1、GPS 普及讲座引言自从人类诞生以来，就一直为出行问题困扰：我在哪里？应该向哪个方向走？从远古时候起人类就开始用标记的方法来记录线路，不过这种普通标记物有很多缺点：万一标记物被雪盖住怎么办？如何用标记物标记不同的线路？虽然后来地图被发明了，不过在过去的几千年中，使用地图及确定位置依然是只有专业人员才能完成的事情。 时光进入 20、21 世纪，这个问题终于有了一个简单的解决办法，那就是 GPS-全球定位系统。GPS 系统的使用带来了导航、测量、地图制作行业一系列的革命，并广泛应用于各行各业，这些例子大家在电视、报纸和杂志上已经看到很多了。GPS 系统原理的三个方面：1. GPS 的产生背景和历史
2、演变2. 基本的信号结构、误差及准确率3. 数据处理技术-如何提高定位准确率第一节 GPS 的产生背景和历史演变那么 GPS 全球定位系统究竟是什么东西呢？它是一套美国军方设计的，以航天技术为基础的导航与定位系统。这套系统可以使美军士兵独立测定精度为 10 米以下的自己的位置。这个“ 独立测定 “非常重要：在实际使用中，如果这套系统需要士兵发射电波确定自己位置的话，会很容易地被敌方侦测到自己的实际位置，所以整个地面接收系统需要完全被动接收信号。现在我们国家的北斗卫星导航系统还不能做到这一点：北斗卫星的用户需要通过无线电发射位置请求信息到卫星，并从卫星接收自己的位置信息。由于美国全球战略的需要，
3、这套系统需要覆盖全世界，并且的用户接收端的成本要非常低，因为系统的设计要求是每个士兵、每台军车都要安装接收系统。一、 频率与定位精度GPS 并不是世界上第一个无线电导航系统，早在第二次世界大战以前，就已经出现了无线电导航系统。最早人们采用的是长波信号，波长长达 26 公里，因为长波信号可以轻易地被电离层反射，所以美国的 OMEGA 系统用了八个发射器就把信号覆盖了全球。不过因为信号波长比较长，定位精度受到很大影响：OMEGA 系统的精度只有六公里。为提高定位精度，只有提高无线电信号频率，但是借助电离层反射的全球覆盖就受到了影响：波长越短的信号，直线传输特性越强，同时不能被电离层反射：通过把波长
4、减小到 2.6 公里，LORAN 系统倒是把定位精度提高到 450 米了，可全球只有 10%的面积被信号覆盖。自从 1957 年有了卫星，科学家的兴趣自然就转到这上面来了：卫星可以发射短波长信号，穿透电离层覆盖半个地球的面积。从 20 世纪 60 年代开始，美军就不断地试验并改进以卫星为基础的无线电导航系统，从最早的 TRANSIT，到 NAVSTAR, 一步一步地把 GPS 系统进行完善并降低接收系统成本。随着接收系统的成本不断降低，很多有商业头脑的人预见到了 GPS 系统的民用市场的广大，把 GPS 扩展到民用的呼吁在美国国内越来越高。不过最终促成此事的是一桩悲剧：1983 年，韩国的 K
5、AL-007 航班因为迷航误入前苏联领空，被前苏联战斗机击落，机上乘客和机组人员无一生还。那会儿 GPS 还没有投入民用，民用航班的导航主要靠无线电信标，万一地面信标站或机上系统有故障，那麻烦就大了。于是美国前总统里根于 1984 年正式宣布：开放 GPS 信号的民间使用，无偿提供服务。从 1989 年 2 月开始，真正用于实用的 BLOCK II 卫星开始发射升空。到 1993 年 12月，美国国防部宣布 GPS 系统初步完成，由 24 颗 BLOCK I 和 BLOCK II 卫星组成。1995 年 7 月，美国国防部宣布 GPS 系统完全完成，由 24 颗 BLOCK II 卫星组成。二
6、、 GPS 系统组成整个 GPS 系统由三部分组成：控制部分，空间部分，用户端空间部分和控制部分由美国军方维护，主要是保证卫星正常工作及其发送的信号准确无误。用户端就是大家平常用的 GPS 接收机，虽然形式多种多样，但基本操作都是接收卫星信号并计算接收机所在位置。在空间部分，美军布置了 24 颗 BLOCK II 卫星，由 ROCKWELL 公司制造，星重 900公斤，包含太阳能极板为 5 米宽，设计使用寿命为 7.5 年。卫星轨道距地面 20200 公里，轨道面与地球赤道面夹角为 55 度，轨道面之间与赤道面的交线的夹角为 60 度，每个轨道面布置 4 颗卫星，所以总卫星数是 6 个轨道面乘
