全球定位系統(tǒng)概述

1、1.什么是全球定位系統(tǒng)（GPS） 全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System - GPS）是美國從本世紀(jì)70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。經(jīng)近10年我國測繪等部門的使用表明，GPS以全天候、高精度、 自動化、高效益等顯著特點，贏得廣大測繪工作者的信賴，并成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導(dǎo)航和管制、地殼運動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來一場深刻的技術(shù)革命。 全球定位系統(tǒng)(Global Positioni

2、ng System,縮寫GPS)是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。 按目前的方案，全球定位系統(tǒng)的空間部分使用24顆高度約2.02萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。21+3顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運行周期約為11小時58分，分布在六個軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（DOP）。這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?地面監(jiān)控部分包括四個監(jiān)控間、一個上行注

3、入站和一個主控站。監(jiān)控站設(shè)有GPS用戶接收機(jī)、原子鐘、收集當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)的傳感器和進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理的計算機(jī)。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。主控站設(shè)在范登堡空軍基地。它對地面監(jiān)控部實行全面控制。主控站主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對GPS衛(wèi)星的全部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。上行注入站也設(shè)在范登堡空軍基地。它的任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運行至上空時把這類導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站的指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS衛(wèi)星每天進(jìn)行一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。 全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。隨著全

4、球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓， 目前已遍及國民經(jīng)濟(jì)各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。 2.GPS如何定位 GPS接收機(jī)可接收到可用于授時的準(zhǔn)確至納秒級的時間信息；用于預(yù)報未來幾個月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預(yù)報星歷；用于計算定位時所需衛(wèi)星坐標(biāo)的廣播星歷，精度為幾米至幾十米（各個衛(wèi)星不同，隨時變化）；以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。 GPS接收機(jī)對碼的量測就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，由于含有接收機(jī)衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。對0A碼測得的偽距稱為UA碼偽距，精度約為20米左右，對P碼測得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2米左右。 GPS接收機(jī)對收到的

5、衛(wèi)星信號，進(jìn)行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復(fù)載波。嚴(yán)格而言，載波相位應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻 移影響的衛(wèi)星信號載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號相位之差。一般在接收機(jī)鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續(xù)觀測值時才能使用相位觀測值，而要達(dá)到優(yōu)于米級的定位 精度也只能采用相位觀測值。 按定位方式，GPS定位分為單點

6、定位和相對定位（差分定位）。單點定位就是根據(jù)一臺接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。相對定位（差分定位）是根據(jù)兩臺以上接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進(jìn)行相對定位。 在GPS觀測量中包含了衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應(yīng)等誤差，在定位計算時還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進(jìn)行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機(jī)可以根據(jù)兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機(jī)間距離較遠(yuǎn)時（

7、大氣有明顯差別），應(yīng)選用雙頻接收機(jī)。 在定位觀測時，若接收機(jī)相對于地球表面運動，則稱為動態(tài)定位，如用于車船等概略導(dǎo)航定位的精度為30一100米的偽距單點定位，或用于城市車輛導(dǎo)航定位的米級精度的偽距差分定位，或用于測量放樣等的厘米級 的相位差分定位（RTK），實時差分定位需要數(shù)據(jù)鏈將 兩個或多個站的觀測數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)揭黄鹩嬎恪?在定位觀測時，若接收機(jī)相對于地球表面靜止，則稱為靜態(tài)定位，在進(jìn)行控制網(wǎng)觀測時，一般均采用這種 方式由幾臺接收機(jī)同時觀測，它能最太限度地發(fā)揮GPS的定位精度，專用于 這種目的的接收機(jī)被稱為大地型接 收機(jī)，是接收機(jī)中性能最好的一類。目前，GPS已經(jīng)能 夠達(dá)到地殼形變觀測的精度

8、要求，IGS的常年觀測臺站已 經(jīng)能構(gòu)成毫米級的全球坐標(biāo)框架。 3.GPS系統(tǒng)如何組成 GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分GPS信號接收機(jī)。 GPS衛(wèi)星星座 GPS工作衛(wèi)星及其星座 由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，記作（21+3）GPS星座。 24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間相距60度， 即軌道的升交點赤經(jīng)各相差60度。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度， 一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。 在兩萬公里高空的GPS衛(wèi)星，當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵碚f自轉(zhuǎn)一周時，

