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良闾
7 years ago
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1 从入门到精通 GPS 导航基础应用知识大全 GPS 应用知识 1.GPS 系统组成 GPS gloabal Positioning System, 这是美国建的主要分三大块, 地面的控制站天上飞的卫星咱们手里拿的接收机先说说设备, 卫星是美国准备好的, 至于主控站, 当然在老美的本土了, 在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, 调度卫星这些杂事天上, 有 27 颗卫星, 距离地面公里 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: MHZ, L2: MHZ 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手里, 就是接收机了大大小小, 千姿百态, 有袖珍式背负式车载船载机载什么的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 2. 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 GARMIN45C 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

2 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 3. 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总之, 老美也是挺累的发了一大堆卫星用于军用定位然后觉得不值, 想赚点钱, 于是开发信号给民用, 精度还不能太高, 可精度低了大家又骂娘因为 GPS 掌握在老美的手中, 虽说免费使用, 可是其他国家用着也不踏实, 前两天打阿富汉是, 美国就把该地区的 GPS 信号做了处理, 定位精度变低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常见 GPS 接收器采用的 GPS 芯片种类 (1). SiRF stariie: a. LP: Low power, 没有 LP 的已经很少用了 Sensitivity : -145dBm, 在定位后依然耗电, 如 HOLUX GM-210 b. Xtrac V1: 高感度 f/w,sensitivity 高于 stariie/lp, 硬件一样如 HOLUX 270U

3 c. Xtrac V2: 纠正了 V1 版本容易漂移的缺点, 信号比较贴近现实, 如 HAICOM 的 303S HOLUX 231 MINI GPS (2). SiRF stariii: Sensitivity : -159dBm( 实测约为 -154dBm), 虽然内建 correlator 为颗, 未必更耗电, 因为制程从 0.18u 改成 0.13u 如 HOLUX 236 HAICOM 新款的蓝牙 GPS 环天 338 丽台 9553 (3). Sony single chip solution CXD2951: SONY 第三代芯片, 只有他们是 RF 跟 baseband 包在一起的,Sensitivity : -152dBm (4). Nemerix NJ1006 ( RF ) + NJ1030 ( Baseband ) Sensitivity : -147dBm, 省电王, 采用此芯片的 GOPASS GPT-700,850AMH 的锂电池都有 20 个小时的表现 (5). Evermore: 台湾本地的 IC, 性价比好, 采用此芯片的 HAICOM 303E, 性能表现优于 HOLUX 270U (6) RFMD: Micro Devices (RFMD) 业界首个高集成度蓝牙 /GPS 解决方案 RF8900, 该设计将蓝牙通信和 GPS 技术集成在一个完整的系统中据称该产品与同类产品相比可减少 20% 的尺寸, 并使成本降低 25%, 据传 RIKALINE 的 6033 将采用这个芯片 (7). Garmin: 牌子老, 信用好老板台湾人, 研发美国制造台湾, 其老板也跻身世界 500 富豪行列如 GARMIN 的手持机 GPS 1.GPS 芯片 : 目前国际上常用 ( 常见到的 / 较流行的 )GPS 模块 (OEM 板 ) 上的主芯片主要有 3 种 (1) 美国 SIRF(Sirf ) (2)SONY( 索尼爱立信 / 索爱 ) 芯片 (3) 瑞士 NENEM 公司 NEMERIX 芯片 2. 三代芯片的核心 :

4 芯片硬件大同小异, 只是内部软件起主要作用所谓三代的核心技术只是在 2 代的基础上提高改进了软件的算法, 就好比初高中物理课上计算加速度 / 速度用的公式, 但到了大学高等数学中导数积分来计算同一道加速度 / 速度的物理题, 方法 ( 算法 ) 不同, 所用时间大不一样, 体现了中学和大学的区别, 就好像 2 代和 3 代一样其次是硬件也提供了质量标准 3. 三代芯片软件主要功能 : 3 代芯片软件提高升级 :(1) 算法改进提高搜星 / 定位速度时间 (2) 通过软件滤波器提高抗干扰性能信噪比及接收有效星颗数 (3) 有的芯片实现软件 DR 航迹 ( 转迹 ) 推算, 提高抗高楼树荫桥下遮挡及隧道功能 (4) 软通道搜索, 搜索提高可视卫星的通道数 ( 可以颗 ), 人员车辆上下坡姿态发生变化时飞机船舶星历状态发生变化时仍能继续定位 4. 三代芯片硬件改进 : (1) 芯片功耗降低, 体积减少 ( 与 2 代比 ) (2) 提高抗干扰能力, 全屏蔽或双芯片分开 5.GPS 模块与产品 : GPS 产品多种多样, 但不一定用三代芯片就全都好了, 三代芯片只不过是 GPS 产品的核心部件, 如同人的心脏大脑, 还要与其它元件相匹配 ( 天线放大器滤波器, 甚至导线接头等看起来无关紧要元件 ) 6. 天线是重要因素 : 手持 PDA 蓝牙 G-Mouse 等常见的 GPS 产品中都要用到 GPS 天线, 无论有源无源甚至全向天线, 十几个性能指标中, 夹角 (1600 最大全向天线除外 ), 放大器 db 数, 阻抗范围, 材质, 抗干扰能力与模块匹配决定了整个产品的性能, 甚至飞机上接 2-3 个天线 ( 上下面均有 ), 有些在车内车底部也很好定位也就是说,3 代模块很好, 天线不匹配可能不如搭配好 2 代产品 7. 通道数 : 3 颗星二维,4 颗星三维定位, 这是 GPS 基本原理, 我们在地面上使用是颗 ( 因为天线 160 度夹角 ), 全向天线也就 12 颗, 到了天空飞行器 ( 物体 ) 可以多收几颗 ( 一定全向或二个以上天线 ), 但也是从中取 3-4 颗信号最强距离最近的有效卫星进行运算定位, 不少军用 GPS 都是 5 个通道, 只是用 4 个通道定位,1 个通道快速搜索所有可视卫星, 并与其中 4 颗有效星比较, 高出其中一个就替换, 这样就保持 4 颗最强信号卫星