7、以 4 为 24 颗。其中 21 颗正式使用，3 颗备用。每颗卫星每 12 个小时绕地球一周。三、 GPS 定位原理GPS 接收机的定位实际是就是通过计算接收机距不同卫星的距离来完成的：如果接收机知道它离第一颗卫星的距离，接收机在宇宙中可能的位置就是一个球；如果接收机同时知道它离第二颗卫星的距离，接收机可能的位置就是两个球的交线；如果接收机同时知道它离第三颗卫星的距离，那么接收机的可能位置就是三个球的两个交点。那这两个交点到底哪个是真正的位置点呢，其实非常好判断：一个点在距离地表 10 公里之内，一个点在距离地表几千公里以外，你说哪个是？那么大家都知道，GPS 需要至少四颗卫星来定位，那这第四
8、颗卫星是怎么回事呢？四、 第四颗卫星的用处无线电波以每秒 30 万公里传输，从卫星发射信号到接收机收到信号，只需要大概0.06 秒。如果接收机的时间精度是百万分之一秒，那末折算出来的距离误差就是300000000/100000000=300 米。在卫星上的钟是四个原子钟，精确地同步到精度为几十亿分之一秒。可接收机的时钟是普通石英钟，精度远达不到百万分之一秒，如果也用原子钟的话，重量咱们先不说，每个原子钟造价是二十万美金，那还有谁用的起呀？所以，第四颗卫星的信号实际上是提供时间基准，给 GPS 接收机用来计算接收机距离其他三颗卫星的距离：有了时间基准，接收机就可以测量从其他三颗卫星到达接收机的时
9、间，然后把时间转换成距离。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，即 DGPS,其原理是将一台 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。 伪距差分原理 这是应用最广的一种差分。在基准站上，观测卫星，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
10、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。 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。大地基准面（Datum）椭球体基准面(WGS84) 高度投影：从球面坐标到直角坐标经纬度 【投影】= 直角坐标直角坐标系的好处：直观、可以快速手工计算距离、方向；常见基准面和投影方法WGS 84 基准面，北京 54 基准面，西安 80 基准面
11、。 高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger)，又叫横轴墨卡托投影(Transverse Mercator)。6 分带通用横轴墨卡托投影 UTM。Lambert 投影系主要知识点回顾地球是不规则的“土豆状”球体。高度的计算是基于“虚拟”椭球体和大地基准面的定义。WGS 84 是 GPS 常用的基准面，它和国内常用的北京 54、西安 80 坐标系使用不同的椭球体和基准面。经纬度坐标可以通过投影变换转成直角坐标如 UTM 坐标。对于户外穿越，我们推荐尽可能的使用 WGS84 基准面和 UTM 坐标。GPS 卫星及轨道分布GPS 信号及用途定位：三颗星信号可以计算（X ，Y ，T） ；四颗星信号可
12、以计算（ X，Y，Z，T） 。最精确的民用时间计量器，误差百万分之一秒。用 GPS 进行定位的质量监控 （三颗星计算 X,Y；四颗星计算 X,Y,Z)1 GPS 系统组成GPS gloabal Positioning System,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
13、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。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
