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GPS设计全攻略 |
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一、 GPS 基础知识
二、 GPS 应用基础
三、 GPS 接收机原理图
四、 GPS 模块
五、 手机 - GPS 导航方案
六、 PDA - GPS 导航方案
七、 笔记本电脑 - GPS 导航方案
八、 GPS 一体机 - GPS 导航方案
九、 选择GPS 方案所应考虑的几个方面
十、 主流GPS 方案供应商盘点
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| 二、GPS 应用基础 |
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GPS gloabal Positioning System,主要分三大块,地面控制站、卫星、接收机。
主控制站,在美国科罗拉多。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。
卫星,有27 颗,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。
接收机,袖珍式、背负式、车载、船载、机载等等。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。
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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。
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定位精度
谈到定位精度,就得说说SA 和AS。什么是SA,AS 呢? 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。
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。
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GPS 的设置
GPS 拿到手,如果是新机器要定位,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: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:自选。
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4800b/S。现在有些接收机也可以提供更高的速度,但没有什么用,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! |
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经纬度的表示
再讲讲数据表示。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, GPS315 只能选择第二种和第三种,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 (不精确)。
经度就不是这样,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。 (公式不精确)
例: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 |
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