購買GPS時(shí)需要了解的方面
1、衛(wèi)星軌跡:這里有24顆GPS衛(wèi)星沿六條軌道繞地球運(yùn)行(每四顆一組),一般不會有超過12個(gè)衛(wèi)星在地球的同一邊,大多數(shù)GPS接收器可以追蹤8~12顆衛(wèi)星。計(jì)算LAT/LONG(2維)坐標(biāo)至少需要3顆衛(wèi)星。再加一顆就可以計(jì)算3維坐標(biāo)。對于一個(gè)給定的位置,GPS接收器知道在此時(shí)哪些衛(wèi)星在附近,因?yàn)樗煌5亟邮諒男l(wèi)星發(fā)來的更新信號。
2、并行通道:一些消費(fèi)類GPS設(shè)備有2~5條并行通道接收衛(wèi)星信號。因?yàn)樽疃嗫赡苡?/span>12顆衛(wèi)星是可見的(平均值是8),這意味著GPS接收器必須按順序訪問每一顆衛(wèi)星來獲取每顆衛(wèi)星的信息。 市面上的GPS接收器大多數(shù)是20并行通道型的,這允許它們連續(xù)追蹤每一顆衛(wèi)星的信息,12通道接收器的優(yōu)點(diǎn)包括快速冷啟動(dòng)和初始化衛(wèi)星的信息,而且在森林地區(qū)可以有更好的接收效果。一般20通道接收器不需要外置天線,除非你是在封閉的空間中,如船艙、車廂中。
3、定位時(shí)間:這是指你重啟動(dòng)你的GPS接收器時(shí),它確定現(xiàn)在位置所需的時(shí)間。對于20通道接收器,如果你在最后一次定位位置的附近,冷啟動(dòng)時(shí)的定位時(shí)間一般為3~5分鐘,熱啟動(dòng)時(shí)為15~30秒。
4、定位精度:大多數(shù)GPS接收器的水平位置定位精度在2.93m~29.3m左右。
5、DGPS功能:為了將SA和大氣層折射帶來的影響降為最低,有一種叫做DGPS發(fā)送機(jī)的設(shè)備。它是一個(gè)固定的GPS接收器(在一個(gè)勘探現(xiàn)場100km~200km的半徑內(nèi)設(shè)置)接收衛(wèi)星的信號,它確切地知道理論上衛(wèi)星信號傳送到的精確時(shí)間是多少,然后將它與實(shí)際傳送時(shí)間相比較,然后計(jì)算出“差”,這十分接近于SA和大氣層折射的影響,它將這個(gè)差值發(fā)送出去,其他GPS接收器就可以利用它得到一個(gè)更精確的位置讀數(shù)(5m~10m或者更少的誤差)。 許多GPS設(shè)備提供商在一些地區(qū)設(shè)置了DGPS發(fā)送機(jī),供它的客戶免費(fèi)使用,只要客戶所購買的GPS接收器有DGPS功能。
6、信號干擾:要給予你一個(gè)很好的定位,GPS接收器需要至少3~5顆衛(wèi)星是可見的。如果你在峽谷中或者兩邊高樓林立的街道上,或者在茂密的叢林里,你可能不能與足夠的衛(wèi)星聯(lián)系,從而無法定位或者只能得到二維坐標(biāo)。同樣,如果你在一個(gè)建筑里面,你可能無法更新你的位置,一些GPS接收器有單獨(dú)的天線可以貼在擋風(fēng)玻璃上,或者一個(gè)外置天線可以放在車頂上,這有助于你的接收器得到更多的衛(wèi)星信號。
7、物理指標(biāo):選購GPS設(shè)備時(shí),大小、重量、顯示畫面、防水、防震、防塵性能、耐高溫、耗電等物理指標(biāo)都要考慮在內(nèi)。
各衛(wèi)星系統(tǒng)介紹:
