GPS导航基础应用知识大全从入门到精通文档在线提供.docx
《GPS导航基础应用知识大全从入门到精通文档在线提供.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GPS导航基础应用知识大全从入门到精通文档在线提供.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
GPS导航基础应用知识大全从入门到精通文档在线提供
从入门到精通！
GPS导航基础应用知识大全
来源：
eNet硅谷动力 时间：
2007-11-28
Gps应用知识
1.GPS系统组成
GPSgloabalPositioningSystem，这是美国建的。
主要分三大块，地面的控制站、天上飞的卫星、咱们手里拿的接收机。
先说说设备，卫星是美国准备好的，至于主控站，当然在老美的本土了，在科罗拉多。
三个地面天线，五个监测站，分布在全球。
主要是收集数据，计算导航信息，诊断系统状态，调度卫星这些杂事。
天上，有27颗卫星，距离地面20200公里。
27颗卫星有24颗运行，3颗备用。
这些卫星已经更新了三代五种型号。
卫星发射两种信号：
L1和L2。
L1:
1575.42MHZ,L2:
1227.60MHZ。
卫星上的时钟采用铯原子钟或铷原子钟，计划未来用氢原子钟。
手里，就是接收机了。
大大小小，千姿百态，有袖珍式、背负式、车载、船载、机载什么的。
一般常见的手持机接收L1信号，还有双频的接收机，做精密定位用的。
2.关于GPS接收机
GPS现在一般都是12通道的，可以同时接收12颗卫星。
早期的型号，比如GARMIN 45C就是8通道。
GPS接收机收到3颗卫星的信号可以输出2D（就是2维）数据，只有经纬度，没有高度，如果收到4颗以上的卫星，就输出3D数据，可以提供海拔高度。
但是因为地球自己的问题，不是太标准的圆，所以高度数据有一些误差。
现在有些GPS接收机内置了气压表，比如etrex的SUMMIT和VISTA，这些机器根据两个渠道得到的高度数据综合出最终的海拔高度，应该比较准确了。
GPS接收机的第一次开机，或者开机距离里上次关机地点超过800KM以上，因为接收机里存储的星历都对不上了，所以要在接收机上重新定位。
GPS接收机的使用要在开阔的可见天空下，所以，屋里就不能用了。
手持GPS的精度一般是误差在10米左右，就是说一条路能看出走左边还是右边。
精度主要依赖于卫星的信号接收，和可接收信号的卫星在天空的分布情况，如果几颗卫星分布的比较分散，GPS接收机提供的定位精度就会比较高。
3.定位精度
谈到定位精度，就得说说SA和AS.什么是SA，AS呢？
GPS的信号有两种C/A码，P码。
C/A码的误差是29.3m到2.93米。
一般的接收机利用C/A码计算定位。
美国在90代中期为了自身的安全考虑，在信号上加入了SA（SelectiveAvailability），令接收机的误差增大，到100米左右。
在2000年5月2日，SA取消，所以，咱们现在的GPS精度应该能在20米以内。
P码的误差为2.93米到0.293米是C/A码的十分之一。
但是P码只能美国军方使用，AS（Anti-Spoofing），是在P码上加上的干扰信号。
总之，老美也是挺累的。
发了一大堆卫星用于军用定位。
然后觉得不值，想赚点钱，于是开发信号给民用，精度还不能太高，可精度低了大家又骂娘。
因为GPS掌握在老美的手中，虽说免费使用，可是其他国家用着也不踏实，前两天打阿富汉是，美国就把该地区的GPS信号做了处理，定位精度变低。
俄罗斯有自己的卫星定位系统，全球导航卫星系统（GLObalNAvigationSatelliteSystem）。
欧洲也要发展自己的定位系统NAVSAT。
中国也有自己的卫星定位，叫北斗，是双星系统，只能定位自己国家和附近的地区，而且目前只用于军方。
常见GPS接收器采用的GPS芯片种类
（1）.SiRFstarIIe:
a.LP:
Lowpower，没有LP的已经很少用了。
Sensitivity:
-145dBm,在定位后依然耗电,如HOLUXGM-210。