14、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
15、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？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 (Selective Availability)，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
16、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(GLObal NAvigation Satellite System)。欧洲也要发展自己的定位系统 N
17、AVSAT。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。GPS 导航技术的新进展美国的全球定位系统（GPS）导航卫星正在逐步现代化。GPS 从美国空军的导航辅助设备开始，逐渐发展成军民两用的一种重要技术。GPS 的精确位置与定时信息，已成为世界范围各种军民用、科研和商业活动的一种重要资源GPS 卫星的发展及信号的改进 GPS 导航卫星自 1978 年发射以来，其型别已由第，和A 批次发展到R 批次。第，和A 批次卫星共有 40 颗，是由罗克韦尔公司制造的，而 20 颗R 批次卫星则由洛克希德 马丁公司制造。波音公司在 1996 年收购了罗克韦尔
18、的航空航天和防务业务，目前正在制造 33 颗更先进的F 批次卫星。美国还在考虑发展采用点波束的新一代 GPS 卫星（GPS-） 。GPS 从 1994 年全面工作以来，改进工作一直在进行中。这是因为民用用户要求 GPS 具有更好的抗干扰和干涉性能、较高的安全性和完整性；军方则要求卫星发射较大的功率和新的同民用信号分离的军用信号；而对采用 GPS 导航的“ 灵巧“武器，加快信号捕获速度更为重要。民用 GPS 导航精度迄今的最大改进发生在 2000 年 5 月 2 日，美国停止了故意降低民用信号性能（称为选择可用性，即 S/A）的做法。在 S/A 工作时，民用用户在 99%的时间只有100 米的精
19、度。但当 S/A 切断后，导航精度上升，95% 的位置数据可落在半径为 6.3 米的圆内。GPS 卫星发送两种码：粗捕获码（C/A 码）和精码（P 码） 。前者是民用的，后者只限于供美军及其盟军以及美国政府批准的用户使用。这些码以扩频方式调制在两种不同的频率上发射：L1 波段以 1575.42 兆赫发射 C/A 和 P 码；而 L2 波段只以 1227.6 兆赫发射 P 码。GPS 卫星导航能力最重大的改进将从 2003 年发射洛克希德马丁首批R-M(修改的R)卫星开始。R-M 卫星将发射增强的 L1 民用信号，同时发射新的 L2 民用信号和军用码（M 码） 。进一步的改进将从发射波音F 批次
20、卫星的 2005 年开始，F 批次卫星除发射增强的 L1、L2 民用信号和 M 码外，将在 1176.45 兆赫增加第 3 个民用信号（L5） 。在F发射以前，M 码将从发展型过渡到工作型。因为导航卫星星座的发射需要有一段时间，故在轨道上获得全工作能力则要在 2007 年发射 18 颗 L2 民用信号和 M 码卫星后才能实现。18 颗卫星组成的第三个民用信号（L5）的星座预计要到 2011 年才能发射完。此后，美军将得到抗干扰能力有所增强的新信号-M 码。它能发送更大的功率，而不干涉民用接收机。M 码还给军方一种新的能力，以干扰敌方对信号的利用，但其细节是保密的。L2 民用信号即第二个民用信号
21、称为 L2C，使民用用户也能补偿大气传输不定性误差，从而使民用导航精度提高到 310 米。而美军及其盟军因一开始就能接收 L1 和 L2 中的 P 码，故一直具有这种能力。对 L2 的设计约束是它必须与新的 M 码兼容。为避免对军用 L2 P（Y）接收机的任何损害，新的民用 L2 应具有与现有 C/A 码相同的功率和频谱形状。这里，括号中的 Y 码是 P 码的加密型。实际上，民用 L2 信号将比现有的 L1 C/A 信号低 2.3 分贝。功率较低的问题将由现代的多相关器技术加以克服，以便迅速捕获很微弱的信号。GPS 卫星发射的信号必须现代化，同时又要保持向后兼容性。组合的民用信号与军用信号必须
