GPS导航仪日常使用小技巧揭秘

　　GPS如何定位

　　GPS接收机可接收到，可用于授时的准确至纳秒级的时间信息;用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历;用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米(各个卫星不同，随时变化);以及GPS系统信息，如卫星状况等。

　　GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。

　　GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。

　　按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位(差分定位)。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位(差分定位)是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。

　　在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时(大气有明显差别)，应选用双频接收机。

　　在定位观测时，若接收机相对于地球表面运动，则称为动态定位，如用于车船等概略导航定位的精度为30一100米的伪距单点定位，或用于城市车辆导航定位的米级精度的伪距差分定位，或用于测量放样等的厘米级的相位差分定位(RTK)，实时差分定位需要数据链将两个或多个站的观测数据实时传输到一起计算。在定位观测时，若接收机相对于地球表面静止，则称为静态定位，在进行控制网观测时，一般均采用这种方式由几台接收机同时观测，它能最太限度地发挥GPS的定位精度，专用于这种目的的接收机被称为大地型接收机，是接收机中性能最好的一类。目前，GPS已经能够达到地壳形变观测的精度要求，IGS的常年观测台站已经能构成毫米级的全球坐标框架。

　　全球定位系统(Global Positioning System)，是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

　　GPS利用同时收到的四颗卫星信号，可以实时的测出目标位置和速度，以及位移情况。而且同时可以有无限个用户使用，全天候地实现全球导航、定位和授时。最初进入国内市场的GPS作为一种专业工具，多应用于农林水电水、海洋、地质、国防等专业领域，但随着数字化生活的临近，GPS也越来越贴近我们的日常工作与生活。我们今天来对GPS技术做一次简单的普及。

　　GPS系统的特点:

　　1、全球，全天候工作：

　　能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。不受天气的影响。

　　2、定位精度高：

　　单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。

　　3、功能多，应用广：

　　随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量，导航，测速，测时等方面得到更广泛的应用，而且其应用领域不断扩大。

　　GPS发展：

　　在卫星定位系统出现之前，远程导航与定位主要用无线导航系统。

　　1、无线电导航系统

　　● 罗兰--C：工作在100KHZ，由三个地面导航台组成，导航工作区域2000KM，一般精度200-300M。

　　● Omega(奥米茄)：工作在十几千赫。由八个地面导航台组成，可覆盖全球。精度几英里。

　　● 多卜勒系统：利用多卜勒频移原理，通过测量其频移得到运动物参数(地速和偏流角)，推算出飞行器位置，属自备式航位推算系统。误差随航程增加而累加。

　　缺点：覆盖的工作区域小;电波传播受大气影响;定位精度不高

　　2、卫星定位系统

　　最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统(Transit)，1958年研制，64年正式投入使用。由于该系统卫星数目较小(5-6颗)，运行高度较低(平均1000KM)，从地面站观测到卫星的时间隔较长(平均1.5h)，因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求。1973年美国国防部制定了GPS计划。

　　3、GPS发展历程

　　GPS实施计划共分三个阶段：

　　第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。

　　第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。

　　第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即(21+3)GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。

　　GPS原理

　　1、GPS系统的组成

　　GPS由三个独立的部分组成：

　　● 空间部分：21颗工作卫星，3颗备用卫星。

　　● 地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。

　　● 用户设备部分：接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。

　　2、GPS定位原理

　　GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式：

　　四个方程式中各个参数意义如下：

　　x、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。

　　xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，

　　可由卫星导航电文求得。

　　Vt i (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。

　　Vto为接收机的钟差。

　　由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto 。

　　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：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。

　　1. 伪距差分原理

　　这是应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，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，如沿海广泛使用的“信标差分”

　　2.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。

　　经过了近10年的发展，随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。相信GPS还会继续为方便我们的生活而发挥其应有的作用。

　　关于定位系统

　　全球定位系统(GPS)特指老美的那套系统，中国有自己的北斗，俄罗斯也有自己的一套系统。中国参与了欧洲的伽利略计划，据说总投资额32亿欧元，中国出资2亿欧元，在系统中拥有20%的发言权。GPS和伽利略都是覆盖全球的，可以提供全球范围内的定位，北斗覆盖中国及周边。目前在用的系统GPS是最完善最强大的的系统了，世界上出现多套全球性或区域性的定位系统完全是出于政治、军事的需要。

　　目前广泛民用的定位系统就是GPS,即老美的那套系统，我们现在所用的GPS接收机全是依这套系统来工作的，伽利略计划完成之后也许将能提供优于GPS的性能，但是需要专门的接收机，也许到时候商家会在同一台接收机内同时集成GPS和伽利略。

　　GPS卫星发射的信号不区分民用和军用，普通的GPS接收机都能免费接收到，可能会出于特殊情况美国政府或军方会对GPS卫星发射出来的部分数据进行加密，只有政府或军方符和要求的使用才能获得密码解密这些数据，而民用接收机就无法解密这些数据了，这会

　　造成定位精度降低，极端的情况下会造成无法定位或错误定位。

　　正是因为这样受制于人，所以中国才自行开发了北斗并积极地参与到了伽利略计划当中，避免在战争等特殊情况下完全被别人卡着脖子。顺便说一下，中国目前正在运行的北斗是双向的，但无论是北斗还是GPS都对电子战干扰无能为力，也许各自都有不公开的绝

　　密频率或信道在非常状态下使用吧，但这就没人知道了。

　　为了确保本机的正常运作与延长使用寿命，请在使用与存放时注意以下事项：

　　保持干燥

　　本产品无防水功能，因此如果遭到水的喷洒或浸泡将严重损害本机的零件，造成无法修护的损害

　　请勿摔落

　　如果遭受强烈的冲击与震动，可能造成本机严重的损害

　　避免温度骤变

　　如在寒冷的天候使用突然进入有暖气的室内，可能造成水气凝结为防止水气损害本机体，请在经过温度急剧变化前，先置入密封塑料袋中

　　远离强烈磁场

　　使用或存放时，请远离产生强烈电磁辐射或强烈磁场的设备

　　适合操作温度

　　本产品的适合操作温度为0°C至40°C，请勿在更极端的温度下使用

　　避免曝晒

　　请避免让本产品受到阳光长时间的高温曝晒

　　使用手写笔

　　液晶屏幕非常容易刮伤，请使用手写触控笔操作，勿使用其它尖锐的物品碰触屏幕，以免损害液晶屏幕

　　清洁屏幕

　　建议使用专用的软质清洁布擦拭屏幕，请勿使用一般的纸巾擦拭屏幕

　　请勿拆解

　　请勿擅自拆解维修本产品，这样可能让保修失效并且损害本机