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如何选:关于手持GPS从原理到原则

作者: 兆玺    来源: 户外资料网 11-17 10:31

GlobalPositioningSystem,全球定位系统,由24颗卫星和它们的地面控制站以及不计其数的GPS接收器(用户终端)组成。这个庞大无比的系统从1973年开始筹建,1989年开始发射卫星上天,直到1994年完成。我们常说的“GPS”其实只是全球定位系统里面最末端的GPS终端而已,只是我们手里拿着的那台小机器,而事实上的“GPS”是一个非常庞大的系统,大家心里有数就好了。

GPS的工作原理是这样的:飞在天上的24颗GPS卫星们用无线广播的方式不停的往外发送自己的位置和时间信息,某台GPS接收到某颗卫星的信号后,会拿自己的时钟信息、卫星的时钟信息和位置信息这些数值去进行复杂的计算。最后算出来什么结果呢,最后算出来的是GPS和这颗卫星的距离。从理论上说,如果GPS接收到三颗以上的卫星发来的信号,算出GPS相对于这三颗坐标已知的卫星的距离,就可以用简单的三角方程得出GPS在地球表面的X、Y、Z三个坐标值,而得以定位。如果接收到更多的卫星信号,那就可以用其他卫星的信号来对定位数据进行比较,校对,而得出更加精确的坐标值了。所以,一个GPS要精确定位,首先要能够收到足够多足够清晰的卫星信号。根据现有的技术,经过校正的GPS系统定位精度可以很容易的达到毫米。

跟广播电台与收音机的关系完全一样,既然GPS卫星是以广播的方式发送信号,那就是说无论是谁,只要有一台接收机,这GPS卫星信号都可以接收到,都可以使用这个系统,运营GPS系统的公司不直接向用户收费。我们只要买一台GPS,就不需要再向谁缴纳什么月租费,套餐费或者其他的什么费了。当然,人家也不是学雷锋。除了这个系统在生产生活当中直接创造的效益以外,米国人还出售GPS的技术标准,让别人也可以生产和使用GPS设备。对生产GPS设备的厂家收取技术许可费,我们买GPS的时候,其实已经向米国人交钱了。

还是跟广播电台与收音机的关系完全一样,GPS系统是单向的。GPS装置本身完全不具备和卫星通讯的功能,卫星和地面站完全不可能知道GPS接收器在什么地方。所以我们在电影里面看到的用卫星跟踪器实时跟踪坏蛋或者汽车的场面不是真实的,或者说,不是用的GPS系统。目前一台实用的GPS跟踪装置是用GPS接收器加上移动电话卡来实现的,就是说,接收器负责定位,然后把定好的位置信号用短信的方式发送出去。GPS接收器自己则是个哑巴,根本没有办法告诉卫星我在哪里哪里快来救我。

刚才说GPS定位的精度可以达到毫米级,估计有的看官就急了。为什么自己手里的机子达不到这个精度呢?我在这里要提醒一下大家,GPS系统里面最关键的卫星和地面控制站和全套技术是完完全全Madein米国的,所以,这个游戏的规则是由米国人说了算的。1992年的某一天,米国人突然向全世界使用GPS系统的人说,为了国家安全,我不给你这么精确的信号了。说完,他们就给卫星信号叠加了一种叫S/A码的干扰码。有了这种S/A码的作用,除了米国军方和特许用户,其他同学的GPS定位精度都一下子应声大跌,实际的定位精度只能做到以10米为单位。所以,为了不被米国牵制,也为了自己的国家安全,欧盟搞起了自己的“伽利略”系统,中国搞的叫“北斗”系统,俄罗斯也在开发自己的“GLONASS”系统。到目前为止,这些在建和完善当中的系统都还无法和GPS系统相比。

现在大家都知道GPS是干嘛的了,一句话,GPS就是接收卫星信号,输出GPS所在地的经度、纬度和海拔三个坐标值。在一般人的实际应用当中,GPS往往和电子地图软件一起配合使用。这种软件可以和GPS装置连接,从GPS那里获取坐标值,然后把它标在地图上,使用者一看就可以知道自己具体在什么方位了。离开地图和地图上的地理信息,GPS是不能“导航”的。下面我们再说详细点,这个就涉及到GPS的分类和使用了。