22、放在现有频带中，而且具有足够的隔离，以防互相干涉。美国决定将 C/A 码信号放在L1 频带和新的 L2 频带的中部，供民用使用，而保留 Y 码信号。M 码将采用一种裂谱调制法，它把其大部分功率放在靠近分配给它的频带的边缘处。抗干扰能力主要来自不干涉 C/A 码或 Y 码接收机的强大的发射功率。M 码信号的保密设计基于下一代密码技术和新的密钥结构。为进一步分离军用和民用码，卫星对于 M 码将具有单独的射频链路和天线孔径。当卫星能工作时，每颗卫星可能在每个载波频率上发射两个不同的 M 码信号。即使由同一颗卫星以同一载波频率发射，信号将在载波、扩散码、数据信息等方面不同。M 码的调制将采用二进制偏置
23、载波（BOC）信号，其子载波频率为 10.23 兆赫，扩码率为每秒 5.115 百万扩散位，故称为 BOC（10.23，5.115）调制，简称 BOC（10，5） 。因为BOC（10，5）调制与 Y 和 C/A 码信号相分离，故可以较大的功率发射，而不降低 Y 或C/A 码接收机的性能。BOC（10，5）对于针对 C/A 码信号的干扰不敏感，而且与用来扩展调制的二进制序列的结构难以分辨。L5 将位于 9601215 兆赫频段，而地面测距仪/ 塔康（DME/TACAN）导航台和军用数据链（Link 16）已大量使用这个频段，但这只会对欧洲中部和美国高空飞行的飞机产生干扰。美国计划对在 L59 兆
24、赫以内的 DME 频率进行重新分配，以便 L5 信号在美国的所有高度都能良好地接收。一些新的抗干扰技术由于 GPS 卫星发射的导航信号比较微弱，而且以固定的频率发射，因此军用 GPS 接收机很容易受到敌方的干扰。美国国防预研计划局（DARPA）正在发展一种新的抗干扰方法，采用战场上空的无人机来创造伪 GPS 星座，使其信号功率超过敌方干扰信号的功率。所谓伪卫星，就是将 GPS 导航信号发射机装在飞机或地面上，顶替 GPS 卫星来进行导航。DARPA 用无人机做伪卫星的研究，称为 GPX 伪卫星概念，旨在使己方的部队在受干扰的战场环境中具有精确的导航能力。其方法是由飞行中无人机上的 4 颗伪卫星
25、广播大功率信号，这样在战场区域上空产生一个人工 GPS 星座。4 架“猎人“无人机就可覆盖 300 千米见方的战区。只要对现有 GPS 接收机的软件作些改变就可使用伪卫星发射的信号。当用实际 GPS 星座导航时，接收机开始需要知道卫星位置，即星历的情况，故伪卫星概念面临的挑战是采用可用的低数据率信息把 4 颗运动的伪卫星的位置告诉接收机。因此，DARPA 和柯林斯公司设计人员的关键任务是在可用的 50 比特/秒信息中发送伪卫星星历。无人机的稳定性相当好，不会像战斗机那样机动；但任何运动都会使位置有点不确定。因而与采用卫星星座的导航比较，其定位总误差将增长约 20%。DAPRA 已用在 7500
26、 米高度上的公务机上以及约 3000 米高度上的“猎人“ 无人机上试验了单颗伪卫星，导航精度从采用真卫星时的 2.7 米下降到 4.3 米。当然，伪卫星不一定要全部机载，也可采用地面和机载发射机混合的方案。将某些伪卫星设在地面上的缺点是减少了覆盖范围，但提高了导航精度。为了克服干扰，伪卫星可发射100 瓦信号，使地面接收机处的信号强度比来自卫星的信号强度增加 45 分贝。 诺斯罗普格鲁门公司正在研制可提供 3040 分贝抗干扰改进的 GPS 接收机。这种称为“反干扰自主完整性监控外推“的抗干扰方法将由惯性导航和 GPS 接收机在载波相位级进行全耦合来实现。全耦合滤波器将减小 GPS 跟踪回路的