9、它們繞地球運行二周， 即繞地球一周的時間為12恒星時。這樣，對于地面觀測者來說，每天將提前4分鐘見到同一顆GPS 衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時間和地點的不同而不同，最少可見到4顆， 最多可見到11顆。在用GPS信號導(dǎo)航定位時，為了結(jié)算測站的三維坐標(biāo)，必須觀測4顆 GPS衛(wèi)星，稱為定位星座。這4顆衛(wèi)星在觀測過程中的幾何位置分布對定位精度有一定的影響。對于某地某時，甚至不能測得精確的點位坐標(biāo)，這種時間段叫做“間隙段”。但這種 時間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)實時牡己蕉徊飭俊?GPS工作衛(wèi)星的編號和試驗衛(wèi)星基本相同。 地面監(jiān)控系統(tǒng) 對于導(dǎo)航定位來說，GPS

10、衛(wèi)星是一動態(tài)已知點。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷描述衛(wèi)星運動及其軌道的 的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常 工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng) 另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測 各顆衛(wèi)星的時間，求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。 GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站。 GPS信號接收機(jī) GPS 信號接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號， 并跟蹤這些衛(wèi)星的運

11、行，對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星 到接收機(jī)天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的三維位置， 位置，甚至三維速度和時間。 靜態(tài)定位中，GPS接收機(jī)在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中固定不變，接收機(jī)高精度 地測量GPS信號的傳播時間，利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機(jī)天線所在位置的 三維坐標(biāo)。而動態(tài)定位則是用GPS接收機(jī)測定一個運動物體的運行軌跡。GPS信號接收機(jī) 所位于的運動物體叫做載體（如航行中的船艦，空中的飛機(jī)，行走的車輛等）。載體上 的GPS接收機(jī)天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中相對地球而運動，接收機(jī)用GPS信號實時地

12、 測得運動載體的狀態(tài)參數(shù)（瞬間三維位置和三維速度）。 接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包，構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu) 分為天線單元和接收單元兩大部分。對于測地型接收機(jī)來說，兩個單元一般分成 兩個獨立的部件，觀測時將天線單元安置在測站上，接收單元置于測站附近的適當(dāng)?shù)胤剑?用電纜線將兩者連接成一個整機(jī)。也有的將天線單元和接收單元制作成一個整體，觀測時將其 安置在測站點上。 GPS接收機(jī)一般用蓄電池做電源。同時采用機(jī)內(nèi)機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電池的目的 在于更換外電池時不中斷連續(xù)觀測。在用機(jī)外電池的過程中，機(jī)內(nèi)電池自動充電。 關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲器供電，以防

13、止丟失數(shù)據(jù)。 近幾年，國內(nèi)引進(jìn)了許多種類型的GPS測地型接收機(jī)。各種類型的GPS測地型接收機(jī)用于 精密相對定位時，其雙頻接收機(jī)精度可達(dá)5mm+1PPM.D，單頻接收機(jī)在一定距離內(nèi)精度可達(dá) 10mm+2PPM.D。用于差分定位其精度可達(dá)亞米級至厘米級。 目前，各種類型的GPS接收機(jī)體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測。GPS和GLONASS 兼容的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)接收機(jī)已經(jīng)問世。 4.GPS接收機(jī)如何分類 GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號，是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對于陸地、 海洋和空間的廣大用戶，只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設(shè)備， 即GPS信號接收機(jī)?？梢栽谌?/p>

14、何時候用GPS信號進(jìn)行導(dǎo)航定位測量。根據(jù)使用目的的不同， 用戶要求的GPS信號接收機(jī)也各有差異。目前世界上已有幾十家工廠生產(chǎn)GPS接收機(jī)， 產(chǎn)品也有幾百種。這些產(chǎn)品可以按照原理、用途、功能等來分類。 按接收機(jī)的用途分類 導(dǎo)航型接收機(jī) 此類型接收機(jī)主要用于運動載體的導(dǎo)航，它可以實時給出載體的位置和速度。這類接收機(jī) 一般采用C/A碼偽距測量，單點實時定位精度較低，一般為±25mm，有SA影響時為±100mm。 這類接收機(jī)價格便宜，應(yīng)用廣泛。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，此類接收機(jī)還可以進(jìn)一步分為： 車載型用于車輛導(dǎo)航定位； 航海型用于船舶導(dǎo)航定位； 航空型用于飛機(jī)導(dǎo)航定位。由于飛機(jī)運行速

