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GPS基础知识搜集 GPS导航技术的新进展

[ 来源:互联网 | 时间:2009年04月18日 | 收藏本文 ] 【

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应用知识
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?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。
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)。
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)
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 12756×PI /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的,简单的公式是:
经度1°长度=111.413cosφ,在纬度φ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111.413×COS 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0.85M
2.) 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1.42M
3.) 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
今天说的都不是精确的公式,一般估计大致的数字没有问题。
 

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