b.XtracV1:
高感度f/w，Sensitivity高于starIIe/LP,硬件一样。
如HOLUX270U
c.XtracV2:
纠正了V1版本容易漂移的缺点，信号比较贴近现实，如HAICOM的303S、HOLUX231、MINIGPS
（2）.SiRFstarIII:
Sensitivity:
-159dBm（实测约为-154dBm），虽然内建correlator为220000颗,未必更耗电，因为制程从0.18u改成0.13u。
如HOLUX236、HAICOM新款的蓝牙GPS、环天338、丽台9553。
（3）.SonysinglechipsolutionCXD2951:
SONY第三代芯片,只有他们是RF跟baseband包在一起的,Sensitivity:
-152dBm。
（4）.NemerixNJ1006（RF）+NJ1030（Baseband）
Sensitivity:
-147dBm,省电王,采用此芯片的GOPASSGPT-700，850AMH的锂电池都有20个小时的表现。
（5）.Evermore:
台湾本地的IC,性价比好，采用此芯片的HAICOM303E,性能表现优于HOLUX270U。
（6）RFMD：
MicroDevices（RFMD）业界首个高集成度蓝牙/GPS解决方案——RF8900，该设计将蓝牙通信和GPS技术集成在一个完整的系统中。
据称该产品与同类产品相比可减少20%的尺寸，并使成本降低25%，据传RIKALINE的6033将采用这个芯片。
（7）.Garmin:
牌子老，信用好。
老板台湾人，研发美国制造台湾，其老板也跻身世界500富豪行列。
如GARMIN的手持机GPS。
1．GPS芯片：
目前国际上常用（常见到的/较流行的）GPS模块（OEM板）上的主芯片主要有3种。
（1）美国SIRF（Sirf）
（2）SONY（索尼爱立信/索爱）芯片
（3）瑞士NENEM公司NEMERIX芯片
2．三代芯片的核心：
芯片硬件大同小异，只是内部软件起主要作用。
所谓三代的核心技术只是在2代的基础上提高改进了软件的算法，就好比初、高中物理课上计算加速度/速度用的公式，但到了大学高等数学中导数、积分来计算同一道加速度/速度的物理题，方法（算法）不同，所用时间大不一样，体现了中学和大学的区别，就好像2代和3代一样。
其次是硬件也提供了质量标准。
3．三代芯片软件主要功能：
3代芯片软件提高升级：
（1）算法改进提高搜星/定位速度时间。
（2）通过软件滤波器提高抗干扰性能、信噪比及接收有效星颗数。
（3）有的芯片实现软件DR航迹（转迹）推算，提高抗高楼、树荫、桥下遮挡及隧道功能。
（4）软通道搜索，搜索提高可视卫星的通道数（可以12—24颗），人员、车辆、上下坡、姿态发生变化时、飞机、船舶星历状态发生变化时仍能继续定位。
4．三代芯片硬件改进：
（1）芯片功耗降低，体积减少（与2代比）。
（2）提高抗干扰能力，全屏蔽或双芯片分开。
5．GPS模块与产品：
GPS产品多种多样，但不一定用三代芯片就全都好了，三代芯片只不过是GPS产品的核心部件，如同人的心脏、大脑，还要与其它元件相匹配（天线、放大器、滤波器，甚至导线、接头等看起来无关紧要元件）。
6．天线是重要因素：
手持、PDA、蓝牙、G-Mouse等常见的GPS产品中都要用到GPS天线，无论有源、无源甚至全向天线，十几个性能指标中，夹角（1600最大全向天线除外），放大器dB数，阻抗范围，材质，抗干扰能力与模块匹配决定了整个产品的性能，甚至飞机上接2-3个天线（上、下面均有），有些在车内、车底部也很好定位。
也就是说，3代模块很好，天线不匹配可能不如搭配好2代产品。
7．通道数：
3颗星二维，4颗星三维定位，这是GPS基本原理，我们在地面上使用是11-12颗（因为天线160度夹角），全向天线也就12颗，到了天空飞行器（物体）可以多收几颗（一定全向或二个以上天线），但也是从中取3-4颗信号最强、距离最近的有效卫星进行运算定位，不少军用GPS都是5个通道，只是用4个通道定位，1个通道快速搜索所有可视卫星，并与其中4颗有效星比较，高出其中一个就替换，这样就保持4颗最强信号卫星。