15、度快，因此，在航空上用的接收機(jī) 要求能適應(yīng)高速運動。 星載型用于衛(wèi)星的導(dǎo)航定位。由于衛(wèi)星的速度高達(dá)7km/s以上，因此對接收機(jī)的要求更高。 測地型接收機(jī) 測地型接收機(jī)主要用于精密大地測量和精密工程測量。定位精度高。儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。 授時型接收機(jī) 這類接收機(jī)主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時，常用于天文臺及無線電通訊中時間同步。 按接收機(jī)的載波頻率分類 單頻接收機(jī) 單頻接收機(jī)只能接收L1載波信號，測定載波相位觀測值進(jìn)行定位。由于不能有效消除 電離層延遲影響，單頻接收機(jī)只適用于短基線（<15km）的精密定位。 雙頻接收機(jī) 雙頻接收機(jī)可以同時接收L1，L2載波信號。利用雙頻

16、對電離層延遲的不一樣，可以消除電離層 對電磁波信號的延遲的影響，因此雙頻接收機(jī)可用于長達(dá)幾千公里的精密定位。 按接收機(jī)通道數(shù)分類 GPS接收機(jī)能同時接收多顆GPS衛(wèi)星的信號，為了分離接收到的不同衛(wèi)星的信號，以實現(xiàn)對衛(wèi)星信號的跟蹤、處理和量測，具有這樣功能的器件稱為天線信號通道。根據(jù)接收機(jī)所具有的通道種類可分為： 多通道接收機(jī) 序貫通道接收機(jī) 多路多用通道接收機(jī) 按接收機(jī)工作原理分類 碼相關(guān)型接收機(jī) 碼相關(guān)型接收機(jī)是利用碼相關(guān)技術(shù)得到偽距觀測值。 平方型接收機(jī) 平方型接收機(jī)是利用載波信號的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號,來恢復(fù)完整的載波信號 通過相位計測定接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號與接收到的載波信號之間的相位

17、差，測定偽距觀測值。 混合型接收機(jī) 這種儀器是綜合上述兩種接收機(jī)的優(yōu)點，既可以得到碼相位偽距，也可以得到載波相位觀測值。 干涉型接收機(jī) 這種接收機(jī)是將GPS衛(wèi)星作為射電源，采用干涉測量方法，測定兩個測站間距離。 5.如何使用GPS接收機(jī)（一） GPS作為野外定位的最佳工具，在戶外運動中有廣泛的應(yīng)用，在國內(nèi)也可以越來越經(jīng)常地看見有人使用了。GPS不象電視或收音機(jī)，打開就能用，它更象一架相機(jī)，你需要有一定的技巧。現(xiàn)在介紹一些GPS使用辦法和經(jīng)驗。 首先大家要弄清使用GPS時常碰到的一些術(shù)語： 1.坐標(biāo)(coordinate) 有2維、3維兩種坐標(biāo)表示，當(dāng)GPS能夠收到4顆及以上衛(wèi)星的信號時，它能計

18、算出本地的3微坐標(biāo)：經(jīng)度、緯度、高度，若只能收到3顆衛(wèi)星的信號，它只能計算出2維坐標(biāo)：精度和緯度，這時它可能還會顯示高度數(shù)據(jù)，但這數(shù)據(jù)是無效的。大部分GPS不僅能以經(jīng)/緯度(Lat/Long)的方式，顯示坐標(biāo)，而且還可以用UTM(Universal Transverse Mercator)等坐標(biāo)系統(tǒng)顯示坐標(biāo)但我們一般還是使用LAT/LONG系統(tǒng)，這主要是由你所使用的地圖的坐標(biāo)系統(tǒng)決定的。坐標(biāo)的精度在Selective Availability(美國防部為減小GPS精確度而實施的一種措施)打開時，GPS的水平精度在100-50米之間，視接受到衛(wèi)星信號的多少和強(qiáng)弱而定，若根據(jù)GPS的指示，說你已經(jīng)