5 因此不是通道越高越好, 一般地面上 12 颗就够了, 什么都是软通道, 是体现最多可搜索可视卫星的颗数, 没有什么实际意义 8. 感应度 (db 数 ): GPS 接收信号的感应程度 ( dB) 各厂家标准不统一, 有的是模块, 有的是模块含天线, 有的是平均值, 有的是峰峰值 ( 最大值 ), 此值是在屏蔽室内用专用仪器测试, 与大家实际环境 ( 电场磁场高压微波地磁 ) 有很大区别, 因此该指标相差 3-5dB, 均属同数量级无关紧要, 只是个大概齐参考 9. 三代产品明显优势特点 ( 实际效果 ): 使用者只要对三代芯片具体技术指标一般了解即可, 而更主要比较观察是否有以下特征 (1) 定位时间快 : 无论冷启动温启热启, 重捕时间均快 5-30 秒钟 ( 与二代相比 ), 实际上大部使用者也不差这十几秒钟 (2) 高感度 : 即在高楼树荫桥下遮档遂洞窗口车内, 甚至车底盘下仍可很快定位收 4 颗以上卫星常说 : 有点天空就可定位 ( 单星定位 ), 也就是给点阳光就灿烂 (3) 抗干扰性能 : 高压线电场磁场高速动态微波手机, 同频干扰的环境下仍能正常工作 (4) 功耗低省电 : 降低了功耗, 甚至有睡眠状态 ( 静态不工作 ), 可以节电, 提高产品待机时间 (5) 体积小, 性能价格比好 : 体积小, 重量轻, 这是社会的需求和发展趋势, 可以扩大更多的应用范围和领域实际上三代芯片价格应该与二代相同, 甚至应更低, 但功能提高很多,T-38(16 通道,3 代 ) 元 / 块不同 GPS 产品在性能上的差异主要取决于核心芯片您在购买 GPS 时所看到的各项技术指标都是由 GPS 芯片决定的,GPS 未来的发展也是有核心芯片技术决定的在这里想讲一个题外话,GPS 接收机的性能很大程度上受天线技术影响, 但是天线千差万别, 用户只需要了解天线技术的类型就可以了 GPS 天线主要有螺旋天线和平板天线前者方向性不强, 但增益也相对较小 ; 后者具有较强的方向性, 但增益也较强, 适合平放在固定的地方使用当然, 天线的尺寸越大效果越好, 部分产品配备了可以外接的高增益天线, 这类天线普遍采用螺旋天线, 因为外接天线尺寸变大以后, 增益不成问题, 对方向性更敏感 GPS 芯片的发展和展望

