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手持GPS原理到原則

發(fā)布時間: 2017-12-14  點(diǎn)擊次數(shù): 2094次

手持GPS原理到原則

定位系統(tǒng),由24顆衛(wèi)星和它們的地面控制站以及不計其數(shù)的GPS接收器(用戶終端)組成。這個龐大無比的系統(tǒng)從1973年開始籌建,1989年開始發(fā)射衛(wèi)星上天,直到1994年完成。我們常說的“GPS”其實只是定位系統(tǒng)里面zui末端的GPS終端而已,只是我們手里拿著的那臺小機(jī)器,而事實上的“GPS”是個非常龐大的系統(tǒng),大家心里有數(shù)就好了。

 

GPS的工作原理是這樣的:飛在天上的24顆GPS衛(wèi)星們用無線廣播的方式不停的往外發(fā)送自己的位置和時間信息,某臺GPS接收到某顆衛(wèi)星的信號后,會拿自己的時鐘信息、衛(wèi)星的時鐘信息和位置信息這些數(shù)值去進(jìn)行復(fù)雜的計算。zui后算出來什么結(jié)果呢,zui后算出來的是GPS和這顆衛(wèi)星的距離。從理論上說,如果GPS接收到三顆以上的衛(wèi)星發(fā)來的信號,算出GPS相對于這三顆坐標(biāo)已知的衛(wèi)星的距離,就可以用簡單的三角方程得出GPS在地球表面的X、Y、Z三個坐標(biāo)值,而得以定位。如果接收到更多的衛(wèi)星信號,那就可以用其他衛(wèi)星的信號來對定位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,校對,而得出更加的坐標(biāo)值了。所以,個GPS要定位,先要能夠收到足夠多足夠清晰的衛(wèi)星信號。根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù),經(jīng)過校正的GPS系統(tǒng)定位精度可以很容易的達(dá)到毫米。

 

跟廣播電臺與收音機(jī)的關(guān)系完樣,既然GPS衛(wèi)星是以廣播的方式發(fā)送信號,那就是說無論是誰,只要有臺接收機(jī),這GPS衛(wèi)星信號都可以接收到,都可以使用這個系統(tǒng),運(yùn)營GPS系統(tǒng)的公司不直接向用戶收費(fèi)。我們只要買臺GPS,就不需要再向誰繳納什么月租費(fèi),套餐費(fèi)或者其他的什么費(fèi)了。當(dāng)然,人家也不是學(xué)雷鋒。除了這個系統(tǒng)在生產(chǎn)生活當(dāng)中直接創(chuàng)造的效益以外,米國人還出售GPS的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),讓別人也可以生產(chǎn)和使用GPS設(shè)備。對生產(chǎn)GPS設(shè)備的廠家收取技術(shù)許可費(fèi),我們買GPS的時候,其實已經(jīng)向米國人交錢了。

 

還是跟廣播電臺與收音機(jī)的關(guān)系完樣,GPS系統(tǒng)是單向的。GPS裝置本身完不具備和衛(wèi)星通訊的功能,衛(wèi)星和地面站完不可能知道GPS接收器在什么地方。所以我們在電影里面看到的用衛(wèi)星跟蹤器實時跟蹤壞蛋或者汽車的場面不是真實的,或者說,不是用的GPS系統(tǒng)。目前臺實用的GPS跟蹤裝置是用GPS接收器加上卡來實現(xiàn)的,就是說,接收器負(fù)責(zé)定位,然后把定好的位置信號用短信的方式發(fā)送出去。GPS接收器自己則是個啞巴,根本沒有辦法告訴衛(wèi)星我在哪里哪里快來救我。

 

剛才說GPS定位的精度可以達(dá)到毫米,估計有的看官就急了。為什么自己手里的機(jī)子達(dá)不到這個精度呢?我在這里要提醒下大家,GPS系統(tǒng)里面zui關(guān)鍵的衛(wèi)星和地面控制站和套技術(shù)是完完Madein米國的,所以,這個游戲的規(guī)則是由米國人說了算的。1992年的某天,米國人突然向世界使用GPS系統(tǒng)的人說,為了安,我不給你這么的信號了。說完,他們就給衛(wèi)星信號疊加了種叫S/A碼的干擾碼。有了這種S/A碼的作用,除了米國和特許用戶,其他同學(xué)的GPS定位精度都下子應(yīng)聲大跌,實際的定位精度只能做到以10米為單位。所以,為了不被米國牽制,也為了自己的安,歐盟搞起了自己的“伽利略”系統(tǒng),中國搞的叫“北斗”系統(tǒng),俄羅斯也在開發(fā)自己的“GLONASS”系統(tǒng)。到目前為止,這些在建和完善當(dāng)中的系統(tǒng)都還無法和GPS系統(tǒng)相比。

 

