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手持GPS原理到原則
閱讀：2640 發布時間：2017-12-14手持GPS原理到原則
定位系統，由24顆衛星和它們的地面控制站以及不計其數的GPS接收器（用戶終端）組成。這個龐大無比的系統從1973年開始籌建，1989年開始發射衛星上天，直到1994年完成。我們常說的“GPS”其實只是定位系統里面zui末端的GPS終端而已，只是我們手里拿著的那臺小機器，而事實上的“GPS”是個非常龐大的系統，大家心里有數就好了。
GPS的工作原理是這樣的：飛在天上的24顆GPS衛星們用無線廣播的方式不停的往外發送自己的位置和時間信息，某臺GPS接收到某顆衛星的信號后，會拿自己的時鐘信息、衛星的時鐘信息和位置信息這些數值去進行復雜的計算。zui后算出來什么結果呢，zui后算出來的是GPS和這顆衛星的距離。從理論上說，如果GPS接收到三顆以上的衛星發來的信號，算出GPS相對于這三顆坐標已知的衛星的距離，就可以用簡單的三角方程得出GPS在地球表面的X、Y、Z三個坐標值，而得以定位。如果接收到更多的衛星信號，那就可以用其他衛星的信號來對定位數據進行比較，校對，而得出更加的坐標值了。所以，個GPS要定位，先要能夠收到足夠多足夠清晰的衛星信號。根據現有的技術，經過校正的GPS系統定位精度可以很容易的達到毫米。
跟廣播電臺與收音機的關系完樣，既然GPS衛星是以廣播的方式發送信號，那就是說無論是誰，只要有臺接收機，這GPS衛星信號都可以接收到，都可以使用這個系統，運營GPS系統的公司不直接向用戶收費。我們只要買臺GPS，就不需要再向誰繳納什么月租費，套餐費或者其他的什么費了。當然，人家也不是學雷鋒。除了這個系統在生產生活當中直接創造的效益以外，米國人還出售GPS的技術標準，讓別人也可以生產和使用GPS設備。對生產GPS設備的廠家收取技術許可費，我們買GPS的時候，其實已經向米國人交錢了。
還是跟廣播電臺與收音機的關系完樣，GPS系統是單向的。GPS裝置本身完不具備和衛星通訊的功能，衛星和地面站完不可能知道GPS接收器在什么地方。所以我們在電影里面看到的用衛星跟蹤器實時跟蹤壞蛋或者汽車的場面不是真實的，或者說，不是用的GPS系統。目前臺實用的GPS跟蹤裝置是用GPS接收器加上卡來實現的，就是說，接收器負責定位，然后把定好的位置信號用短信的方式發送出去。GPS接收器自己則是個啞巴，根本沒有辦法告訴衛星我在哪里哪里快來救我。
剛才說GPS定位的精度可以達到毫米，估計有的看官就急了。為什么自己手里的機子達不到這個精度呢？我在這里要提醒下大家，GPS系統里面zui關鍵的衛星和地面控制站和套技術是完完Madein米國的，所以，這個游戲的規則是由米國人說了算的。1992年的某天，米國人突然向世界使用GPS系統的人說，為了安，我不給你這么的信號了。說完，他們就給衛星信號疊加了種叫S/A碼的干擾碼。有了這種S/A碼的作用，除了米國和特許用戶，其他同學的GPS定位精度都下子應聲大跌，實際的定位精度只能做到以10米為單位。所以，為了不被米國牽制，也為了自己的安，歐盟搞起了自己的“伽利略”系統，中國搞的叫“北斗”系統，俄羅斯也在開發自己的“GLONASS”系統。到目前為止，這些在建和完善當中的系統都還無法和GPS系統相比。