6 2003 年以后 GPS 芯片产业如雨后春笋般呈现出一种蓬勃发展的局面目前设计生产 GPS 芯片的厂家超过 10 家, 包括美国 SiRF( 瑟孚 ) Garmin( 高明 ) 摩托罗拉索尼富士通飞利浦 Nemerix unav ublox 等 2005 年 SiRF 收购了摩托罗拉的 GPS 芯片业务, 未来将合作在摩托罗拉的智能手机中集成 GPS 功能无独有偶, 高通公司在增强型 3G 手机芯片 CDMA2000 EV-DO 中也设计了集成的 GPS 功能 Nextel 公司也正在使用 SiRF 的技术来实现其手机中的 GPS 功能美国已经通过了法律, 要求移动电话制造商在 2007 年必须把 GPS 接收机集成到产品中去, 以提供定位和紧急呼叫功能,2007 年已经是 3G 的时代可见, 尽管现在集成 GPS 功能的手机尚未进入主流市场, 但是将来 3G 手机的中高端机型会普遍集成 GPS 功能 2005 年 7 月, 以归国博士周文溢为核心的 5 名海外学人创业的西安华迅公司也推出了国内第一块 GPS 芯片尽管厂商林立, 目前在非独立式 GPS 领域中 SiRF 的地位就如同 PC 产业中的英特尔, 主流产品几乎全部采用 SiRF 芯片因此, 读者只要了解 SiRF 芯片的几个主要型号就可以了解非独立式 GPS 的核心技术差异另外,Garmin 在独立式 GPS 设备市场中占有半壁江山, 主要采用 Garmin 自己的芯片产品 Garmin 公司很像 IT 领域中的 IBM, 从地图软件到 GPS 设备到核心芯片, 是一个产业垂直集成的公司在一些非独立式 GPS 领域,Garmin 也使用 SiRF 的芯片新兴的 GPS 芯片公司几乎在原有市场中都很难有立足之地, 他们把目光主要瞄准了未来集成 GPS 的各种 IT 设备, 如手机数码相机 PDA 笔记本电脑, 甚至 U 盘如果和计算设备集成在一起,GPS 芯片的很多功能可以通过软件完成, 成本可以进一步降低早在 2004 年 SiRF 公司就已经推出了这样的简化产品?? 软件 GPS 近期飞利浦也发布了类似产品, 可以支持 ARM 处理器 Xscale 处理器 x86 处理器, 完成各种 GPS 处理任务集成的软件 GPS 成本只有 4~5 美元 GPS 的种类介绍 1. 非独立式 GPS 笔记本电脑使用的 GPS 接收机有蓝牙 CF(Compact Flash) USB 等 3 种接口, 配合 PDA 使用的还有 SDIO 接口的这些 GPS 没有显示屏, 不能独立使用, 通过 NMEA 协议标准将定位信息提供给计算设备这些非独立式 GPS 的制造商大多是新兴的电子设备制造商, 很多知名制造商都来自中国台湾省, 如长天科技 (Holux) 丽台科技(LeadTek) 等

7 2.GPS Mouse USB 接口的 GPS 接收机也被称为 GPS Mouse, 价格最便宜 GPS Mouse 把 GPS 模块天线和串口 /USB 口转换芯片集成在一起, 通过一段 1~1.5m 的线缆连接到笔记本电脑的 USB 口 USB 接口既可以传递 GPS 定位信息, 也可以向 GPS 模块供电 GPS Mouse 非常适合笔记本电脑车辆导航, 但是不适合步行时使用在车辆导航时,GPS Mouse 可以放到车外并吸附到车顶上, 最大限度地接收 GPS 信号 ( 优质的汽车玻璃含有金属成分以抵挡紫外线, 会降低 GPS 信号强度 ) 细心的读者也许从前面的介绍中注意到,GPS Mouse 中有一个串口 /USB 口转换芯片, 这岂不是画蛇添足, 直接把 GPS 模块设计成 USB 接口不就完了? 这一画蛇添足的设计起因在于 GPS 数据接口协议 NMEA-0183, 这一协议把 GPS 的数据接口定义为 4800bps 的串行数据总线绝大多数的电子地图软件都通过 NMEA V2.0 以上标准读取串口上的 GPS 信息如果 GPS 直接设计成 USB 口, 就会有兼容性问题, 而通过串口 /USB 口转换芯片, 在计算设备上再安装驱动程序, 就可以把 USB 口模拟成串口, 兼容性非常好事实上,CF 口和蓝牙的 GPS 接收机也都要模拟成串口, 才能被电子地图软件识别除了 NMEA 数据接口协议外, 最为知名的是 Garmin 公司 GPS 的专用 Garmin 协议 Garmin 自己的地图软件都只支持 Garmin 协议, 另外 Google Earth Pro/Plus 和 OziExplorer 目前也支持 Garmin 协议 3.CF 接口 GPS CF 口 GPS 主要是为 PDA 设计的, 不过现在的 PDA 越做越小, 已经逐渐放弃 CF 口而改用 SD 口 CF 口通过转接卡可以接入笔记本电脑的 PCMCIA 接口, 因为没有线缆连接, 使用起来比 USB 接口更为方便, 优势主要体现在步行使用中在车用导航时,CF 口 GPS 可以通过外接天线实现 GPS Mouse 灵活摆放的特性 ( 通过把天线摆放到合适的位置以接收到足够强的 GPS 卫星信号 ) 当然,CF 口 GPS 的价格也略高, 一般在 500~600 元由于 CF 口 GPS 最初主要面向 PDA 设计, 留给我们的后遗症就是部分产品的驱动程序和笔记本电脑上的操作系统兼容性不好, 甚至根本不能安装, 用户在购买时最好先安装调试再付款 4. 蓝牙 GPS 蓝牙 GPS 接收机是 2005 年的明星, 通过无线连接笔记本电脑 PDA 甚至智能手机都非常方便, 又可以实现灵活摆放的特点, 因此受到了用户普遍欢迎由于蓝牙标准本身就有模拟串口的功能, 所以在电子地图兼容性方面也比较好, 不过有时也有不兼容问题