因此不是通道越高越好，一般地面上12颗就够了，什么16、18、20、24……都是软通道，是体现最多可搜索可视卫星的颗数，没有什么实际意义。
8．感应度（dB数）：
GPS接收信号的感应程度（-150—195dB）各厂家标准不统一，有的是模块，
有的是模块含天线，有的是平均值，有的是峰峰值（最大值），此值是在屏蔽室内用专用仪器测试，与大家实际环境（电场、磁场、高压、微波、地磁……）有很大区别，因此该指标相差3-5dB，均属同数量级无关紧要，只是个大概齐参考。
9．三代产品明显优势特点（实际效果）：
使用者只要对三代芯片具体技术指标一般了解即可，而更主要比较观察是否有以下特征。
（1）定位时间快：
无论冷启动、温启、热启，重捕时间均快5-30秒钟（与二代相比），实际上大部使用者也不差这十几秒钟。
（2）高感度：
即在高楼、树荫、桥下、遮档、遂洞、窗口、车内，甚至车底盘下仍可很快定位收4颗以上卫星。
常说：
有点天空就可定位（单星定位），也就是《给点阳光就灿烂》。
（3）抗干扰性能：
高压线、电场、磁场、高速动态、微波、手机，同频干扰的环境下仍能正常工作。
（4）功耗低、省电：
降低了功耗，甚至有睡眠状态（静态不工作），可以节电，提高产品待机时间。
（5）体积小，性能价格比好：
体积小，重量轻，这是社会的需求和发展趋势，可以扩大更多的应用范围和领域。
实际上三代芯片价格应该与二代相同，甚至应更低，但功能提高很多，T-38（16通道，3代）200-300元/块。
不同GPS产品在性能上的差异主要取决于核心芯片。
您在购买GPS时所看到的各项技术指标都是由GPS芯片决定的，GPS未来的发展也是有核心芯片技术决定的。
在这里想讲一个题外话，GPS接收机的性能很大程度上受天线技术影响，但是天线千差万别，用户只需要了解天线技术的类型就可以了。
GPS天线主要有螺旋天线和平板天线。
前者方向性不强，但增益也相对较小；后者具有较强的方向性，但增益也较强，适合平放在固定的地方使用。
当然，天线的尺寸越大效果越好，部分产品配备了可以外接的高增益天线，这类天线普遍采用螺旋天线，因为外接天线尺寸变大以后，增益不成问题，对方向性更敏感。
1.GPS芯片的发展和展望
2003年以后GPS芯片产业如雨后春笋般呈现出一种蓬勃发展的局面。
目前设计生产GPS芯片的厂家超过10家，包括美国SiRF（瑟孚）、Garmin（高明）、摩托罗拉、索尼、富士通、飞利浦、Nemerix、uNav、uBlox等。
2005年SiRF收购了摩托罗拉的GPS芯片业务，未来将合作在摩托罗拉的智能手机中集成GPS功能。
无独有偶，高通公司在增强型3G手机芯片CDMA2000EV-DO中也设计了集成的GPS功能。
Nextel公司也正在使用SiRF的技术来实现其手机中的GPS功能。
美国已经通过了法律，要求移动电话制造商在2007年必须把GPS接收机集成到产品中去，以提供定位和紧急呼叫功能，2007年已经是3G的时代。
可见，尽管现在集成GPS功能的手机尚未进入主流市场，但是将来3G手机的中高端机型会普遍集成GPS功能。
2005年7月，以归国博士周文溢为核心的5名海外学人创业的西安华迅公司也推出了国内第一块GPS芯片。
尽管厂商林立，目前在非独立式GPS领域中SiRF的地位就如同PC产业中的英特尔，主流产品几乎全部采用SiRF芯片。
因此，读者只要了解SiRF芯片的几个主要型号就可以了解非独立式GPS的核心技术差异。
另外，Garmin在独立式GPS设备市场中占有半壁江山，主要采用Garmin自己的芯片产品。
Garmin公司很像IT领域中的IBM，从地图软件到GPS设备、到核心芯片，是一个产业垂直集成的公司。
在一些非独立式GPS领域，Garmin也使用SiRF的芯片。
新兴的GPS芯片公司几乎在原有市场中都很难有立足之地，他们把目光主要瞄准了未来集成GPS的各种IT设备，如手机、数码相机、PDA、笔记本电脑，甚至U盘。
如果和计算设备集成在一起，GPS芯片的很多功能可以通过软件完成，成本可以进一步降低。
早在2004年SiRF公司就已经推出了这样的简化产品?
?