我们有时候看到别人开车的时候用GPS来导航,屏幕上显示着地图,和车子在地图上的实时位置。驾驶员看着地图和车子的位置就知道要到达目的地应该怎么转弯,怎么避开单行道,怎么上下复杂的立交桥引桥等等,最后驾驶员是看着地图到达目的地的。没有地图,驾驶员只能看到自己的车子是屏幕上的一个移动的坐标点,就和你在陌生城市行走,却不知道身处何方一样,你靠知道自己的当前坐标是不能到达目的地的。

电子地图软件除了能把GPS位置点放到地图上让人知道身处何方以外,还有很多其他功能。既然叫“电子地图”,就说明它不是一张简单的图片,例如一个JPG或者BMP文件。电子地图是一张包含了大量地理信息的地图,上面的每一个点都不是简单的一个“像素”。电子地图上的每一个“像素点”同样包含有这个点的地理坐标,经纬度,海拔高度等信息。这样一来,电子地图软件就可以拿GPS坐标和图上的像素点的坐标去比较,计算,软件就可以知道你离目的地还有多远,按照现在速度多少分钟以后要转弯。如果你设定了目的地,软件还可以帮助你计算出一条最快到达的线路显示在显示屏上,你只要驾车按照这条线路行驶就可以了。另外,电子地图还可以加入很多动态信息,例如宾馆酒店,景点厕所,机场学校,公司机构等等,看着屏幕你就可以轻松到达你想去的地方。

而在户外,形势就变了。户外的地图是很难找的。除了一些特殊部门和特殊机构,一般人拿不到我们要在户外用的地图。开发电子地图的公司也不可能到每一个驴友去的地方绘制一份野外地图,上面还有溪流,补水点,营地,小路。电子地图一般只包含城市,城市间的主干道,比较大的县城这样的地方。再精细下去,一来涉及国家安全不能随便搞,二来电子地图公司也没有经济动力去测绘了。你想想,没有宾馆酒店做广告,谁愿意去荒山野岭给你画地图呀!所以,对于我们驴友来说,一般的电子地图在野外就是一片空白,失去了导航功能。所以,想买GPS到户外使用的人必须首先明白这一点,GPS在野外是不能精确导航的。

那GPS在野外应该怎么用?可以怎么用?

GPS在野外主要用于航迹的记录。记下你曾经去过的地方,记录下你行径的轨迹,供下一次使用参考。另外,你还可以在GPS上输入一些标记点,让你在野外的时候可以大致判断你相对于这些参照点的相对位置。举个例子,我们去龙头峰,拿着GPS去的。出发前我把小陆,内朝江,下水源,两江镇这些地方的坐标输入到GPS里面,这些点就会显示在GPS上。等你到了山里,在枯树洞迷了路,掏出GPS看看,你就可以知道,原来你距离小陆已经很近,小陆就在你的西南方向直线距离一公里的地方,海拔高度相差只有三四百米。嗯,不用慌,我照着这个指示慢慢寻找,总能找到路回家。等我们这次行程结束,我们就有了这次的航迹,下一次再去龙头峰,跟着这个航迹走就不会迷路了。GPS的导航功能,只有在有航迹记录的基础上,在第二次出行时才能发挥出来。原因很简单,户外没有地图,没有地标,没有路径,只有GPS的坐标和参照点的坐标。而点和点之间怎么走没有指导,我们不能从迷路的地方沿直线往小陆出发,因为可能遇到悬崖。当然,对玩滑翔伞的除外。

这就是地图、GPS和导航的关系。真正喜欢玩GPS的驴友,可以好好学习一下怎样自己制作户外地图。Google公司出品的全球卫星地图软件GoogleEarth(简称GE)是完全免费的软件,上面有视觉分辨率较低的全球地图。不过,虽然看起来精度很低,但是这个电子地图上的每一个点同样包含有地理坐标信息。通过导出这些地理坐标信息和图像并且导入你的GPS,你可以为自己的GPS建立一份要去的地方的地图。由于卫星不可能拍到隐藏在植被下的小路的照片,而且我们国家不允许Google提供高分辨率的照片,所以这种地图在野外同样是不能精确导航的,只能提供地形和地貌信息供驴友参考。驴友们学习怎样制作、校正地图,从某种意义上说,也是非常必要的,这和是否拥有GPS是无关的。我认为学会研究地图是新驴向老驴进军的必经之路。