27、带宽，从而减少干扰信号进入 GPS接收机的机会。柯林斯公司和洛克希德马丁公司联合为 JASSM 空面导弹研制的 G-STAR 高反干扰 GPS接收机采用了调零和波束操纵的方法。该接收机重 11.3 千克，采用了一个空间时间适配器，适配器探测出一个威胁，便将其信号调到零，并在发射导航信号的卫星方向增加增益。这种反干扰技术以数字方式实现，故称为数字波束成形器，它比常规的模拟调零法更为精确，同时可将接收机的波束调整到朝向可用的导航卫星。数字信号处理可通过动态移动零位来抵消噪声，增加增益，并通过一个 6 元天线阵来操纵波束。民用 GPS 接收机也有抗干扰的问题，但民用 GPS 接收机用户更关心非故意干
28、扰。非故意干扰基本上为宽波段类型，与干扰机将其功率集中于 GPS 频率不同。与软件有密切关系的数字信号处理方法，在对付宽波段干扰方面是很理想的。美国 Electro-Radiation（ERI）公司指出，常规抗干扰方法的是采用相控阵天线组成的零位操纵天线，这不仅要增加重量，且成本较高，而在接收机上实现的抗干扰技术通常只有有限的干扰剔除能力或者是专为对付某种干扰而特地设计的抗干扰能力。这家公司已研制出能有效地对付所有已知类型干扰的一种干扰抑制装置（ISU） ，它不需要昂贵和笨重的天线，可以低成本、高效的方式加装到新的和现有的 GPS 接收机中，既适合军用，也适合民用。这种干扰抑制装置包括补钉天线
29、以及可插入任何 GPS 接收机天线接口的电子装置，用来抑制宽带噪声和窄带干扰。它使 GPS 接收机增加 20 分贝的抗宽带噪声能力和 35 分贝的抗窄带干扰能力。GPS 在飞机着陆中的应用美国海军试飞员已驾驶 F/A-18 飞机在罗斯福号航母上利用 GPS 系统做了首批自动着舰。据称这种系统的性能相当于或超过目前自动着舰系统的性能。美国海军在发展的着舰系统是雷神公司联合精密进近与着陆系统（JPALS）的海军型，它在 JPALS 的基础上作了修改。雷神公司正按美国空军的合同为所有军种的飞机研制 JPALS系统，系统将采用局域差分 GPS 修正，为固定翼飞机和旋翼机在陆上机场提供类和类仪表进近。美
30、国海军牵头的舰载 GPS（SRGPS）系统将取代舰载的塔康系统。它将在 JPALS 上增加一个单向低截获概率（LPI）数据链，为 370 海里范围内的飞机提供舰的位置。而在 92.5 千米半径的范围内，双向 LPI 数据通信采用与民航空中交通管制（ATC）现代化计划所使用的自动相关监视-广播（ADS-B）类似的位置报告将使航母跟踪多达 100 架飞机。在装有 SRGPS 的情况下，航母和其他舰船将能更隐蔽地与飞机联系，不必使用塔康系统和一次或二次雷达信号，并把话音通信减到最小程度。与塔康的 15 赫的更新率比，LPI 链路将以很低的数据率（0.2 赫）工作。FAA 的 GPS 广域增强系统（W
31、AAS）的发展因一再遇到问题而推迟。该系统是由雷神公司制造的，试图用赤道上空的地球同步通信卫星把完整性告警信息，以及差分修正量等其他数据传送给 GPS 用户，提高 GPS 的导航精度，以满足类进近的要求。原来对 WAAS 的计划是要在 1999 年 12 月开始进行 60 天的试验，然后在 2000 年晚些时候投入使用。但这些试验在 2000 年 1 月被撤消，撤消原因是由于信号中断以及误警率太高。然而，WAAS 表明其精度可达到 3 米，远比试验所要求的 7.6 米要好，因而其发展工作仍在继续。据估计，安全性得到认证的 WAAS 将于 2003 年年初投入工作。WAAS 使用日期的延误可能还
32、会对其后的局域增强系统（ LAAS）产生影响，LAAS 将为机场提供精密的 GPS 仪表进近能力，还有能力跟踪地面上滑行的飞机。LAAS 预定 2002年在美国 46 个类机场和 114 个/类机场投入使用。联邦快递公司的一架波音 727-200货机率先在商业运营中采用具有 LAAS 能力的卫星着陆系统（SLS）进行了精密进近。GPS 的微小型化及其在炮弹制导中的应用随着 GPS/惯性制导系统成本的降低和体积的减小，现在甚至连一些炮弹也将采用 GPS/惯性制导。美国英特斯台特电子公司（IEC）已研制了一种炮弹制导用微小型 GPS 接收机，装在美国海军和陆军的火箭助推的 127 毫米炮弹的尖头部
