手持GPS原理到原則

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(jì)其數(shù)的GPS接收器（用戶終端）組成。這個(gè)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(shí)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(tái)小機(jī)器，而事實(shí)上的“GPS”是個(gè)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(shí)間信息，某臺(tái)GPS接收到某顆衛(wèi)星的信號(hào)后，會(huì)拿自己的時(shí)鐘信息、衛(wèi)星的時(shí)鐘信息和位置信息這些數(shù)值去進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)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(hào)，算出GPS相對(duì)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(gè)坐標(biāo)值，而得以定位。如果接收到更多的衛(wèi)星信號(hào)，那就可以用其他衛(wèi)星的信號(hào)來對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，校對(duì)，而得出更加的坐標(biāo)值了。所以，個(gè)GPS要定位，先要能夠收到足夠多足夠清晰的衛(wèi)星信號(hào)。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(tái)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(hào)，那就是說無論是誰，只要有臺(tái)接收機(jī)，這GPS衛(wèi)星信號(hào)都可以接收到，都可以使用這個(gè)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(tái)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(gè)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(duì)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(shí)候，其實(shí)已經(jīng)向米國人交錢了。

還是跟廣播電臺(tái)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(shí)時(shí)跟蹤壞蛋或者汽車的場面不是真實(shí)的，或者說，不是用的GPS系統(tǒng)。目前臺(tái)實(shí)用的GPS跟蹤裝置是用GPS接收器加上卡來實(shí)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(hào)用短信的方式發(fā)送出去。GPS接收器自己則是個(gè)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(jì)有的看官就急了。為什么自己手里的機(jī)子達(dá)不到這個(gè)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(gè)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(hào)了。說完，他們就給衛(wèi)星信號(hào)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(shí)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(hào)，輸出GPS所在地的經(jīng)度、緯度和海拔三個(gè)坐標(biāo)值。在般人的實(shí)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(gè)就涉及到GPS的分類和使用了。

我們有時(shí)候看到別人開車的時(shí)候用GPS來導(dǎo)航，屏幕上顯示著地圖，和車子在地圖上的實(shí)時(shí)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(gè)移動(dòng)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(gè)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(gè)點(diǎn)都不是簡單的個(gè)“像素”。電子地圖上的每個(gè)“像素點(diǎn)”同樣包含有這個(gè)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(jì)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(jì)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(duì)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(shí)候可以大致判斷你相對(duì)于這些參照點(diǎn)的相對(duì)位置。舉個(gè)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(huì)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(gè)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(gè)航跡走就不會(huì)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(shí)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?yàn)榭赡苡龅綉已?。?dāng)然，對(duì)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(gè)電子地圖上的每個(gè)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(huì)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(gè)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(gè)，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(jì)算出自己和衛(wèi)星的相對(duì)距離，而GPS手機(jī)往往是不能做這種計(jì)算的。它在工作的時(shí)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(shí)要切記離開了手機(jī)信號(hào)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(huì)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(gè)品牌，各有很多不同用途不同價(jià)位的型號(hào)。

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(jì)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(gè)小時(shí)不用換電池；二是天線設(shè)計(jì)好，靈敏度高?？梢栽陉幱晏?，厚云層，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(huì)接收不到衛(wèi)星信號(hào)找不著北了；第三是大容量，可以安裝個(gè)甚至幾個(gè)地圖軟件（個(gè)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(gè)地圖來導(dǎo)航；第四是屏幕大，彩色，這個(gè)好處就不用說了；第五是防水抗摔打，結(jié)實(shí)可靠。這些功能以外，還有些GPS帶對(duì)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(hào)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(gè)GPS是歐美版，不支持中文，贈(zèng)送了個(gè)北美地圖，包括加拿大和美國，沒有國內(nèi)地圖。淘寶買的，1000塊。我估計(jì)如果是中國版的就會(huì)有國內(nèi)地圖，而且人家子不會(huì)用D版，當(dāng)然價(jià)格也上去截。