8 蓝牙 GPS 的缺点是需要配备电池并经常充电, 而且很多用户不熟悉蓝牙设备的软件设置方法加之价格略高 (800 元上下 ), 应用还不够普遍不过, 随着越来越多的笔记本电脑集成蓝牙功能, 蓝牙 GPS 有望成为市场上的主流产品 5. 独立式 GPS 其实, 最早的民用 GPS 都是可以独立使用的 GPS 设备这类设备又可以分为手持式车载式, 有独立显示屏用于显示地图或航点航迹信息, 大部分有集成的电子地图功能 ( 俗称地图机 ), 体积一般也比较大, 价格从 1000~9000 元不等, 功能差异很大独立式民用 GPS 最著名的 2 家供应商都来自美国, 分别是高明 (Garmin) 和麦哲伦 (Magellan), 在国内可以买到他们的产品此外还有欧洲的 TomTom 在车载 GPS 领域中比较著名独立式 GPS 一般也具有数据接口和笔记本电脑进行连接, 接口大多为串口, 部分采用 USB 口或蓝牙接口这些接口的主要目的并不是为了把定位信号实时传递给计算设备, 而是为在 GPS 设备和计算机之间复制航迹和地图等信息, 因此在连接笔记本电脑传递定位信息时都不太方便笔记本电脑已经很少配备串口, 因此连接串口需要串口 /USB 口转换器, 并安装驱动程序把 USB 接口模拟成串口独立式 GPS 一般不会连接笔记本电脑一起使用, 除非不是地图机, 或者没有特定地区的 GPS 地图在配合笔记本电脑使用为主的应用模式下, 我们也不推荐使用独立式 GPS 现在, 有越来越多的 PDA 厂商加入独立式 GPS 的阵营, 推出集成 GPS 接收机和电子地图的产品尽管在应用上 PDA GPS 和传统的独立式 GPS 地图机很接近, 但是这些产品都是通用的处理器操作系统和电子地图软件, 在架构功耗坚固性和防水性等方面也明显有别于传统独立式 GPS 因此, 本刊把这样的产品定义为 GPS 嫁接 PDA 的范畴, 在今后的专题中讨论购买 GPS 时需要了解的方面 1 卫星轨迹: 这里有 24 颗 GPS 卫星沿六条轨道绕地球运行 ( 每四颗一组 ), 一般不会有超过 12 个卫星在地球的同一边, 大多数 GPS 接收器可以追踪 8~12 颗卫星计算 LAT/LONG (2 维 ) 坐标至少需要 3 颗卫星再加一颗就可以计算 3 维坐标对于一个给定的位置,GPS 接收器知道在此时哪些卫星在附近, 因为它不停地接收从卫星发来的更新信号 2 并行通道: 一些消费类 GPS 设备有 2~5 条并行通道接收卫星信号因为最多可能有 12 颗卫星是可见的 ( 平均值是 8), 这意味着 GPS 接收器必须按顺序访问每一颗卫星来获取每颗卫星的信息市面上的 GPS 接收器大多数是 20 并行通道型的, 这允许它们连续追踪每一颗卫星的信息,12 通道接收器的优点包括快速冷启动和初始化卫星的信息, 而且在森林地区可以有更好的接收效果一般 20 通道接收器不需要外置天线, 除非你是在封闭的空间中, 如船舱车厢中