很多人都知道美國的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“GPS”,卻不知道俄羅斯的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“格洛納斯(GLONASS)”,中國的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“北斗系統(tǒng)”(嚴(yán)格說,北斗系統(tǒng)還不能稱為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),只能稱衛(wèi)星定位系統(tǒng)),和歐洲的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“伽利略(Galileo)”。在這里給大家做一個(gè)簡單的介紹和比較,好讓大家更好的了解全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的歷史,現(xiàn)狀和未來。
1)歷史淵源
GPS:20世紀(jì)70年代,隨著美蘇軍備競賽的升級,美國的軍事領(lǐng)域迫切需要能夠在世界范圍精確定位的系統(tǒng)。美國國防部不惜斥資120億美元研制軍用定位系統(tǒng)。1978年,美國成功發(fā)射了第一顆用于GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星,經(jīng)過20多年的建設(shè),1994年建設(shè)完畢。
格洛納斯:幾乎和GPS同時(shí)開始同時(shí)建成。
北斗系統(tǒng):上世紀(jì)八十年代中期開始,2003年建成。
伽利略:99年提出計(jì)劃,05年末頭一顆衛(wèi)星升空,預(yù)計(jì)2008年投入初步使用。
2)覆蓋范圍
GPS:全球全天候
格洛納斯:全球
北斗系統(tǒng):覆蓋我國本土及周邊國家。覆蓋范圍東經(jīng)約70°一140°,北緯5°一55°
伽利略:全球(未建成)
3)衛(wèi)星數(shù)量
GPS:24顆
格洛納斯:24顆(因經(jīng)費(fèi)問題,經(jīng)常運(yùn)行的數(shù)量達(dá)不到設(shè)計(jì)數(shù)量,最少時(shí)僅僅有6顆在運(yùn)行,目前有17顆正在運(yùn)行)
北斗系統(tǒng):3顆
伽利略:27顆運(yùn)行衛(wèi)星和3顆預(yù)備衛(wèi)星(未建成)
4)定位精度
GPS:定位精度10米
格洛納斯:定位精度水平方向?yàn)?/span>16m,垂直方向?yàn)?/span>25m
北斗系統(tǒng):三維定位精度約幾十米
伽利略:定位誤差不超過1米
5)可容納用戶容量
GPS:GPS 是單向測距系統(tǒng),用戶設(shè)備只要接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的導(dǎo)航電文即可進(jìn)行測距定位,因此可容納無限多用戶
格洛納斯:無限多
北斗系統(tǒng):由于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由于是主動(dòng)雙向測距的詢問--應(yīng)答系統(tǒng),用戶數(shù)量不能超過100萬
伽利略:無限多(未建成)
6)用戶范圍
GPS:軍民兩用,軍用為主
格洛納斯:軍民兩用,軍用為主
北斗系統(tǒng):軍民兩用,民用為主
伽利略:軍民兩用,民用為主
7)商業(yè)開發(fā)情況
GPS:較早,非常充分
格洛納斯:不充分,在中國幾乎沒有
北斗系統(tǒng):剛起步,預(yù)計(jì)到2008年有三十萬用戶
伽利略:剛開始建設(shè),因合作者眾多,前景看好
另外還有各系統(tǒng)的工作原理也各不相同,使用目的也有細(xì)微的差別,各自都有一些獨(dú)自的特點(diǎn)。因太過專業(yè)就不多做介紹了。