19、到達(dá)，那么四周看看，應(yīng)該在大約一個足球場大小的面積內(nèi)發(fā)現(xiàn)你的目標(biāo)的。 在SA關(guān)閉時(目前是很少見的，但美政府計劃將來取消SA)，精度能達(dá)到15米左右(GPS性能介紹上說的精度都給的是no SA值，唬人的)。高度的精確性由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原因，更差些。經(jīng)緯度的顯示方式一般都可以根據(jù)自己的愛好選擇，一般有"hddd.ddddd","hddd*mm.mmm""，"hddd*mm"ss.s"""(其中的“*”代表“度”，以下同)地球子午線長是39940.67公里，緯度改變一度合110.94公里，一分合1.8

20、49公里，一秒合30.8米，赤道圈是40075.36公里，北京地區(qū)緯在北緯40度左右，緯度圈長為40075*sin(90-40),此地經(jīng)度一度合276公里，一分合1.42公里一秒合23.69米，你可以選定某個顯示方式，并把各位數(shù)字改變一對應(yīng)地面移動多少米記住，這樣能在經(jīng)緯度和實際里程間建立個大概的對應(yīng)。大部分GPS都有計算兩點距離的功能，可給出兩個坐標(biāo)間的精確距離。高度的顯示會有英制和公制兩種方式，進(jìn)GPS的SETUP頁面，設(shè)置成公制，這樣在其他象速度、距離等的顯示也都會成公制的了。 2.路標(biāo)(Landmark or Waypoint) GPS內(nèi)存中保存的一個點的坐標(biāo)值。在有GPS信號時，按一

21、下"MARK"鍵，就會把當(dāng)前點記成一個路標(biāo)，它有個默認(rèn)的一般是象"LMK04"之類的名字，你可以修改成一個易認(rèn)的名字(字母用上下箭頭輸入)，還可以給它選定一個圖標(biāo)。路標(biāo)是GPS數(shù)據(jù)核心，它是構(gòu)成“路線”(見3)的基礎(chǔ)。標(biāo)記路標(biāo)是GPS主要功能之一，但是你也可以從地圖上讀出一個地點的坐標(biāo)，手工或通過計算機(jī)接口輸入GPS，成為一個路標(biāo)。一個路標(biāo)可以將來用于GOTO功能(見5)的目標(biāo)，也可以選進(jìn)一條路線Route，見3.)作為一個支點。一般GPS能記錄500個或以上的路標(biāo)。 3.路線(ROUTE) 路線是GPS內(nèi)存中存儲的一組數(shù)據(jù)，包括一個起點和一個終點的坐標(biāo)

22、，還可以包括若干中間點的坐標(biāo)，每兩個坐標(biāo)點之間的線段叫一條"腿"(leg)。常見GPS能存儲20條線路，每條線路30條"腿"。各坐標(biāo)點可以從現(xiàn)有路標(biāo)中選擇，或是手工/計算機(jī)輸入數(shù)值，輸入的路點同時做為一個路標(biāo)(Waypoint/Landmark)保存。實際上一條路線的所有點都是對某個路標(biāo)的引用，比如你在路標(biāo)菜單下改變一個路標(biāo)的名字或坐標(biāo)，如果某條路線使用了它，你會發(fā)現(xiàn)這條線路也發(fā)生了同樣的變化?？梢杂幸粭l路線是"活躍"(Activity)的?！盎钴S”路線的路點是導(dǎo)向(見5)功能的目標(biāo) 。 4.前進(jìn)方向(Heading) GPS沒有指北

23、針的功能，靜止不動時它是不知道方向的。但是一旦動了起來，它就能知道自己的運動方向。GPS每隔一秒更新一次當(dāng)前地點信息，每一點的坐標(biāo)和上一點的坐標(biāo)一比較，就可以知道前進(jìn)的方向，請注意這并不是GPS頭指的方向，它老人家是不知道自己的腦袋和運動路線是成多少度角的。不同GPS關(guān)于前進(jìn)方向的算法是不同的，基本上是最近若干秒的前進(jìn)方向，所以除非你已經(jīng)走了一段并仍然在走直線，否則前進(jìn)方向是不準(zhǔn)確的，尤其是在拐彎的時候你會看到數(shù)值在變個不停。方向的是以多少度顯示的，這個度數(shù)是手表表盤朝上，12點指向北方，順時針轉(zhuǎn)的角度。有很多GPS還可以用指向羅盤和標(biāo)尺的方式來顯示這個角度。一般同時還顯示前進(jìn)平均速度，也是根