9 3 定位时间: 这是指你重启动你的 GPS 接收器时, 它确定现在位置所需的时间对于 20 通道接收器, 如果你在最后一次定位位置的附近, 冷启动时的定位时间一般为 3~5 分钟, 热启动时为 15~30 秒 4 定位精度: 大多数 GPS 接收器的水平位置定位精度在 2.93m~29.3m 左右 5 DGPS 功能 : 为了将 SA 和大气层折射带来的影响降为最低, 有一种叫做 DGPS 发送机的设备它是一个固定的 GPS 接收器 ( 在一个勘探现场 100km~200km 的半径内设置 ) 接收卫星的信号, 它确切地知道理论上卫星信号传送到的精确时间是多少, 然后将它与实际传送时间相比较, 然后计算出差, 这十分接近于 SA 和大气层折射的影响, 它将这个差值发送出去, 其他 GPS 接收器就可以利用它得到一个更精确的位置读数 (5m~10m 或者更少的误差 ) 许多 GPS 设备提供商在一些地区设置了 DGPS 发送机, 供它的客户免费使用, 只要客户所购买的 GPS 接收器有 DGPS 功能 6 信号干扰: 要给予你一个很好的定位,GPS 接收器需要至少 3~5 颗卫星是可见的如果你在峡谷中或者两边高楼林立的街道上, 或者在茂密的丛林里, 你可能不能与足够的卫星联系, 从而无法定位或者只能得到二维坐标同样, 如果你在一个建筑里面, 你可能无法更新你的位置, 一些 GPS 接收器有单独的天线可以贴在挡风玻璃上, 或者一个外置天线可以放在车顶上, 这有助于你的接收器得到更多的卫星信号 7 物理指标: 选购 GPS 设备时, 大小重量显示画面防水防震防尘性能耐高温耗电等物理指标都要考虑在内各卫星系统介绍 : 很多人都知道美国的全球卫星导航系统 GPS, 却不知道俄罗斯的全球卫星导航系统格洛纳斯 (GLONASS), 中国的全球卫星导航系统北斗系统 ( 严格说, 北斗系统还不能称为全球卫星导航系统, 只能称卫星定位系统 ), 和欧洲的全球卫星导航系统伽利略 (Galileo) 在这里给大家做一个简单的介绍和比较, 好让大家更好的了解全球卫星导航系统的历史, 现状和未来 1) 历史渊源 GPS:20 世纪 70 年代, 随着美苏军备竞赛的升级, 美国的军事领域迫切需要能够在世界范围精确定位的系统美国国防部不惜斥资 120 亿美元研制军用定位系统 1978 年, 美国成功发射了第一颗用于 GPS 系统的卫星, 经过 20 多年的建设,1994 年建设完毕格洛纳斯 : 几乎和 GPS 同时开始同时建成北斗系统 : 上世纪八十年代中期开始,2003 年建成伽利略 :99 年提出计划,05 年末头一颗卫星升空, 预计 2008 年投入初步使用 2) 覆盖范围

10 GPS: 全球全天候格洛纳斯 : 全球北斗系统 : 覆盖我国本土及周边国家覆盖范围东经约 70 一 140, 北纬 5 一 55 伽利略 : 全球 ( 未建成 ) 3) 卫星数量 GPS:24 颗格洛纳斯 :24 颗 ( 因经费问题, 经常运行的数量达不到设计数量, 最少时仅仅有 6 颗在运行, 目前有 17 颗正在运行 ) 北斗系统 :3 颗伽利略 :27 颗运行卫星和 3 颗预备卫星 ( 未建成 ) 4) 定位精度 GPS: 定位精度 10 米格洛纳斯 : 定位精度水平方向为 16m, 垂直方向为 25m 北斗系统 : 三维定位精度约几十米伽利略 : 定位误差不超过 1 米 5) 可容纳用户容量 GPS:GPS 是单向测距系统, 用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位, 因此可容纳无限多用户格洛纳斯 : 无限多北斗系统 : 由于北斗导航系统由于是主动双向测距的询问 -- 应答系统, 用户数量不能超过 100 万伽利略 : 无限多 ( 未建成 ) 6) 用户范围 GPS: 军民两用, 军用为主格洛纳斯 : 军民两用, 军用为主北斗系统 : 军民两用, 民用为主

11 伽利略 : 军民两用, 民用为主 7) 商业开发情况 GPS: 较早, 非常充分格洛纳斯 : 不充分, 在中国几乎没有北斗系统 : 刚起步, 预计到 2008 年有三十万用户伽利略 : 刚开始建设, 因合作者众多, 前景看好另外还有各系统的工作原理也各不相同, 使用目的也有细微的差别, 各自都有一些独自的特点因太过专业就不多做介绍了全球定位系统的研制和应用是各个大国和地区实力的象征, 到现在还只有美俄中欧有这种实力, 另外日本也有研发计划它除了在军事上的应用以外还能为拥有国带来巨额的财富和很多的就业机会, 因此就成为了大家争相投资的对象, 从以上的分析我们不难看出现在的全球定位技术还是以美国最为先进和全面 ; 俄国由于经费和民用市场开发较晚紧随其后 ; 中国由于战略目的和美俄的不同仅限于东亚的局部 ; 欧洲不甘落后, 不愿受制于美国, 以及想成长为能和美国平起平坐的一极的愿望使欧洲采取更为开放的理念更为先进的技术迎头赶上因此我们不难看出全球定位系统不单单只限于技术的层面, 更是各国在政治, 军事, 科技, 经济等层面的较量和竞争现在欧洲的伽利略还没建成, 美国已经开始着手 GPS 的升级换代, 俄罗斯开始与印度合作对格洛纳斯进行修补, 中国也在秘密进行北斗系统扩充研究就连日本也偷偷的在搞自己的全球定位系统当我们已经依赖于老美的卫星信号的时候, 我们也不得不提防突然有一天它对我们不开放了, 这就是我们自己研制北斗系统和加入伽利略计划的原动力当然在世界和平发展的今天, 我们更要考虑的是相互合作, 共同发展. 如果有朝一日四大系统实现相互兼容, GPS 装置就象今天的手机一样普及的时候, 你也不要吃惊 GPS 导航技术的新进展美国的全球定位系统 (GPS) 导航卫星正在逐步现代化 GPS 从美国空军的导航辅助设备开始, 逐渐发展成军民两用的一种重要技术 GPS 的精确位置与定时信息, 已成为世界范围各种军民用科研和商业活动的一种重要资源 GPS 卫星的发展及信号的改进 GPS 导航卫星自 1978 年发射以来, 其型别已由第 Ⅰ,Ⅱ 和 ⅡA 批次发展到 ⅡR 批次第 Ⅰ,Ⅱ 和 ⅡA 批次卫星共有 40 颗, 是由罗克韦尔公司制造的, 而 20 颗 ⅡR 批次卫星则由洛克希德马丁公司制造波音公司在 1996 年收购了罗克韦尔的航空航天和防务业务, 目前正在制造 33 颗更先进的 ⅡF 批次卫星美国还在考虑发展采用点波束的新一代 GPS 卫星 (GPS-Ⅲ)