全球定位系統(tǒng)的研制和應(yīng)用是各個(gè)大國和地區(qū)實(shí)力的象征,到現(xiàn)在還只有美俄中歐有這種實(shí)力,另外日本也有研發(fā)計(jì)劃。它除了在軍事上的應(yīng)用以外還能為擁有國帶來巨額的財(cái)富和很多的就業(yè)機(jī)會,因此就成為了大家爭相投資的對象,從以上的分析我們不難看出現(xiàn)在的全球定位技術(shù)還是以美國最為先進(jìn)和全面;俄國由于經(jīng)費(fèi)和民用市場開發(fā)較晚緊隨其后;中國由于戰(zhàn)略目的和美俄的不同僅限于東亞的局部;歐洲不甘落后,不愿受制于美國,以及想成長為能和美國平起平坐的一極的愿望使歐洲采取更為開放的理念更為先進(jìn)的技術(shù)迎頭趕上。
因此我們不難看出全球定位系統(tǒng)不單單只限于技術(shù)的層面,更是各國在政治,軍事,科技,經(jīng)濟(jì)等層面的較量和競爭。現(xiàn)在歐洲的“伽利略”還沒建成,美國已經(jīng)開始著手“GPS”的升級換代,俄羅斯開始與印度合作對格洛納斯進(jìn)行修補(bǔ),中國也在秘密進(jìn)行“北斗系統(tǒng)”擴(kuò)充研究。就連日本也偷偷的在搞自己的全球定位系統(tǒng)。
當(dāng)我們已經(jīng)依賴于老美的衛(wèi)星信號的時(shí)候,我們也不得不提防突然有一天它對我們不開放了,這就是我們自己研制“北斗系統(tǒng)”和加入“伽利略”計(jì)劃的原動(dòng)力。當(dāng)然在世界和平發(fā)展的今天,我們更要考慮的是相互合作,共同發(fā)展.如果有朝一日四大系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相互兼容,GPS裝置就象今天的手機(jī)一樣普及的時(shí)候,你也不要吃驚。
GPS導(dǎo)航技術(shù)的新進(jìn)展
美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航衛(wèi)星正在逐步現(xiàn)代化。GPS從美國空軍的導(dǎo)航輔助設(shè)備開始,逐漸發(fā)展成軍民兩用的一種重要技術(shù)。GPS的精確位置與定時(shí)信息,已成為世界范圍各種軍民用、科研和商業(yè)活動(dòng)的一種重要資源。
GPS衛(wèi)星的發(fā)展及信號的改進(jìn) GPS導(dǎo)航衛(wèi)星自1978年發(fā)射以來,其型別已由第Ⅰ,Ⅱ和ⅡA批次發(fā)展到ⅡR批次。第Ⅰ,Ⅱ和ⅡA批次衛(wèi)星共有40顆,是由羅克韋爾公司制造的,而20顆ⅡR批次衛(wèi)星則由洛克希德·馬丁公司制造。波音公司在1996年收購了羅克韋爾的航空航天和防務(wù)業(yè)務(wù),目前正在制造33顆更先進(jìn)的ⅡF批次衛(wèi)星。美國還在考慮發(fā)展采用點(diǎn)波束的新一代GPS衛(wèi)星(GPS-Ⅲ)。
GPS從1994年全面工作以來,改進(jìn)工作一直在進(jìn)行中。這是因?yàn)槊裼糜脩粢?/span>GPS具有更好的抗干擾和干涉性能、較高的安全性和完整性;軍方則要求衛(wèi)星發(fā)射較大的功率和新的同民用信號分離的軍用信號;而對采用GPS導(dǎo)航的"靈巧"武器,加快信號捕獲速度更為重要。
民用GPS導(dǎo)航精度迄今的最大改進(jìn)發(fā)生在2000年5月2日,美國停止了故意降低民用信號性能(稱為選擇可用性,即S/A)的做法。在S/A工作時(shí),民用用戶在99%的時(shí)間只有100米的精度。但當(dāng)S/A切斷后,導(dǎo)航精度上升,95%的位置數(shù)據(jù)可落在半徑為6.3米的圓內(nèi)。
GPS衛(wèi)星發(fā)送兩種碼:粗捕獲碼(C/A碼)和精碼(P碼)。前者是民用的,后者只限于供美軍及其盟軍以及美國政府批準(zhǔn)的用戶使用。這些碼以擴(kuò)頻方式調(diào)制在兩種不同的頻率上發(fā)射:L1波段以1575.42兆赫發(fā)射C/A和P碼;而L2波段只以1227.6兆赫發(fā)射P碼。