現(xiàn)在大家都知道GPS是干嘛的了,句話,GPS就是接收衛(wèi)星信號,輸出GPS所在地的經(jīng)度、緯度和海拔三個坐標(biāo)值。在般人的實際應(yīng)用當(dāng)中,GPS往往和電子地圖軟件起配合使用。這種軟件可以和GPS裝置連接,從GPS那里獲取坐標(biāo)值,然后把它標(biāo)在地圖上,使用者看就可以知道自己具體在什么方位了。離開地圖和地圖上的地理信息,GPS是不能“導(dǎo)航”的。下面我們再說詳細(xì)點(diǎn),這個就涉及到GPS的分類和使用了。

 

我們有時候看到別人開車的時候用GPS來導(dǎo)航,屏幕上顯示著地圖,和車子在地圖上的實時位置。駕駛員看著地圖和車子的位置就知道要到達(dá)目的地應(yīng)該怎么轉(zhuǎn)彎,怎么避開單行道,怎么上下復(fù)雜的立交橋引橋等等,zui后駕駛員是看著地圖到達(dá)目的地的。沒有地圖,駕駛員只能看到自己的車子是屏幕上的個移動的坐標(biāo)點(diǎn),就和你在陌生城市行走,卻不知道身處何方樣,你靠知道自己的當(dāng)前坐標(biāo)是不能到達(dá)目的地的。

 

電子地圖軟件除了能把GPS位置點(diǎn)放到地圖上讓人知道身處何方以外,還有很多其他功能。既然叫“電子地圖”,就說明它不是張簡單的圖片,例如個JPG或者BMP文件。電子地圖是張包含了大量地理信息的地圖,上面的每個點(diǎn)都不是簡單的個“像素”。電子地圖上的每個“像素點(diǎn)”同樣包含有這個點(diǎn)的地理坐標(biāo),經(jīng)緯度,海拔高度等信息。這樣來,電子地圖軟件就可以拿GPS坐標(biāo)和圖上的像素點(diǎn)的坐標(biāo)去比較,計算,軟件就可以知道你離目的地還有多遠(yuǎn),按照現(xiàn)在速度多少分鐘以后要轉(zhuǎn)彎。如果你設(shè)定了目的地,軟件還可以幫助你計算出條zui快到達(dá)的線路顯示在顯示屏上,你只要駕車按照這條線路行駛就可以了。另外,電子地圖還可以加入很多動態(tài)信息,例如賓館酒店,景點(diǎn)廁所,機(jī)場學(xué)校,公司機(jī)構(gòu)等等,看著屏幕你就可以輕松到達(dá)你想去的地方。

 

而在戶外,形勢就變了。戶外的地圖是很難找的。除了些特殊部門和特殊機(jī)構(gòu),般人拿不到我們要在戶外用的地圖。開發(fā)電子地圖的公司也不可能到每個驢友去的地方繪制份野外地圖,上面還有溪流,補(bǔ)水點(diǎn),營地,小路。電子地圖般只包含城市,城市間的主干道,比較大的縣城這樣的地方。再精細(xì)下去,來涉及安不能隨便搞,二來電子地圖公司也沒有經(jīng)濟(jì)動力去測繪了。你想想,沒有賓館酒店做廣告,誰愿意去荒山野嶺給你畫地圖呀!所以,對于我們驢友來說,般的電子地圖在野外就是片空白,失去了導(dǎo)航功能。所以,想買GPS到戶外使用的人必須先明白這點(diǎn),GPS在野外是不能導(dǎo)航的。

 

那GPS在野外應(yīng)該怎么用?可以怎么用?

 

GPS在野外主要用于航跡的記錄。記下你曾經(jīng)去過的地方,記錄下你行徑的軌跡,供下次使用參考。另外,你還可以在GPS上輸入些標(biāo)記點(diǎn),讓你在野外的時候可以大致判斷你相對于這些參照點(diǎn)的相對位置。舉個例子,我們?nèi)シ?,拿著GPS去的。出發(fā)前我把小陸,內(nèi)朝江,下水源,兩江鎮(zhèn)這些地方的坐標(biāo)輸入到GPS里面,這些點(diǎn)就會顯示在GPS上。等你到了山里,在枯樹洞迷了路,掏出GPS看看,你就可以知道,原來你距離小陸已經(jīng)很近,小陸就在你的西南方向直線距離公里的地方,海拔高度相差只有三四百米。嗯,不用慌,我照著這個指示慢慢尋找,總能找到路回家。等我們這次行程結(jié)束,我們就有了這次的航跡,下次再去峰,跟著這個航跡走就不會迷路了。GPS的導(dǎo)航功能,只有在有航跡記錄的基礎(chǔ)上,在第二次出行時才能發(fā)揮出來。原因很簡單,戶外沒有地圖,沒有地標(biāo),沒有路徑,只有GPS的坐標(biāo)和參照點(diǎn)的坐標(biāo)。而點(diǎn)和點(diǎn)之間怎么走沒有指導(dǎo),我們不能從迷路的地方沿直線往小陸出發(fā),因為可能遇到懸崖。當(dāng)然,對玩滑翔傘的除外。

 