12 GPS 从 1994 年全面工作以来, 改进工作一直在进行中这是因为民用用户要求 GPS 具有更好的抗干扰和干涉性能较高的安全性和完整性 ; 军方则要求卫星发射较大的功率和新的同民用信号分离的军用信号 ; 而对采用 GPS 导航的 " 灵巧 " 武器, 加快信号捕获速度更为重要民用 GPS 导航精度迄今的最大改进发生在 2000 年 5 月 2 日, 美国停止了故意降低民用信号性能 ( 称为选择可用性, 即 S/A) 的做法在 S/A 工作时, 民用用户在 99% 的时间只有 100 米的精度但当 S/A 切断后, 导航精度上升,95% 的位置数据可落在半径为 6.3 米的圆内 GPS 卫星发送两种码 : 粗捕获码 (C/A 码 ) 和精码 (P 码 ) 前者是民用的, 后者只限于供美军及其盟军以及美国政府批准的用户使用这些码以扩频方式调制在两种不同的频率上发射 :L1 波段以兆赫发射 C/A 和 P 码 ; 而 L2 波段只以兆赫发射 P 码 GPS 卫星导航能力最重大的改进将从 2003 年发射洛克希德马丁首批 ⅡR-M( 修改的 ⅡR) 卫星开始 ⅡR-M 卫星将发射增强的 L1 民用信号, 同时发射新的 L2 民用信号和军用码 (M 码 ) 进一步的改进将从发射波音 ⅡF 批次卫星的 2005 年开始,ⅡF 批次卫星除发射增强的 L1 L2 民用信号和 M 码外, 将在兆赫增加第 3 个民用信号 (L5) 在 ⅡF 发射以前,M 码将从发展型过渡到工作型因为导航卫星星座的发射需要有一段时间, 故在轨道上获得全工作能力则要在 2007 年发射 18 颗 L2 民用信号和 M 码卫星后才能实现 18 颗卫星组成的第三个民用信号 (L5) 的星座预计要到 2011 年才能发射完此后, 美军将得到抗干扰能力有所增强的新信号 --M 码它能发送更大的功率, 而不干涉民用接收机 M 码还给军方一种新的能力, 以干扰敌方对信号的利用, 但其细节是保密的 L2 民用信号即第二个民用信号称为 L2C, 使民用用户也能补偿大气传输不定性误差, 从而使民用导航精度提高到 3~10 米而美军及其盟军因一开始就能接收 L1 和 L2 中的 P 码, 故一直具有这种能力对 L2 的设计约束是它必须与新的 M 码兼容为避免对军用 L2 P(Y) 接收机的任何损害, 新的民用 L2 应具有与现有 C/A 码相同的功率和频谱形状这里, 括号中的 Y 码是 P 码的加密型实际上, 民用 L2 信号将比现有的 L1 C/A 信号低 2.3 分贝功率较低的问题将由现代的多相关器技术加以克服, 以便迅速捕获很微弱的信号