GPS衛(wèi)星導(dǎo)航能力最重大的改進(jìn)將從2003年發(fā)射洛克希德·馬丁首批ⅡR-M(修改的ⅡR)衛(wèi)星開始。ⅡR-M衛(wèi)星將發(fā)射增強(qiáng)的L1民用信號,同時(shí)發(fā)射新的L2民用信號和軍用碼(M碼)。進(jìn)一步的改進(jìn)將從發(fā)射波音ⅡF批次衛(wèi)星的2005年開始,ⅡF批次衛(wèi)星除發(fā)射增強(qiáng)的L1、L2民用信號和M碼外,將在1176.45兆赫增加第3個(gè)民用信號(L5)。在ⅡF發(fā)射以前,M碼將從發(fā)展型過渡到工作型。因?yàn)閷?dǎo)航衛(wèi)星星座的發(fā)射需要有一段時(shí)間,故在軌道上獲得全工作能力則要在2007年發(fā)射18顆L2民用信號和M碼衛(wèi)星后才能實(shí)現(xiàn)。18顆衛(wèi)星組成的第三個(gè)民用信號(L5)的星座預(yù)計(jì)要到2011年才能發(fā)射完。
此后,美軍將得到抗干擾能力有所增強(qiáng)的新信號--M碼。它能發(fā)送更大的功率,而不干涉民用接收機(jī)。M碼還給軍方一種新的能力,以干擾敵方對信號的利用,但其細(xì)節(jié)是保密的。
L2民用信號即第二個(gè)民用信號稱為L2C,使民用用戶也能補(bǔ)償大氣傳輸不定性誤差,從而使民用導(dǎo)航精度提高到3~10米。而美軍及其盟軍因一開始就能接收L1和L2中的P碼,故一直具有這種能力。
對L2的設(shè)計(jì)約束是它必須與新的M碼兼容。為避免對軍用L2 P(Y)接收機(jī)的任何損害,新的民用L2應(yīng)具有與現(xiàn)有C/A碼相同的功率和頻譜形狀。這里,括號中的Y碼是P碼的加密型。實(shí)際上,民用L2信號將比現(xiàn)有的L1 C/A信號低2.3分貝。功率較低的問題將由現(xiàn)代的多相關(guān)器技術(shù)加以克服,以便迅速捕獲很微弱的信號。
GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號必須現(xiàn)代化,同時(shí)又要保持向后兼容性。組合的民用信號與軍用信號必須放在現(xiàn)有頻帶中,而且具有足夠的隔離,以防互相干涉。美國決定將C/A碼信號放在L1頻帶和新的L2頻帶的中部,供民用使用,而保留Y碼信號。
M碼將采用一種裂譜調(diào)制法,它把其大部分功率放在靠近分配給它的頻帶的邊緣處。抗干擾能力主要來自不干涉C/A碼或Y碼接收機(jī)的強(qiáng)大的發(fā)射功率。
M碼信號的保密設(shè)計(jì)基于下一代密碼技術(shù)和新的密鑰結(jié)構(gòu)。為進(jìn)一步分離軍用和民用碼,衛(wèi)星對于M碼將具有單獨(dú)的射頻鏈路和天線孔徑。當(dāng)衛(wèi)星能工作時(shí),每顆衛(wèi)星可能在每個(gè)載波頻率上發(fā)射兩個(gè)不同的M碼信號。即使由同一顆衛(wèi)星以同一載波頻率發(fā)射,信號將在載波、擴(kuò)散碼、數(shù)據(jù)信息等方面不同。
M碼的調(diào)制將采用二進(jìn)制偏置載波(BOC)信號,其子載波頻率為10.23兆赫,擴(kuò)碼率為每秒5.115百萬擴(kuò)散位,故稱為BOC(10.23,5.115)調(diào)制,簡稱BOC(10,5)。因?yàn)?/span>BOC(10,5)調(diào)制與Y和C/A碼信號相分離,故可以較大的功率發(fā)射,而不降低Y或C/A碼接收機(jī)的性能。BOC(10,5)對于針對C/A碼信號的干擾不敏感,而且與用來擴(kuò)展調(diào)制的二進(jìn)制序列的結(jié)構(gòu)難以分辨。
L5將位于960~1215兆赫頻段,而地面測距儀/塔康(DME/TACAN)導(dǎo)航臺和軍用數(shù)據(jù)鏈(Link 16)已大量使用這個(gè)頻段,但這只會對歐洲中部和美國高空飛行的飛機(jī)產(chǎn)生干擾。美國計(jì)劃對在L5±9兆赫以內(nèi)的DME頻率進(jìn)行重新分配,以便L5信號在美國的所有高度都能良好地接收。