現在大家都知道GPS是干嘛的了，句話，GPS就是接收衛星信號，輸出GPS所在地的經度、緯度和海拔三個坐標值。在般人的實際應用當中，GPS往往和電子地圖軟件起配合使用。這種軟件可以和GPS裝置連接，從GPS那里獲取坐標值，然后把它標在地圖上，使用者看就可以知道自己具體在什么方位了。離開地圖和地圖上的地理信息，GPS是不能“導航”的。下面我們再說詳細點，這個就涉及到GPS的分類和使用了。
我們有時候看到別人開車的時候用GPS來導航，屏幕上顯示著地圖，和車子在地圖上的實時位置。駕駛員看著地圖和車子的位置就知道要到達目的地應該怎么轉彎，怎么避開單行道，怎么上下復雜的立交橋引橋等等，zui后駕駛員是看著地圖到達目的地的。沒有地圖，駕駛員只能看到自己的車子是屏幕上的個移動的坐標點，就和你在陌生城市行走，卻不知道身處何方樣，你靠知道自己的當前坐標是不能到達目的地的。
電子地圖軟件除了能把GPS位置點放到地圖上讓人知道身處何方以外，還有很多其他功能。既然叫“電子地圖”，就說明它不是張簡單的圖片，例如個JPG或者BMP文件。電子地圖是張包含了大量地理信息的地圖，上面的每個點都不是簡單的個“像素”。電子地圖上的每個“像素點”同樣包含有這個點的地理坐標，經緯度，海拔高度等信息。這樣來，電子地圖軟件就可以拿GPS坐標和圖上的像素點的坐標去比較，計算，軟件就可以知道你離目的地還有多遠，按照現在速度多少分鐘以后要轉彎。如果你設定了目的地，軟件還可以幫助你計算出條zui快到達的線路顯示在顯示屏上，你只要駕車按照這條線路行駛就可以了。另外，電子地圖還可以加入很多動態信息，例如賓館酒店，景點廁所，機場學校，公司機構等等，看著屏幕你就可以輕松到達你想去的地方。
而在戶外，形勢就變了。戶外的地圖是很難找的。除了些特殊部門和特殊機構，般人拿不到我們要在戶外用的地圖。開發電子地圖的公司也不可能到每個驢友去的地方繪制份野外地圖，上面還有溪流，補水點，營地，小路。電子地圖般只包含城市，城市間的主干道，比較大的縣城這樣的地方。再精細下去，來涉及安不能隨便搞，二來電子地圖公司也沒有經濟動力去測繪了。你想想，沒有賓館酒店做廣告，誰愿意去荒山野嶺給你畫地圖呀！所以，對于我們驢友來說，般的電子地圖在野外就是片空白，失去了導航功能。所以，想買GPS到戶外使用的人必須先明白這點，GPS在野外是不能導航的。
那GPS在野外應該怎么用？可以怎么用？
GPS在野外主要用于航跡的記錄。記下你曾經去過的地方，記錄下你行徑的軌跡，供下次使用參考。另外，你還可以在GPS上輸入些標記點，讓你在野外的時候可以大致判斷你相對于這些參照點的相對位置。舉個例子，我們去峰，拿著GPS去的。出發前我把小陸，內朝江，下水源，兩江鎮這些地方的坐標輸入到GPS里面，這些點就會顯示在GPS上。等你到了山里，在枯樹洞迷了路，掏出GPS看看，你就可以知道，原來你距離小陸已經很近，小陸就在你的西南方向直線距離公里的地方，海拔高度相差只有三四百米。嗯，不用慌，我照著這個指示慢慢尋找，總能找到路回家。等我們這次行程結束，我們就有了這次的航跡，下次再去峰，跟著這個航跡走就不會迷路了。GPS的導航功能，只有在有航跡記錄的基礎上，在第二次出行時才能發揮出來。原因很簡單，戶外沒有地圖，沒有地標，沒有路徑，只有GPS的坐標和參照點的坐標。而點和點之間怎么走沒有指導，我們不能從迷路的地方沿直線往小陸出發，因為可能遇到懸崖。當然，對玩滑翔傘的除外。