软件GPS。
近期飞利浦也发布了类似产品，可以支持ARM处理器、Xscale处理器、x86处理器，完成各种GPS处理任务。
集成的软件GPS成本只有4～5美元。
GPS的种类介绍
1.非独立式GPS
笔记本电脑使用的GPS接收机有蓝牙、CF（CompactFlash）、USB等3种接口，配合PDA使用的还有SDIO接口的。
这些GPS没有显示屏，不能独立使用，通过NMEA协议标准将定位信息提供给计算设备。
这些非独立式GPS的制造商大多是新兴的电子设备制造商，很多知名制造商都来自中国台湾省，如长天科技（Holux）、丽台科技（LeadTek）等。
2.GPSMouse
USB接口的GPS接收机也被称为GPSMouse，价格最便宜。
GPSMouse把GPS模块、天线和串口/USB口转换芯片集成在一起，通过一段1～1.5m的线缆连接到笔记本电脑的USB口。
USB接口既可以传递GPS定位信息，也可以向GPS模块供电。
GPSMouse非常适合笔记本电脑车辆导航，但是不适合步行时使用。
在车辆导航时，GPSMouse可以放到车外并吸附到车顶上，最大限度地接收GPS信号（优质的汽车玻璃含有金属成分以抵挡紫外线，会降低GPS信号强度）。
细心的读者也许从前面的介绍中注意到，GPSMouse中有一个串口/USB口转换芯片，这岂不是画蛇添足，直接把GPS模块设计成USB接口不就完了？
这一“画蛇添足”的设计起因在于GPS数据接口协议NMEA-0183，这一协议把GPS的数据接口定义为4800bps的串行数据总线。
绝大多数的电子地图软件都通过NMEAV2.0以上标准读取串口上的GPS信息。
如果GPS直接设计成USB口，就会有兼容性问题，而通过串口/USB口转换芯片，在计算设备上再安装驱动程序，就可以把USB口模拟成串口，兼容性非常好。
事实上，CF口和蓝牙的GPS接收机也都要模拟成串口，才能被电子地图软件识别。
除了NMEA数据接口协议外，最为知名的是Garmin公司GPS的专用Garmin协议。
Garmin自己的地图软件都只支持Garmin协议，另外GoogleEarthPro/Plus和OziExplorer目前也支持Garmin协议。
3.CF接口GPS
CF口GPS主要是为PDA设计的，不过现在的PDA越做越小，已经逐渐放弃CF口而改用SD口。
CF口通过转接卡可以接入笔记本电脑的PCMCIA接口，因为没有线缆连接，使用起来比USB接口更为方便，优势主要体现在步行使用中。
在车用导航时，CF口GPS可以通过外接天线实现GPSMouse灵活摆放的特性（通过把天线摆放到合适的位置以接收到足够强的GPS卫星信号）。
当然，CF口GPS的价格也略高，一般在500～600元。
由于CF口GPS最初主要面向PDA设计，留给我们的后遗症就是部分产品的驱动程序和笔记本电脑上的操作系统兼容性不好，甚至根本不能安装，用户在购买时最好先安装调试再付款。
4.蓝牙GPS
蓝牙GPS接收机是2005年的明星，通过无线连接笔记本电脑、PDA甚至智能手机都非常方便，又可以实现灵活摆放的特点，因此受到了用户普遍欢迎。
由于蓝牙标准本身就有模拟串口的功能，所以在电子地图兼容性方面也比较好，不过有时也有不兼容问题。
蓝牙GPS的缺点是需要配备电池并经常充电，而且很多用户不熟悉蓝牙设备的软件设置方法。
加之价格略高（800元上下），应用还不够普遍。
不过，随着越来越多的笔记本电脑集成蓝牙功能，蓝牙GPS有望成为市场上的主流产品。
5.独立式GPS
其实，最早的民用GPS都是可以独立使用的GPS设备。
这类设备又可以分为手持式、车载式，有独立显示屏用于显示地图或航点航迹信息，大部分有集成的电子地图功能（俗称地图机），体积一般也比较大，价格从1000～9000元不等，功能差异很大。
独立式民用GPS最著名的2家供应商都来自美国，分别是高明（Garmin）和麦哲伦（Magellan），在国内可以买到他们的产品。
此外还有欧洲的TomTom在车载GPS领域中比较著名。
独立式GPS一般也具有数据接口和笔记本电脑进行连接，接口大多为串口，部分采用USB口或蓝牙接口。
这些接口的主要目的并不是为了把定位信号实时传递给计算设备，而是为在GPS设备和计算机之间复制航迹和地图等信息，因此在连接笔记本电脑传递定位信息时都不太方便。
笔记本电脑已经很少配备串口，因此连接串口需要串口/USB口转换器，并安装驱动程序把USB接口模拟成串口。
独立式GPS一般不会连接笔记本电脑一起使用，除非不是地图机，或者没有特定地区的GPS地图。