24、據(jù)最近一段的位移和時間計算的。 5.導(dǎo)向(Bearing) 導(dǎo)向功能在以下條件下起作用： 1.)以設(shè)定"走向"(GOTO)目標(biāo)。"走向"目標(biāo)的設(shè)定可以按"GOTO"鍵，然后從列表中選擇一個路標(biāo)。以后"導(dǎo)向"功能將導(dǎo)向此路標(biāo) 。 2.)目前有活躍路線(Activity route)?；钴S路線一般在設(shè)置->路線菜單下設(shè)定。如果目前有活動路線，那么"導(dǎo)向"的點是路線中第一個路點，每到達(dá)一個路點后，自動指到下一個路點。 在"導(dǎo)向"頁面上部都會標(biāo)有當(dāng)前導(dǎo)向路點名稱("R

25、OUTE"里的點也是有名稱的)。它是根據(jù)當(dāng)前位置，計算出導(dǎo)向目標(biāo)對你的方向角，以與"前進(jìn)方向"相同的角度值顯示。同時顯示離目標(biāo)的距離等信息。讀出導(dǎo)向方向，按此方向前進(jìn)即可走到目的地。有些GPS把前進(jìn)方向和導(dǎo)向功能結(jié)合起來，只要用GPS的頭指向前進(jìn)方向，就會有一個指針箭頭指向前進(jìn)方向和目標(biāo)方向的偏角，跟著這個箭頭就能找到目標(biāo)。 6.日出日落時間(Sun set/raise time) 大多數(shù)GPS能夠顯示當(dāng)?shù)氐娜粘?、日落時間，這在計劃出發(fā)/宿營時間時是有用的。這個時間是GPS根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)度和日期計算得到的，是指平原地區(qū)的日出、日落時間，在山區(qū)因為有山脊遮擋，日照時間根

26、據(jù)情況要早晚各少半個小時以上。GPS的時間是從衛(wèi)星信號得到的格林尼制時間，在設(shè)置(setup)菜單里可以設(shè)置本地的時間偏移，對中國來說，應(yīng)設(shè)+8小時，此值只與時間的顯示有關(guān)。 7.足跡線(Plot trail) GPS每秒更新一次坐標(biāo)信息，所以可以記載自己的運動軌跡。一般GPS能記錄1024個以上足跡點，在一個專用頁面上，以可調(diào)比例尺顯示移動軌跡。足跡點的采樣有自動和定時兩種方式自動采樣由GPS自動決定足跡點的采樣方式，一般是只記錄方向轉(zhuǎn)折點，長距離直線行走時不記點；定時采樣可以規(guī)定采樣時間間隔，比如30秒、一分鐘、5分鐘或其他時間，每隔這么長時間記一個足跡點。在足跡線頁面上可以清楚地看到自己

27、足跡的水平投影。你可以開始記錄、停止記錄、設(shè)置方式或清空足跡線?！白阚E”線上的點都沒有名字，不能單獨引用，查看其坐標(biāo)，主要用來畫路線圖(計算機(jī)下載路線?)和“回溯”功能。很多GPS有一種叫做“回溯”(Trace back)的功能，使用此功能時，它會把足跡線轉(zhuǎn)化為一條“路線”(ROUTE)，路點的選擇是由GPS內(nèi)部程序完成的一般是選用足跡線上大的轉(zhuǎn)折點。 同時，把此路線激活為活動路線，用戶即可按導(dǎo)向功能原路返回。要注意的是回溯功能一般會把回溯路線放進(jìn)某一默認(rèn)路線(比如route0)中，看你GPS的說明書，使用前要先檢查此線路是否已有數(shù)據(jù)，若有，要先用拷貝功能復(fù)制到另一條空線路中去，以免覆蓋?；厮?/p>