一些新的抗干擾技術(shù)
由于GPS衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號比較微弱,而且以固定的頻率發(fā)射,因此軍用GPS接收機(jī)很容易受到敵方的干擾。
美國國防預(yù)研計(jì)劃局(DARPA)正在發(fā)展一種新的抗干擾方法,采用戰(zhàn)場上空的無人機(jī)來創(chuàng)造偽GPS星座,使其信號功率超過敵方干擾信號的功率。
所謂偽衛(wèi)星,就是將GPS導(dǎo)航信號發(fā)射機(jī)裝在飛機(jī)或地面上,頂替GPS衛(wèi)星來進(jìn)行導(dǎo)航。DARPA用無人機(jī)做偽衛(wèi)星的研究,稱為GPX偽衛(wèi)星概念,旨在使己方的部隊(duì)在受干擾的戰(zhàn)場環(huán)境中具有精確的導(dǎo)航能力。其方法是由飛行中無人機(jī)上的4顆偽衛(wèi)星廣播大功率信號,這樣在戰(zhàn)場區(qū)域上空產(chǎn)生一個(gè)人工GPS星座。4架"獵人"無人機(jī)就可覆蓋300千米見方的戰(zhàn)區(qū)。
只要對現(xiàn)有GPS接收機(jī)的軟件作些改變就可使用偽衛(wèi)星發(fā)射的信號。當(dāng)用實(shí)際GPS星座導(dǎo)航時(shí),接收機(jī)開始需要知道衛(wèi)星位置,即星歷的情況,故偽衛(wèi)星概念面臨的挑戰(zhàn)是采用可用的低數(shù)據(jù)率信息把4顆運(yùn)動(dòng)的偽衛(wèi)星的位置告訴接收機(jī)。因此,DARPA和柯林斯公司設(shè)計(jì)人員的關(guān)鍵任務(wù)是在可用的50比特/秒信息中發(fā)送偽衛(wèi)星星歷。無人機(jī)的穩(wěn)定性相當(dāng)好,不會像戰(zhàn)斗機(jī)那樣機(jī)動(dòng);但任何運(yùn)動(dòng)都會使位置有點(diǎn)不確定。因而與采用衛(wèi)星星座的導(dǎo)航比較,其定位總誤差將增長約20%。DAPRA已用在7500米高度上的公務(wù)機(jī)上以及約3000米高度上的"獵人"無人機(jī)上試驗(yàn)了單顆偽衛(wèi)星,導(dǎo)航精度從采用真衛(wèi)星時(shí)的2.7米下降到4.3米。
當(dāng)然,偽衛(wèi)星不一定要全部機(jī)載,也可采用地面和機(jī)載發(fā)射機(jī)混合的方案。將某些偽衛(wèi)星設(shè)在地面上的缺點(diǎn)是減少了覆蓋范圍,但提高了導(dǎo)航精度。為了克服干擾,偽衛(wèi)星可發(fā)射100瓦信號,使地面接收機(jī)處的信號強(qiáng)度比來自衛(wèi)星的信號強(qiáng)度增加45分貝。
諾斯羅普·格魯門公司正在研制可提供30~40分貝抗干擾改進(jìn)的GPS接收機(jī)。這種稱為"反干擾自主完整性監(jiān)控外推"的抗干擾方法將由慣性導(dǎo)航和GPS接收機(jī)在載波相位級進(jìn)行全耦合來實(shí)現(xiàn)。全耦合濾波器將減小GPS跟蹤回路的帶寬,從而減少干擾信號進(jìn)入GPS接收機(jī)的機(jī)會。
柯林斯公司和洛克希德·馬丁公司聯(lián)合為JASSM空面導(dǎo)彈研制的G-STAR高反干擾GPS接收機(jī)采用了調(diào)零和波束操縱的方法。該接收機(jī)重11.3千克,采用了一個(gè)空間時(shí)間適配器,適配器探測出一個(gè)威脅,便將其信號調(diào)到零,并在發(fā)射導(dǎo)航信號的衛(wèi)星方向增加增益。
