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GPS基础知识大全
GPS基础知识大全
一、GPS扫盲
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。
现在我来谈一下我的一些GPS使用办法和经验，希望其他朋友能继续补充。
首先大家要弄清使用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（UniversalTransverseMercator）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SelectiveAvailability（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（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noSA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.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（LandmarkorWaypoint）
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（见5）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（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（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（Activityroute）。
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（Sunset/raisetime）
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（Plottrail）
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”（Traceback）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。
然后介绍一下GPS的主要使用方法：
GPS比较费电池，多数GPS使用四节碱性电池一直开机可用20-30小时，说明书上的时间并不是很准确的，长时间使用时要注意携带备用电池。
大部分GPS有永久的备用电池，它可以在没有电池时保证内存中的各种数据不会丢失。
由于GPS在静止时没有方向指示功能，所以同时带上一个小巧的指北针是有用的。
标记路标时，GPS提供一个默认的路标名，比如LMK001之类，难于记忆，虽可改成一个比较好记一些的名字，但一是输入不便，用上下箭头选字母很费劲，二是一般只能起很短的英文名字，比如6或9个字母，仍然不好记，同时再带上一个小的录音机/采访机随时记录，是个不错的主意。
1.有地图使用
GPS与详细地图配合使用时有最好的效果，但是国内大比例尺地图十分难得，GPS使用效果受到一定限制。
“万一”你有目的地附近的精确地图，则可以预先规划线路，先做地图上规划，制定行程计划，可以按照线路的复杂情况和里程，建立一条或多条线路（ROUTE），读出路线特征点的坐标，输入GPS建立线路的各条“腿”（legs）,并把一些单独的标志点作为路标（Landmark/Waypoint）输入GPS。
GPS手工输入数据，是一项相当烦琐的事情，请想一下，每个路标就要输入名字、坐标等20多个字母数字，每个字母数字要按最多到十几次箭头才能出来，哈哈，这就是有人舍得花很多钱来买接线和软件，用计算机来上载/下载数据的原因。
带上地图！
行进时用一是利用GPS确定自己在地图上的位置，二是按照导向功能指示的目标方向，配合地图找路向目标前进。
同时一定要记录各规划点的实际坐标，最好再针对每条规划线路建立另一条实际线路，即可作为原路返回时使用，又可回来后作为实际路线资料保存，供后人使用。
2.无图使用这是更为常见的使用方式。
1.）使用路点定点：
常用于确定岩壁坐标、探洞时确定洞口坐标或其他象线路起点、转折、宿营点的坐标。
用法简单，MARK一个坐标就行了。
找点：
所要找的地点坐标必须已经以路标（landmark/waypoint）的形式存在于GPS的内存中，可以是你以前MARK的点或者是从以前去过的朋友那里得到的数据，手工/计算机上载成的路标数据。
按GOTO键，从列表中选择你的目的路标，然后转到“导向”页面，上面会显示你离目标的距离、速度、目标方向角等数据，按方向角即可。
2.）使用路线输入路线：
若能找到以前去过的朋友记录的路线信息，把它们输入GPS形成线路，或者（常见于原路返回）把以前记录的路标编辑成一条线路。
路线导向：
把某条路线激活，按照和“找点”相同的方式，“导向”页会引导你走向路线的第一个点，一旦到达，目标点会自动更换为下一路点，“导向”页引导你走向路线的第二个点...若你偏离了路线，越过了某些中间点，一旦你再回到路线上来，“导向目标”会跳过你所绕过的那些点，定为线路上你当前位置对应的下一个点。
3.）回溯回溯功能实际是输入线路（route）的一种特殊方法，它在原路返回时十分好使。
但有些注意事项，见“7.足迹线”
说一下我喜欢的使用方式：
首先我把坐标显示格式设为"hddd.ddddd"形式，这样经度最低位数字变1，对应东西向移动了0.85米，纬度最低数字变1，对应南北方向移动了1.1米。
另外对于携带一个采访机，标记路标后不改变其默认名字，而是录音记录这个路点名字、时间和地点描述。
在一条路线的起始处标记一个路点，清空以前标记的“足迹点”，设置“足迹线”记录方式为自动，一直开机，在路线转折处、有明显地面标志处及其他需要标记处标记（MARK）路标（Waypoint），并做录音说明。
一直到达营地，标记营地，把用“回溯”功能把当日“足迹线”存成一条线路，并把此线路做拷贝，更名（Rename）所涉及的个路点，以免此路线被下次“回溯”冲掉，如果并不原路往回返，取消“回溯”路线的被激活状态（回溯路线自动被激活）。
再把“足迹点”的形状抄到纸上，关机。
第二天出发时，仍然按前一天出发时一样操作。
如果是沿原路返回，那么激活前一天设的回溯路线，并结合沿途定的路标点，使用导向功能返回。
行程结束，回到城里后，根据录音，把GPS记载的数据整理成线路描述文件保存，以后别人就可以使用这组数据走这条线路了。
由于国内大比例尺不宜得到，所以朋友们每次出去玩希望都能带一组正确数据回来，有地图时整理一套地图+实测路线坐标，没地图时整理一套线路描述+实测坐标，发到网上，逐渐积攒起来，形成咱们自己的地理数据库，以后再有朋友走这条线路就可以免除雇向导和迷路之苦了！
什么是GPS呢？
我想大家都知道它是一种卫星定位系统，但是怎样才能根据自己的所需选购适合自己的GPS产品呢？
让我们一起来了解GPS的运行原理和GPS的分类。
1、导航GPS是用于定位、导航产品。
按运载体分：
手持/车载、船载、航空机载、航天（弹载、箭载、星载）
按精度分：
普通导航（10米以内精度）、精密导航（米级精度）高精度导航（厘米极精度）
按动态要求分：