28、路線上的各路點用系統(tǒng)默認(rèn)的臨時名字如"T001"之類，有的GPS定第二條回溯路線時會重用這些名字，這時即使你已經(jīng)把舊的路線做了拷貝，由于路點引用的名字被重用了，所以路線也會改變，不是原來那條回溯路線了。請查看你GPS的使用說明書，并試用以明確你的情況。有必要的話，對于需要長期保存的TraceBack路線，要拷貝到空閑路線，并重命名所有路點名字。 6.如何使用GPS接收機(jī)（二） GPS比較費電池，多數(shù)GPS使用四節(jié)堿性電池一直開機(jī)可用20-30小時，說明書上的時間并不是很準(zhǔn)確的，長時間使用時要注意攜帶備用電池。大部分GPS有永久的備用電池，它可以在沒有電池時保證內(nèi)存中的各種數(shù)

29、據(jù)不會丟失。由于GPS在靜止時沒有方向指示功能，所以同時帶上一個小巧的指北針是有用的。標(biāo)記路標(biāo)時，GPS提供一個默認(rèn)的路標(biāo)名，比如LMK001之類，難于記憶，雖可改成一個比較好記一些的名字，但一是輸入不便，用上下箭頭選字母很費勁，二是一般只能起很短的英文名字，比如6或9個字母，仍然不好記，同時再帶上一個小的錄音機(jī)/采訪機(jī)隨時記錄，是個不錯的主意。 1.有地圖使用 GPS與詳細(xì)地圖配合使用時有最好的效果，但是國內(nèi)大比例尺地圖十分難得，GPS使用效果受到一定限制?！叭f一”你有目的地附近的精確地圖，則可以預(yù)先規(guī)劃線路，先做地圖上規(guī)劃，制定行程計劃，可以按照線路的復(fù)雜情況和里程，建立一條或多條線路(R

30、OUTE)，讀出路線特征點的坐標(biāo)，輸入GPS建立線路的各條“腿”(legs),并把一些單獨的標(biāo)志點作為路標(biāo)(Landmark/Waypoint)輸入GPS。GPS手工輸入數(shù)據(jù)，是一項相當(dāng)煩瑣的事情，請想一下，每個路標(biāo)就要輸入名字、坐標(biāo)等20多個字母數(shù)字，每個字母數(shù)字要按最多到十幾次箭頭才能出來，哈哈，這就是有人舍得花很多錢來買接線和軟件，用計算機(jī)來上載/下載數(shù)據(jù)的原因。帶上地圖！行進(jìn)時用一是利用GPS確定自己在地圖上的位置，二是按照導(dǎo)向功能指示的目標(biāo)方向，配合地圖找路向目標(biāo)前進(jìn)。同時一定要記錄各規(guī)劃點的實際坐標(biāo)，最好再針對每條規(guī)劃線路建立另一條實際線路，即可作為原路返回時使用，又可回來后作為實

31、際路線資料保存，供后人使用。 2.無圖使用這是更為常見的使用方式。 1.)使用路點定點：常用于確定巖壁坐標(biāo)、探洞時確定洞口坐標(biāo)或其他象線路起點、轉(zhuǎn)折、宿營點的坐標(biāo)。用法簡單，MARK一個坐標(biāo)就行了。找點：所要找的地點坐標(biāo)必須已經(jīng)以路標(biāo)(landmark/waypoint)的形式存在于GPS的內(nèi)存中，可以是你以前MARK的點或者是從以前去過的朋友那里得到的數(shù)據(jù)，手工/計算機(jī)上載成的路標(biāo)數(shù)據(jù)。按GOTO鍵，從列表中選擇你的目的路標(biāo)，然后轉(zhuǎn)到“導(dǎo)向”頁面，上面會顯示你離目標(biāo)的距離、速度、目標(biāo)方向角等數(shù)據(jù)，按方向角即可。 2.)使用路線輸入路線：若能找到以前去過的朋友記錄的路線信息，把它們輸入GPS形

32、成線路，或者(常見于原路返回)把以前記錄的路標(biāo)編輯成一條線路。路線導(dǎo)向：把某條路線激活，按照和“找點”相同的方式，“導(dǎo)向”頁會引導(dǎo)你走向路線的第一個點，一旦到達(dá)，目標(biāo)點會自動更換為下一路點，“導(dǎo)向”頁引導(dǎo)你走向路線的第二個點.若你偏離了路線，越過了某些中間點，一旦你再回到路線上來，“導(dǎo)向目標(biāo)”會跳過你所繞過的那些點，定為線路上你當(dāng)前位置對應(yīng)的下一個點。 3.)回溯回溯功能實際是輸入線路(route)的一種特殊方法，它在原路返回時十分好使。但有些注意事項， 由于國內(nèi)大比例尺不宜得到，所以朋友們每次出去玩希望都能帶一組正確數(shù)據(jù)回來，有地圖時整理一套地圖+實測路線坐標(biāo)，沒地圖時整理一套線路描述+實測