這種反干擾技術(shù)以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn),故稱為數(shù)字波束成形器,它比常規(guī)的模擬調(diào)零法更為精確,同時(shí)可將接收機(jī)的波束調(diào)整到朝向可用的導(dǎo)航衛(wèi)星。數(shù)字信號處理可通過動(dòng)態(tài)移動(dòng)零位來抵消噪聲,增加增益,并通過一個(gè)6元天線陣來操縱波束。
民用GPS接收機(jī)也有抗干擾的問題,但民用GPS接收機(jī)用戶更關(guān)心非故意干擾。非故意干擾基本上為寬波段類型,與干擾機(jī)將其功率集中于GPS頻率不同。與軟件有密切關(guān)系的數(shù)字信號處理方法,在對付寬波段干擾方面是很理想的。
美國Electro-Radiation(ERI)公司指出,常規(guī)抗干擾方法的是采用相控陣天線組成的零位操縱天線,這不僅要增加重量,且成本較高,而在接收機(jī)上實(shí)現(xiàn)的抗干擾技術(shù)通常只有有限的干擾剔除能力或者是專為對付某種干擾而特地設(shè)計(jì)的抗干擾能力。
這家公司已研制出能有效地對付所有已知類型干擾的一種干擾抑制裝置(ISU),它不需要昂貴和笨重的天線,可以低成本、高效的方式加裝到新的和現(xiàn)有的GPS接收機(jī)中,既適合軍用,也適合民用。
這種干擾抑制裝置包括補(bǔ)釘天線以及可插入任何GPS接收機(jī)天線接口的電子裝置,用來抑制寬帶噪聲和窄帶干擾。它使GPS接收機(jī)增加20分貝的抗寬帶噪聲能力和35分貝的抗窄帶干擾能力。
關(guān)于GPS的漂移:
早先的GPS由于收星能力比較弱,總是會發(fā)生斷訊,尤其在城市中用做導(dǎo)航的時(shí)候,給出行造成很多不便。后來開發(fā)的一些民用GPS芯片,將信號不夠強(qiáng)的GPS信號也收入,這樣就造成了漂移的現(xiàn)象。但是如果在同樣的情況下,較早的GPS產(chǎn)品即會完全斷訊,直到可以找到信號夠強(qiáng)的衛(wèi)星才開始接受。所以這是一個(gè)比較矛盾的選擇,但是隨著軟件和硬件的不斷開發(fā)升級,相信這種情況會越來越少。
訊號會飄是Xtrac技術(shù)的GPS最常發(fā)生的問題(高感度的GPS大多是使用Xtrac技術(shù),GM-270u就是),因?yàn)樗抢梅糯笪⑷跣盘柤右赃\(yùn)算來定位的,而衛(wèi)星信號時(shí)刻都在改變,所以GPS不斷的運(yùn)算以修正誤差,當(dāng)所收訊號前后差異極大的時(shí)候,就會看到"飄移"的現(xiàn)象。導(dǎo)航軟體是單純接收GPS所傳來的信號,將定位信號顯現(xiàn)在螢?zāi)簧希愿盘栵h移無關(guān),純粹是GPS的接收定位誤差。2.再則GPS衛(wèi)號有5~25公尺的誤差,當(dāng)然地圖軟體鎖路程式設(shè)計(jì)也有關(guān),但接收機(jī)因素比較大些吧。3.再則你的GPS使用的座標(biāo)系統(tǒng)和電子地圖的座標(biāo)系統(tǒng)是否相同呢(很少發(fā)生)
gps的冷啟動(dòng)、溫啟動(dòng)、熱啟動(dòng)
GPS開機(jī)定位分為冷啟動(dòng)、溫啟動(dòng)和熱啟動(dòng)三種:
冷啟動(dòng):以下幾種情況開機(jī)均屬冷啟動(dòng)。初次使用時(shí);電池耗盡導(dǎo)致星歷信息丟失時(shí);關(guān)機(jī)狀態(tài)下將接收機(jī)移動(dòng)1000公里以上距離。
溫啟動(dòng):距離上次定位的時(shí)間超過兩個(gè)小時(shí)的啟動(dòng)。
熱啟動(dòng):距離上次定位的時(shí)間小于兩個(gè)小時(shí)的啟動(dòng)。
有時(shí)候如果機(jī)器有軟件問題,需要進(jìn)行冷啟動(dòng),冷啟動(dòng)可以使用gpsviewer進(jìn)行。