13 GPS 卫星发射的信号必须现代化, 同时又要保持向后兼容性组合的民用信号与军用信号必须放在现有频带中, 而且具有足够的隔离, 以防互相干涉美国决定将 C/A 码信号放在 L1 频带和新的 L2 频带的中部, 供民用使用, 而保留 Y 码信号 M 码将采用一种裂谱调制法, 它把其大部分功率放在靠近分配给它的频带的边缘处抗干扰能力主要来自不干涉 C/A 码或 Y 码接收机的强大的发射功率 M 码信号的保密设计基于下一代密码技术和新的密钥结构为进一步分离军用和民用码, 卫星对于 M 码将具有单独的射频链路和天线孔径当卫星能工作时, 每颗卫星可能在每个载波频率上发射两个不同的 M 码信号即使由同一颗卫星以同一载波频率发射, 信号将在载波扩散码数据信息等方面不同 M 码的调制将采用二进制偏置载波 (BOC) 信号, 其子载波频率为兆赫, 扩码率为每秒百万扩散位, 故称为 BOC(10.23,5.115) 调制, 简称 BOC(10,5) 因为 BOC(10,5) 调制与 Y 和 C/A 码信号相分离, 故可以较大的功率发射, 而不降低 Y 或 C/A 码接收机的性能 BOC(10,5) 对于针对 C/A 码信号的干扰不敏感, 而且与用来扩展调制的二进制序列的结构难以分辨 L5 将位于 960~1215 兆赫频段, 而地面测距仪 / 塔康 (DME/TACAN) 导航台和军用数据链 (Link 16) 已大量使用这个频段, 但这只会对欧洲中部和美国高空飞行的飞机产生干扰美国计划对在 L5±9 兆赫以内的 DME 频率进行重新分配, 以便 L5 信号在美国的所有高度都能良好地接收一些新的抗干扰技术由于 GPS 卫星发射的导航信号比较微弱, 而且以固定的频率发射, 因此军用 GPS 接收机很容易受到敌方的干扰美国国防预研计划局 (DARPA) 正在发展一种新的抗干扰方法, 采用战场上空的无人机来创造伪 GPS 星座, 使其信号功率超过敌方干扰信号的功率所谓伪卫星, 就是将 GPS 导航信号发射机装在飞机或地面上, 顶替 GPS 卫星来进行导航 DARPA 用无人机做伪卫星的研究, 称为 GPX 伪卫星概念, 旨在使己方的部队在受干扰的战场环境中具有精确的导航能力其方法是由飞行中无人机上的 4 颗伪卫星广播大功率信号, 这样在战场区域上空产生一个人工 GPS 星座 4 架 " 猎人 " 无人机就可覆盖 300 千米见方的战区只要对现有 GPS 接收机的软件作些改变就可使用伪卫星发射的信号当用实际 GPS 星座导航时, 接收机开始需要知道卫星位置, 即星历的情况, 故伪卫星概念面临的挑战是采用可用的低数据率信息把 4 颗运动的伪卫星的位置告诉接收机因此,DARPA 和柯林斯公司设计人员的关键任务是在可用的 50 比特 / 秒信息中发送伪卫星星历无人机的稳定性相当好, 不会像战斗机那样机动 ; 但任何运动都会使位置有点不确定因而与采用卫星星座的导航比较, 其定位总误差将增长约 20% DAPRA 已用在 7500 米高度上的公务机上以及约 3000 米高度上的 " 猎人 " 无人机上试验了单颗伪卫星, 导航精度从采用真卫星时的 2.7 米下降到 4.3 米

14 当然, 伪卫星不一定要全部机载, 也可采用地面和机载发射机混合的方案将某些伪卫星设在地面上的缺点是减少了覆盖范围, 但提高了导航精度为了克服干扰, 伪卫星可发射 100 瓦信号, 使地面接收机处的信号强度比来自卫星的信号强度增加 45 分贝诺斯罗普格鲁门公司正在研制可提供 30~40 分贝抗干扰改进的 GPS 接收机这种称为 " 反干扰自主完整性监控外推 " 的抗干扰方法将由惯性导航和 GPS 接收机在载波相位级进行全耦合来实现全耦合滤波器将减小 GPS 跟踪回路的带宽, 从而减少干扰信号进入 GPS 接收机的机会柯林斯公司和洛克希德马丁公司联合为 JASSM 空面导弹研制的 G-STAR 高反干扰 GPS 接收机采用了调零和波束操纵的方法该接收机重 11.3 千克, 采用了一个空间时间适配器, 适配器探测出一个威胁, 便将其信号调到零, 并在发射导航信号的卫星方向增加增益这种反干扰技术以数字方式实现, 故称为数字波束成形器, 它比常规的模拟调零法更为精确, 同时可将接收机的波束调整到朝向可用的导航卫星数字信号处理可通过动态移动零位来抵消噪声, 增加增益, 并通过一个 6 元天线阵来操纵波束民用 GPS 接收机也有抗干扰的问题, 但民用 GPS 接收机用户更关心非故意干扰非故意干扰基本上为宽波段类型, 与干扰机将其功率集中于 GPS 频率不同与软件有密切关系的数字信号处理方法, 在对付宽波段干扰方面是很理想的美国 Electro-Radiation(ERI) 公司指出, 常规抗干扰方法的是采用相控阵天线组成的零位操纵天线, 这不仅要增加重量, 且成本较高, 而在接收机上实现的抗干扰技术通常只有有限的干扰剔除能力或者是专为对付某种干扰而特地设计的抗干扰能力这家公司已研制出能有效地对付所有已知类型干扰的一种干扰抑制装置 (ISU), 它不需要昂贵和笨重的天线, 可以低成本高效的方式加装到新的和现有的 GPS 接收机中, 既适合军用, 也适合民用这种干扰抑制装置包括补钉天线以及可插入任何 GPS 接收机天线接口的电子装置, 用来抑制宽带噪声和窄带干扰它使 GPS 接收机增加 20 分贝的抗宽带噪声能力和 35 分贝的抗窄带干扰能力关于 GPS 的漂移 : 早先的 GPS 由于收星能力比较弱, 总是会发生断讯, 尤其在城市中用做导航的时候, 给出行造成很多不便后来开发的一些民用 GPS 芯片, 将信号不够强的 GPS 信号也收入, 这样就造成了漂移的现象但是如果在同样的情况下, 较早的 GPS 产品即会完全断讯, 直到可以找到信号够强的卫星才开始接受所以这是一个比较矛盾的选择, 但是随着软件和硬件的不断开发升级, 相信这种情况会越来越少讯号会飘是 Xtrac 技术的 GPS 最常发生的问题 ( 高感度的 GPS 大多是使用 Xtrac 技术, GM-270u 就是 ), 因为它是利用放大微弱信号加以运算来定位的, 而卫星信号时刻都在改变,