33、坐標(biāo)，發(fā)到網(wǎng)上，逐漸積攢起來，形成咱們自己的地理數(shù)據(jù)庫，以后再有朋友走這條線路就可以免除雇向?qū)Ш兔月分嗔耍?7.什么是RTK技術(shù) 常規(guī)的GPS測量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分（Real - time kinematic）方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。 高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標(biāo)系中的

34、三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不到一秒鐘。流動站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運動狀態(tài)；可在固定點上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個歷元的實時處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果。 RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位

35、時要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實時地把觀測數(shù)據(jù)（偽距觀測值，相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機(jī)，數(shù)據(jù)量比較大，一般都要求9600的波特率，這在無線電上不難實現(xiàn)。 8.RTK技術(shù)如何應(yīng)用 1 各種控制測量 傳統(tǒng)的大地測量、工程控制測量采用三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)方法來施測，不僅費工費時，要求點間通視，而且精度分布不均勻，且在外業(yè)不知精度如何，采用常規(guī)的GPS靜態(tài)測量、快速靜態(tài)、偽動態(tài)方法，在外業(yè)測設(shè)過程中不能實時知道定位精度，如果測設(shè)完成后，回到內(nèi)業(yè)處理后發(fā)現(xiàn)精度不合要求，還必須返測，而采用RTK來進(jìn)行控制測量，能夠?qū)崟r知道定位精度，如果點位精度要求滿足了，用戶就可以停止觀測了，而且知道觀測質(zhì)量如何，這樣可以大

36、大提高作業(yè)效率。如果把RTK用于公路控制測量、電子線路控制測量、水利工程控制測量、大地測量、則不僅可以大大減少人力強(qiáng)度、節(jié)省費用，而且大大提高工作效率，測一個控制點在幾分鐘甚至于幾秒鐘內(nèi)就可完成。 2 地形測圖 過去測地形圖時一般首先要在測區(qū)建立圖根控制點，然后在圖根控制點上架上全站儀或經(jīng)緯儀配合小平板測圖，現(xiàn)在發(fā)展到外業(yè)用全站儀和電子手簿配合地物編碼，利用大比例尺測圖軟件來進(jìn)行測圖，甚至于發(fā)展到最近的外業(yè)電子平板測圖等等，都要求在測站上測四周的地形地貌等碎部點，這些碎部點都與測站通視，而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼圖時一旦精度不合要求還得到外業(yè)去返測，現(xiàn)在采用RTK時，僅需一人背著儀

37、器在要測的地形地貌碎部點呆上一二秒種，并同時輸入特征編碼，通過手簿可以實時知道點位精度，把一個區(qū)域測完后回到室內(nèi)，由專業(yè)的軟件接口就可以輸出所要求的地形圖，這樣用RTK僅需一人操作，不要求點間通視，大大提高了工作效率，采用RTK配合電子手簿可以測設(shè)各種地形圖，如普通測圖、鐵路線路帶狀地形圖的測設(shè)，公路管線地形圖的測設(shè)，配合測深儀可以用于測水庫地形圖，航 海海洋測圖等等。 3 放樣程放樣是測量一個應(yīng)用分支，它要求通過一定方法采用一定儀器把人為設(shè)計好的點位在實地給標(biāo)定出來，過去采用常規(guī)的放樣方法很多，如經(jīng)緯儀交會放樣，全站儀的邊角放樣等等，一般要放樣出一個設(shè)計點位時，往往需要來回移動目標(biāo)，而且要2

