天线可以放在车顶上,这有助于你的接收器得到更多的卫星信号。

7、物理指标

选购GPS设备时,大小、重量、显示画面、防水、防震、防尘性能、耐高温、耗电等物理指标都要考虑在内。

问:GPS是怎样工作的?

答:前面介绍了GPS的工作原理,我们这里简单回顾一下GPS的工作情况,以加深我们的印象。 GPS技术的基础是精确的时间和位置信息。每个卫星装有运行七万年误差在一秒之内的精确的原子钟,和存有精确的卫星运行轨迹。卫星连续发送时间和位置信息。卫星发射两个载波频率的无线电信号:L1=1575.42MHz,L2=1227.6MHz,在L1载波上调制有1.023MHz的伪随机噪声码(称为粗捕获码,又称标准定位信号SPS或C/A码)和10.23MHz的伪随机噪声码(称为精码,又称精确定位信号PPS或P码),以及每秒50bit的导航电文。在L2载波上只调制有P码和导航电文。使用P码的导航精度高,仅供美国军方使用。

目前商品化的GPS接收机都使用C/A码。全球卫星定位导航系统采用多星高轨测距体制,GPS接收机在同时接收到三颗以上卫星的信号后,由三颗卫星至用户的三个等距离球面的相交即可确定用户的位置。通过对四颗卫星的观测还可定时,并由时钟改正值来修正距离测量误差。卫星发射的L1载波和PRN(伪随机噪声)码都与卫星时钟同步,经过一定的传播延迟后,被接收机接收。接收机将接收到的信号解调,得到延迟后的伪随机噪声码,它与接收机本身产生的伪随机噪声码相比较,即可确定两个码之间的相对位移,即传播延迟t。由传播延迟t即可确定卫星与接收机之间的距离R,R=Ct,C为光速。由于所测得的传播中包含有卫星时钟偏差、用户接收机时钟偏差、信号传播的附加延迟,因此所测得的距离有误差,故称伪距,对伪距进行修正后即可得出接收机至卫星的距离。

GPS导航示意图

地面监控部分包括有:五个监测站、三个注入站和一个主控站。监测站的任务是取得卫星观测数据并将这些数据送至主控站。主控站对地面监测站实行全面的控制。它的主要任务是收集各监测站对GPS卫星的全部观测数据,利用这些数据计算每颗GPS卫星轨道和卫星钟修正值,依次外推一天以上卫星星历及时钟差,并按一定格式转换为导航电文,以便由上行注入站注入到卫星的存储器中,当卫星运行至上空时,把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星中。

GPS系统采用无源工作方式,凡是具有GPS接收设备的用户都可使用此系统。用户设备主要包括GPS接收机、解算处理器和控制监视器。用户接收天线接收到可视范围内三或四颗以上卫星发出的导航信号,信号经接收机解扩、解调处理,控制设备进行信号和信息处理,从中提取卫星星历、距离及距离变化率、时钟校正、大气校正参量等,再用这些数据及其它一些数据解算出用户在空间直角坐标系中的坐标,或转换成用户所需的地理坐标,并在显示器上显示。
 

信息标题:中海达GPS详细说明

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