15 所以 GPS 不断的运算以修正误差, 当所收讯号前后差异极大的时候, 就会看到 " 飘移 " 的现象导航软体是单纯接收 GPS 所传来的信号, 将定位信号显现在萤幕上, 所以跟信号飘移无关, 纯粹是 GPS 的接收定位误差 2. 再则 GPS 卫号有 5~25 公尺的误差, 当然地图软体锁路程式设计也有关, 但接收机因素比较大些吧 3. 再则你的 GPS 使用的座标系统和电子地图的座标系统是否相同呢 ( 很少发生 ) gps 的冷启动温启动热启动 GPS 开机定位分为冷启动温启动和热启动三种 : 冷启动 : 以下几种情况开机均属冷启动初次使用时 ; 电池耗尽导致星历信息丢失时 ; 关机状态下将接收机移动 1000 公里以上距离温启动 : 距离上次定位的时间超过两个小时的启动热启动 : 距离上次定位的时间小于两个小时的启动有时候如果机器有软件问题, 需要进行冷启动, 冷启动可以使用 gpsviewer 进行

16 易迪拓培训专注于微波射频天线设计人才的培养网址 : 射频和天线设计培训课程推荐易迪拓培训 ( 由数名来自于研发第一线的资深工程师发起成立, 致力并专注于微波射频天线设计研发人才的培养 ; 我们于 2006 年整合合并微波 EDA 网 ( 现已发展成为国内最大的微波射频和天线设计人才培养基地, 成功推出多套微波射频以及天线设计经典培训课程和 ADS HFSS 等专业软件使用培训课程, 广受客户好评 ; 并先后与人民邮电出版社电子工业出版社合作出版了多本专业图书, 帮助数万名工程师提升了专业技术能力客户遍布中兴通讯研通高频埃威航电国人通信等多家国内知名公司, 以及台湾工业技术研究院永业科技全一电子等多家台湾地区企业易迪拓培训推荐课程列表 : 射频工程师养成培训课程套装该套装精选了射频专业基础培训课程射频仿真设计培训课程和射频电路测量培训课程三个类别共 30 门视频培训课程和 3 本图书教材 ; 旨在引领学员全面学习一个射频工程师需要熟悉理解和掌握的专业知识和研发设计能力通过套装的学习, 能够让学员完全达到和胜任一个合格的射频工程师的要求课程网址 : 手机天线设计培训视频课程该套课程全面讲授了当前手机天线相关设计技术, 内容涵盖了早期的外置螺旋手机天线设计, 最常用的几种手机内置天线类型如 monopole 天线 PIFA 天线 Loop 天线和 FICA 天线的设计, 以及当前高端智能手机中较常用的金属边框和全金属外壳手机天线的设计 ; 通过该套课程的学习, 可以帮助您快速全面系统地学习了解和掌握各种类型的手机天线设计, 以及天线及其匹配电路的设计和调试... 课程网址 : WiFi 和蓝牙天线设计培训课程该套课程是李明洋老师应邀给惠普 (HP) 公司工程师讲授的 3 天员工内训课程录像, 课程内容是李明洋老师十多年工作经验积累和总结, 主要讲解了 WiFi 天线设计 HFSS 天线设计软件的使用, 匹配电路设计调试矢量网络分析仪的使用操作 WiFi 射频电路和 PCB Layout 知识, 以及 EMC 问题的分析解决思路等内容对于正在从事射频设计和天线设计领域工作的您, 绝对值得拥有和学习! 课程网址 :

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