38、-3人操作，同時在放樣過程中還要求點間通視情況良好，在生產(chǎn)應(yīng)用上效率不是很高，有時放樣中遇到困難的情況會借助于很多方法才能放樣，如果采用RTK技術(shù)放樣時，僅需把設(shè)計好的點位坐標(biāo)輸入到電子手簿中，背著GPS接收機(jī)，它會提醒你走到要放樣點的位置，既迅速又方便，由于GPS是通過坐標(biāo)來直接放樣的，而且精度很高也很均勻，因而在外業(yè)放樣中效率會大大提高，且只需一個人操作。 9.什么叫導(dǎo)航 導(dǎo)航是一個技術(shù)門類的總稱，它是引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車輛以及個人（總稱作運載體）安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時到達(dá)目的地的一種手段。導(dǎo)航的基本功能是回答：我現(xiàn)在在哪里？我要去哪里？如何去？ 導(dǎo)航應(yīng)由導(dǎo)航系統(tǒng)完成，包括裝在運載

39、體上的導(dǎo)航設(shè)備以及裝在其他地方與導(dǎo)航設(shè)備配合使用的導(dǎo)航臺。從導(dǎo)航臺的位置來看，主要有： 陸基導(dǎo)航系統(tǒng)： 即導(dǎo)航臺位于陸地上，導(dǎo)航臺與導(dǎo)航設(shè)備之間用無線電波聯(lián)系。 星基導(dǎo)航系統(tǒng)：導(dǎo)航臺設(shè)在人造衛(wèi)星上，擴(kuò)大覆蓋范圍。 導(dǎo)航是人類從事政治、經(jīng)濟(jì)和軍事活動所必不可少的信息技術(shù)。今天，隨著人類活動的發(fā)展，對導(dǎo)航的要求越來越高。 附：GPS介紹 (摘自) 1. 概 述 全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System - GPS）是美國從本世紀(jì)70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。經(jīng)

40、近10年我國測繪等部門的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，贏得廣大測繪工作者的信賴，并成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導(dǎo)航和管制、地殼運動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來一場深刻的技術(shù)革命。 隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經(jīng)濟(jì)各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。 GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)； 用戶設(shè)備部分GPS信號接收機(jī)。 2. 衛(wèi)星及星座 由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，記作（21

41、+3）GPS星座。 24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間相距60度， 即軌道的升交點赤經(jīng)各相差60度。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度， 一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。 在兩萬公里高空的GPS衛(wèi)星，當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵碚f自轉(zhuǎn)一周時，它們繞地球運行二周， 即繞地球一周的時間為12恒星時。這樣，對于地面觀測者來說，每天將提前4分鐘見到同一顆GPS 衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時間和地點的不同而不同，最少可見到4顆， 最多可見到11顆。在用GPS信號導(dǎo)航定位時，為了結(jié)算測站的三維坐標(biāo)，必須觀測4顆 GPS衛(wèi)星，稱為定位星座

42、。這4顆衛(wèi)星在觀測過程中的幾何位置分布對定位精度有一定的 影響。對于某地某時，甚至不能測得精確的點位坐標(biāo)，這種時間段叫做“間隙段”。但這種 時間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)實時的導(dǎo)航定位測量。 GPS工作衛(wèi)星的編號和試驗衛(wèi)星基本相同。 3. 地面監(jiān)控系統(tǒng) 對于導(dǎo)航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷描述衛(wèi)星運動及其軌道的 的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常 工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng) 另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時

43、間標(biāo)準(zhǔn)GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測 各顆衛(wèi)星的時間，求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。 GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站。 4. 用戶設(shè)備 4.1 GPS信號接收機(jī) GPS 信號接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的三維位置，位置，甚至三維速度和時間。 靜態(tài)定位中，GPS接收機(jī)在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中固定不變，接收機(jī)高精

44、度地測量GPS信號的傳播時間，利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機(jī)天線所在位置的三維坐標(biāo)。而動態(tài)定位則是用GPS接收機(jī)測定一個運動物體的運行軌跡。GPS信號接收機(jī)所位于的運動物體叫做載體（如航行中的船艦，空中的飛機(jī)，行走的車輛等）。載體上的GPS接收機(jī)天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中相對地球而運動，接收機(jī)用GPS信號實時地測得運動載體的狀態(tài)參數(shù)（瞬間三維位置和三維速度）。 接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包，構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩大部分。對于測地型接收機(jī)來說，兩個單元一般分成兩個獨立的部件，觀測時將天線單元安置在測站上，接收單元置于測站附近的適當(dāng)?shù)胤?，用電纜線將兩者連接成一個整機(jī)。也有的將天線單元和接收單元制作成一個