低动态、中动态、高动态应该说GPS的应用是非常广泛的，人们对其需求也是多种多样的，我们将提供您全面的最佳解决方案。
2、什么叫导航
导航是一个技术门类的总称，它是引导飞机、船舶、车辆以及个人（总称作运载体）安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地的一种手段。
导航的基本功能是回答：
我现在在哪里？
我要去哪里？
如何去？
导航应由导航系统完成，包括装在运载体上的导航设备以及装在其他地方与导航设备配合使用的导航台。
从导航台的位置来看，主要有：
陆基导航系统：
即导航台位于陆地上，导航台与导航设备之间用无线电波联系。
星基导航系统：
导航台设在人造卫星上，扩大覆盖范围。
导航是人类从事政治、经济和军事活动所必不可少的信息技术。
今天，随着人类活动的发展，对导航的要求越来越高。
3、导航的发展过程
人类最初的导航，只能通过石头，树，山脉等作为参照物，渐渐发展到天文观测法，即通过天上的太阳，月亮和星星来判断位置。
而中国四大发明之一的指南针是人类导航领域的一个里程碑。
无线电导航的发明，使导航系统成为航行中真正可以依赖的工具，因此具有划时代的意义。
4、GPS系统组成
GPSgloabalPositioningSystem,这玩意是美国人搞的。
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。
简单唠叨唠叨。
先说说设备，当然大个的都是老美给咱准备好的，地上，有一个主控制站，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，比我的手表准。
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。
全球定位系统（GlobalPositioningSystem-GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，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。
经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。
随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
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发展
在卫星定位系统出现之前，远程导航与定位主要用无线导航系统。
1、无线电导航系统
●罗兰--C：
工作在100KHZ，由三个地面导航台组成，导航工作区域2000KM，一般精度200-300M。
●Omega（奥米茄）：
工作在十几千赫。
由八个地面导航台组成，可覆盖全球。
精度几英里。
●多卜勒系统：
利用多卜勒频移原理，通过测量其频移得到运动物参数（地速和偏流角），推算出飞行器位置，属自备式航位推算系统。
误差随航程增加而累加。
缺点：
覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不高。
2、卫星定位系统
最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统（Transit），1958年研制，64年正式投入使用。
由于该系统卫星数目较小（5-6颗），运行高度较低（平均1000KM），从地面站观测到卫星的时间隔较长（平均1.5h），因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。
为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求。
1973年美国国防部制定了GPS计划。
3、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原理
1、GPS系统的组成
GPS由三个独立的部分组成：
●空间部分：
21颗工作卫星，3颗备用卫星。
●地面支撑系统：
1个主控站，3个注入站，5个监测站。
●用户设备部分：
接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。
GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。
2、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。
如图所示，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：
此主题相关图片如下：
上述四个方程式中待测点坐标x、y、z和Vto为未知参数，其中di=c△ti（i=1、2、3、4）。
di（i=1、2、3、4）分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。
△ti（i=1、2、3、4）分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。
c为GPS信号的传播速度（即光速）。
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。
Vti（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。
DGPS原理
目前GPS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，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（RealTimeKinematic）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。
5、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GARMIN45C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。
6、定位精度
谈到定位精度，就得说说SA和AS.
什么是SA，AS呢？
别急，这还得从头说起，要不然你也不好明白。
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。
所以说，还是要尽快开发出自己的GPS系统。
这样才不能时刻受到老美的管制。
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。
二、GPS应用知识
今天讲的东西比较枯燥，但是有用啊，可以拿去和别人神侃。
1.GPS的设置
GPS拿到手，如果是新机器要定位，上次已经提到了。
另外，还有一些设置，常用的有坐标系、地图基准、参考方位、公制/英制、数据接口格式什么的。
坐标系：
常用的是LAT/LON和UTM。
LAT/LON就是经纬度表示，UTM在这里就不管他了。
地图基准：
一般用WGS84。
参考方位：
就是北在哪里。
北在哪里呢？
实际上有两个北，磁北和真北呀（简称CB和ZBY）。
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