在配合笔记本电脑使用为主的应用模式下，我们也不推荐使用独立式GPS。
现在，有越来越多的PDA厂商加入独立式GPS的阵营，推出集成GPS接收机和电子地图的产品。
尽管在应用上PDAGPS和传统的独立式GPS地图机很接近，但是这些产品都是通用的处理器、操作系统和电子地图软件，在架构、功耗、坚固性和防水性等方面也明显有别于传统独立式GPS。
因此，本刊把这样的产品定义为“GPS嫁接PDA”的范畴，在今后的专题中讨论。
购买GPS时需要了解的方面
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20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20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20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。
4、定位精度：
大多数GPS接收器的水平位置定位精度在2.93m～29.3m左右。
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。
各卫星系统介绍：
很多人都知道美国的全球卫星导航系统“GPS”，却不知道俄罗斯的全球卫星导航系统“格洛纳斯（GLONASS）”，中国的全球卫星导航系统“北斗系统”（严格说，北斗系统还不能称为全球卫星导航系统，只能称卫星定位系统），和欧洲的全球卫星导航系统“伽利略（Galileo）”。
在这里给大家做一个简单的介绍和比较，好让大家更好的了解全球卫星导航系统的历史，现状和未来。
1）历史渊源
GPS：
20世纪70年代，随着美苏军备竞赛的升级，美国的军事领域迫切需要能够在世界范围精确定位的系统。
美国国防部不惜斥资120亿美元研制军用定位系统。
1978年，美国成功发射了第一颗用于GPS系统的卫星，经过20多年的建设，1994年建设完毕。
格洛纳斯：
几乎和GPS同时开始同时建成。
北斗系统：
上世纪八十年代中期开始，2003年建成。
伽利略：
99年提出计划，05年末头一颗卫星升空，预计2008年投入初步使用。
2）覆盖范围
GPS：
全球全天候
格洛纳斯：
全球
北斗系统：
覆盖我国本土及周边国家。
覆盖范围东经约70°一140°，北纬5°一55°
伽利略：
全球（未建成）
3）卫星数量
GPS：
24颗
格洛纳斯：
24颗（因经费问题，经常运行的数量达不到设计数量，最少时仅仅有6颗在运行，目前有17颗正在运行）
北斗系统：
3颗
伽利略：
27颗运行卫星和3颗预备卫星（未建成）
4）定位精度
GPS：
定位精度10米
格洛纳斯：
定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m
北斗系统：
三维定位精度约几十米
伽利略：
定位误差不超过1米
5）可容纳用户容量
GPS：
GPS是单向测距系统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此可容纳无限多用户
格洛纳斯：
无限多
北斗系统：
由于北斗导航系统由于是主动双向测距的询问--应答系统，用户数量不能超过100万
伽利略：
无限多（未建成）
6）用户范围
GPS：
军民两用，军用为主
格洛纳斯：
军民两用，军用为主
北斗系统：
军民两用，民用为主
伽利略：
军民两用，民用为主
7）商业开发情况
GPS：
较早，非常充分
格洛纳斯：
不充分，在中国几乎没有
北斗系统：
刚起步，预计到2008年有三十万用户
伽利略：
刚开始建设，因合作者众多，前景看好
另外还有各系统的工作原理也各不相同，使用目的也有细微的差别，各自都有一些独自的特点。
因太过专业就不多做介绍了。
全球定位系统的研制和应用是各个大国和地区实力的象征，到现在还只有美俄中欧有这种实力，另外日本也有研发计划。
它除了在军事上的应用以外还能为拥有国带来巨额的财富和很多的就业机会，因此就成为了大家争相投资的对象，从以上的分析我们不难看出现在的全球定位技术还是以美国最为先进和全面；俄国由于经费和民用市场开发较晚紧随其后；中国由于战略目的和美俄的不同仅限于东亚的局部；欧洲不甘落后，不愿受制于美国，以及想成长为能和美国平起平坐的一极的愿望使欧洲采取更为开放的理念更为先进的技术迎头赶上。
因此我们不难看出全球定位系统不单单只限于技术的层面，更是各国在政治，军事，科技，经济等层面的较量和竞争。
现
升级会员 