33、。这种 GPS 接收机能承受炮弹发射时的 12500g 以上的过载，并能迅速截获 GPS 信号。这种接收机采用快速截获/直接 Y 码处理，不到 6 秒就能截获信号，并将跟踪多达 8 颗卫星。为抑制干扰信号，它被设计成与惯性测量装置紧耦合工作，并采用某种窄带跟踪回路技术。其制导系统中的惯性传感器采用了硅微机电系统（MEMS）技术，因而体积小，成本低。为减轻 GPS 时钟振荡器在长期储存中的相位不稳定的问题，采用了一种先进的相关器，对 GPS 信号进行时域搜索以及数据变换，用来搜寻时钟振荡器产生的不定性，从而能直接捕获 Y 码。 GPS 应用知识 21. GPS 的设置GPS 拿到手，如果是新机器
34、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） 。指南针指的北就是磁北，北斗星指的北就是真北。两者在不同地区相差的角度不一样的，地图上的北是真北。公制/英制：自己选吧，我用公制。数据接口格式：这得细谈谈。GPS 可以输出实时定位数据让其他的设备使用，这就牵扯到了数据交换协议。几乎现在所有的 GPS 接收机都遵循
35、美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association)所指定的标准规格，这一标准制订所有航海电子仪器间的通讯标准，其中包含传输资料的格式以及传输资料的通讯协议。NMEA 协议有 0180、0182和 0183 三种，0183 可以认为是前两种的超集，现在正广泛的使用，0183 有几个版本，V1.5 V2.1。所以，如果大家的 GPS 接收机如果要联上笔记本里通用的 GPS 导航程序，比如 OZIEXPLORER 和俺的 GPSRECEIVER，就应该选择 NEMA V2.0 以上的协议。NMEA规定的通讯速度是 4800 b/S。现在有些接收机也
36、可以提供更高的速度，但说实话，没有什么用，4800 就足够了。象 GARMIN，自己有一个 mapsource 软件，为了不让其他品牌的 GPS 使用该软件，就设计了私有的 GARMIN 协议，只有 GARMIN 的机器才能输出这种数据，而 MAPSOURCE 只能接收 GARMIN 协议，这样一来 MAPSOURCE 就只能让 GARMIN 的机器使用，打倒打倒！2.经纬度的表示再讲讲数据表示吧。一般从 GPS 得到的数据是经纬度。经纬度有多种表示方法。1.） ddd.ddddd， 度 . 度的十进制小数部分（5 位）2.） ddd.mm.mmm，度 . 分 . 分的十进制小数部分（3 位）
37、3.) ddd.mm.ss, 度 . 分 . 秒不是所有的 GPS 都有这几种显示，我的 GPS315 只能选择第二种和第三种一度是多远呢？如果这么问，可就太外行了。在 LAT/LON 坐标系里，纬度是平均分配的，从南极到北极一共 180 个纬度。地球直径12756KM，周长就是 12756*PI，一个纬度是 12756PI /360 = 111.133 KM (先说明白，不精确啊)。经度就不是这样啦，只有在纬度为零的时候，就是在赤道上，一个经度之间的距离是111.319KM，经线随着纬度的增加，距离越来越近，最后交汇于南北极。大家想想，没错吧。所以经度的单位距离和确定经度所在的纬度是密切相关
38、的，简单的公式是：经度 1长度=111.413cos，在纬度 处。 （这个公式也不精确呀，蒙人还可以）做题：北京的经度 119 度，纬度 40 度。单位经度，单位纬度各是多少？答： 单位纬度 111.133KM 单位经度 111.413COS 40 = 85.347KM讲这些的用途就是容易理解经纬度的表示。1.）ddd.ddddd，在北京，纬度最后一位小数增 1，实际你走了多少？大约 1.1M经度最后一位小数增 1，实际你走了多少？大约 0.85M2.) ddd.mm.mmm，在北京，纬度最后一位小数增 1，实际你走了多少？大约 1.85M经度最后一位小数增 1，实际你走了多少？大约 1.42M3.) ddd.mm.ss，在北京，纬度秒增 1，实际你走了多少？大约 30.9M经度秒增 1，实际你走了多少？大约 23.7M以上都不是精确的公式，一般估计大致的数字没有问题。