這就是地圖、GPS和導航的關系。真正喜歡玩GPS的驢友，可以好好學習下怎樣自己制作戶外地圖。Google公司出品的衛星地圖軟件GoogleEarth（簡稱GE）是完免費的軟件，上面有視覺分辨率較低的地圖。不過，雖然看起來精度很低，但是這個電子地圖上的每個點同樣包含有地理坐標信息。通過導出這些地理坐標信息和圖像并且導入你的GPS，你可以為自己的GPS建立份要去的地方的地圖。由于衛星不可能拍到隱藏在植被下的小路的照片，而且我們不允許Google提供高分辨率的照片，所以這種地圖在野外同樣是不能導航的，只能提供地形和地貌信息供驢友參考。驢友們學習怎樣制作、校正地圖，從某種意義上說，也是非常必要的，這和是否擁有GPS是無關的。我認為學會研究地圖是新驢向老驢進軍的必經之路。
常見的GPS有幾種，*種是GPS天線＋智能手機（掌上電腦）＋電子地圖，第二種是GPS導航手機，第三種是車載的體化GPS裝置，第四種是專業的戶外手持式GPS。*種常見于汽車導航，買個GPS天線，把位置搞清楚，在智能手機或者掌上電腦里面裝上電子地圖軟件，把GPS天線和手機連接好，打開電子地圖，就可以看到上面顯示的位置坐標了。GPS天線很便宜，兩百塊個，手機現成的，電子地圖正版的七八百塊，D版的任拷，這套東西可以非常好的工作在城市和城際主干道上，帶你去你想去的地。第二種GPS的使用者要注意，手機型GPS往往是“偽”GPS。我們上面說過，GPS要根據衛星信息來計算出自己和衛星的相對距離，而GPS手機往往是不能做這種計算的。它在工作的時候只能把接收到的衛星信息轉發給基站，基站拿到數據后算好，再把結果發給手機。換句話說，GPS手機離開基站是不能使用GPS功能的。當然我也不排除有的手機有完整的GPS功能，可以脫離基站使用。要分辨手機是不是偽GPS很容易，把手機切換到“離線模式”，再打開GPS功能，如果還能定位的就是真GPS，如果無法定位的就是偽GPS，使用時要切記離開了手機信號可以到達的地方GPS就不能用了。第三種GPS往往是品牌貨，很多做MP3MP4之類數碼產品的廠家都有出品。原理跟*種是樣的，只是天線電腦和軟件是體的。由于品牌貨不會使用盜版的電子地圖，所以成本都比較高，便宜的七八百，貴的兩千，屏幕大點的兩三千都有。不過這兩種GPS往往都使用車載電源，屏幕大，耗電，民用產品，不防水防震，基本上沒有辦法在戶外條件使用。第四種GPS則比較專業，很多具有防水防震功能。有的可以裝地圖，有的則沒有裝地圖的功能，鐵了心不讓你在城里用。目前zui有名的就是Garmin（高明）和Magellan（麥哲倫）兩個品牌，各有很多不同用途不同價位的型號。
好的新的GPS有這樣些特點，先是控制芯片*，節能。能更快的做計算，算法也更科學，更*，可以定程度上提高靈敏度、搜星的效率和定位精度。節能也很重要，現在般的GPS都可以連續使用十幾個小時不用換電池；二是天線設計好，靈敏度高。可以在陰雨天，厚云層，甚至在茂密的林木間使用。差的GPS稍微有點遮擋甚至只是云厚點就會接收不到衛星信號找不著北了；第三是大容量，可以安裝個甚至幾個地圖軟件（個都要幾百兆），可以選當地的地理信息zui豐富zui清晰的那個地圖來導航；第四是屏幕大，彩色，這個好處就不用說了；第五是防水抗摔打，結實可靠。這些功能以外，還有些GPS帶對講機功能，帶電子羅盤和氣壓測量功能，不而足。
我的GPS是的麥哲倫黃金子午線。屏幕很大，黑白，可以插SD卡，理論上容量無限。放摔抗打，防水，扔進水里能漂浮。天線是所謂的“四螺旋天線”，靈敏度比較高。芯片是號稱當前進的SirfIII。買了年多，到現在用的次數不算太多，也沒有出過什么問題。這個GPS是歐美版，不支持中文，贈送了個北美地圖，包括加拿大和美國，沒有國內地圖。淘寶買的，1000塊。我估計如果是中國版的就會有國內地圖，而且人家子不會用D版，當然價格也上去截。