這就是地圖、GPS和導(dǎo)航的關(guān)系。真正喜歡玩GPS的驢友,可以好好學(xué)習(xí)下怎樣自己制作戶外地圖。Google公司出品的衛(wèi)星地圖軟件GoogleEarth(簡稱GE)是完免費(fèi)的軟件,上面有視覺分辨率較低的地圖。不過,雖然看起來精度很低,但是這個電子地圖上的每個點(diǎn)同樣包含有地理坐標(biāo)信息。通過導(dǎo)出這些地理坐標(biāo)信息和圖像并且導(dǎo)入你的GPS,你可以為自己的GPS建立份要去的地方的地圖。由于衛(wèi)星不可能拍到隱藏在植被下的小路的照片,而且我們不允許Google提供高分辨率的照片,所以這種地圖在野外同樣是不能導(dǎo)航的,只能提供地形和地貌信息供驢友參考。驢友們學(xué)習(xí)怎樣制作、校正地圖,從某種意義上說,也是非常必要的,這和是否擁有GPS是無關(guān)的。我認(rèn)為學(xué)會研究地圖是新驢向老驢進(jìn)軍的必經(jīng)之路。

 

常見的GPS有幾種,*種是GPS天線+智能手機(jī)(掌上電腦)+電子地圖,第二種是GPS導(dǎo)航手機(jī),第三種是車載的體化GPS裝置,第四種是專業(yè)的戶外手持式GPS。*種常見于汽車導(dǎo)航,買個GPS天線,把位置搞清楚,在智能手機(jī)或者掌上電腦里面裝上電子地圖軟件,把GPS天線和手機(jī)連接好,打開電子地圖,就可以看到上面顯示的位置坐標(biāo)了。GPS天線很便宜,兩百塊個,手機(jī)現(xiàn)成的,電子地圖正版的七八百塊,D版的任拷,這套東西可以非常好的工作在城市和城際主干道上,帶你去你想去的地。第二種GPS的使用者要注意,手機(jī)型GPS往往是“偽”GPS。我們上面說過,GPS要根據(jù)衛(wèi)星信息來計算出自己和衛(wèi)星的相對距離,而GPS手機(jī)往往是不能做這種計算的。它在工作的時候只能把接收到的衛(wèi)星信息轉(zhuǎn)發(fā)給基站,基站拿到數(shù)據(jù)后算好,再把結(jié)果發(fā)給手機(jī)。換句話說,GPS手機(jī)離開基站是不能使用GPS功能的。當(dāng)然我也不排除有的手機(jī)有完整的GPS功能,可以脫離基站使用。要分辨手機(jī)是不是偽GPS很容易,把手機(jī)切換到“離線模式”,再打開GPS功能,如果還能定位的就是真GPS,如果無法定位的就是偽GPS,使用時要切記離開了手機(jī)信號可以到達(dá)的地方GPS就不能用了。第三種GPS往往是品牌貨,很多做MP3MP4之類數(shù)碼產(chǎn)品的廠家都有出品。原理跟*種是樣的,只是天線電腦和軟件是體的。由于品牌貨不會使用盜版的電子地圖,所以成本都比較高,便宜的七八百,貴的兩千,屏幕大點(diǎn)的兩三千都有。不過這兩種GPS往往都使用車載電源,屏幕大,耗電,民用產(chǎn)品,不防水防震,基本上沒有辦法在戶外條件使用。第四種GPS則比較專業(yè),很多具有防水防震功能。有的可以裝地圖,有的則沒有裝地圖的功能,鐵了心不讓你在城里用。目前zui有名的就是Garmin(高明)和Magellan(麥哲倫)兩個品牌,各有很多不同用途不同價位的型號。

 

好的新的GPS有這樣些特點(diǎn),先是控制芯片*,節(jié)能。能更快的做計算,算法也更科學(xué),更*,可以定程度上提高靈敏度、搜星的效率和定位精度。節(jié)能也很重要,現(xiàn)在般的GPS都可以連續(xù)使用十幾個小時不用換電池;二是天線設(shè)計好,靈敏度高??梢栽陉幱晏欤裨茖?,甚至在茂密的林木間使用。差的GPS稍微有點(diǎn)遮擋甚至只是云厚點(diǎn)就會接收不到衛(wèi)星信號找不著北了;第三是大容量,可以安裝個甚至幾個地圖軟件(個都要幾百兆),可以選當(dāng)?shù)氐牡乩硇畔ui豐富zui清晰的那個地圖來導(dǎo)航;第四是屏幕大,彩色,這個好處就不用說了;第五是防水抗摔打,結(jié)實可靠。這些功能以外,還有些GPS帶對講機(jī)功能,帶電子羅盤和氣壓測量功能,不而足。

我的GPS是的麥哲倫黃金子午線。屏幕很大,黑白,可以插SD卡,理論上容量無限。放摔抗打,防水,扔進(jìn)水里能漂浮。天線是所謂的“四螺旋天線”,靈敏度比較高。芯片是號稱當(dāng)前進(jìn)的SirfIII。買了年多,到現(xiàn)在用的次數(shù)不算太多,也沒有出過什么問題。這個GPS是歐美版,不支持中文,贈送了個北美地圖,包括加拿大美國,沒有國內(nèi)地圖。淘寶買的,1000塊。我估計如果是中國版的就會有國內(nèi)地圖,而且人家子不會用D版,當(dāng)然價格也上去截。

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