常见的GPS有几种,第一种是GPS天线+智能手机(掌上电脑)+电子地图,第二种是GPS导航手机,第三种是车载的一体化GPS装置,第四种是专业的户外手持式GPS。第一种常见于汽车导航,买一个GPS天线,把位置搞清楚,在智能手机或者掌上电脑里面装上电子地图软件,把GPS天线和手机连接好,打开电子地图,就可以看到上面显示的位置坐标了。GPS天线很便宜,一两百块一个,手机现成的,电子地图正版的七八百块,D版的任拷,这一套东西可以非常好的工作在城市和城际主干道上,带你去你想去的地。第二种GPS的使用者要注意,手机型GPS往往是“伪”GPS。我们上面说过,GPS要根据卫星信息来计算出自己和卫星的相对距离,而GPS手机往往是不能做这种计算的。它在工作的时候只能把接收到的卫星信息转发给基站,基站拿到数据后算好,再把结果发给手机。换句话说,GPS手机离开基站是不能使用GPS功能的。当然我也不排除有的手机有完整的GPS功能,可以脱离基站使用。要分辨手机是不是伪GPS很容易,把手机切换到“离线模式”,再打开GPS功能,如果还能定位的就是真GPS,如果无法定位的就是伪GPS,使用时要切记离开了手机信号可以到达的地方GPS就不能用了。第三种GPS往往是品牌货,很多做MP3MP4之类数码产品的厂家都有出品。原理跟第一种是一样的,只是天线电脑和软件是一体的。由于品牌货不会使用盗版的电子地图,所以成本都比较高,便宜的七八百,贵的一两千,屏幕大点的两三千都有。不过这两种GPS往往都使用车载电源,屏幕大,耗电,民用产品,不防水防震,基本上没有办法在户外条件使用。第四种GPS则比较专业,很多具有防水防震功能。有的可以装地图,有的则没有装地图的功能,铁了心不让你在城里用。目前最有名的就是Garmin(高明)和Magellan麦哲伦)两个品牌,各有很多不同用途不同价位的型号。

好的新的GPS有这样一些特点,首先是控制芯片先进,节能。能更快的做计算,算法也更科学,更先进,可以一定程度上提高灵敏度、搜星的效率和定位精度。节能也很重要,现在一般的GPS都可以连续使用十几个小时不用换电池;二是天线设计好,灵敏度高。可以在阴雨天,厚云层,甚至在茂密的林木间使用。差的GPS稍微有点遮挡甚至只是云厚点就会接收不到卫星信号找不着北了;第三是大容量,可以安装一个甚至几个地图软件(一个都要几百兆),可以选当地的地理信息最丰富最清晰的那个地图来导航;第四是屏幕大,彩色,这个好处就不用说了;第五是防水抗摔打,结实可靠。这些功能以外,还有些GPS带对讲机功能,带电子罗盘和气压测量功能,不一而足。

我的GPS是著名的麦哲伦黄金子午线。屏幕很大,黑白,可以插SD卡,理论上容量无限。放摔抗打,防水,扔进水里能漂浮。天线是所谓的“四螺旋天线”,灵敏度比较高。芯片是号称当前最先进的SirfIII。买了一年多,到现在用的次数不算太多,也没有出过什么问题。这个GPS是欧美版,不支持中文,赠送了一个北美地图,包括加拿大美国,没有国内地图。淘宝买的,1000块。我估计如果是中国版的就会有国内地图,而且人家大牌子不会用D版,当然价格也上去一截。

在驴友圈子里面使用GPS,就不能不谈到国家安全的问题。很多驴友喜欢在网上共享出自己的航迹,校正过的地图等等精确的地理信息。这些信息如果被别有用心的人利用,是很危险的。我们知道,从高空卫星上拍的卫星照片精度再高,总还是有误差的,有时候误差可以达到几十甚至上百米。而我们记录的航迹或者校正过的地图因为是实地测量出来的,误差很低,往往可以精确到分米或者米。如果我们公布的精确地理信息被别人拿去校正自己的地图,然后存到巡航导弹里面,那我们就麻了大烦了,还让敌人窃笑不已。公布精确地理信息还有许多别的危害,这里就不多说了。现在导航圈子里许多有识之士、有责任感的老GPS都在呼吁驴友不要在网上公布GPS数据,我在这里也附和一下,希望大家不要在公共信息平台随意发布GPS信息,为国家安全家园安全自己安全担起一份责任来。

网友评论

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  • yynslj 引用
    军事卫星精度都小于1米,还需要手持gps数据!

    发表于:11-17 16:09

  • fatpeach 引用
    哪年的文章现在拿出来发 ?  "最先进的SirfIII" ? 这个是若干年前的吧, 什么外接 SD, 理论容量无限, 纯粹是瞎说, 这种东西都会标他能识别的最大的容量卡, 再大了就识别不了了, 一般都是32G.

    发表于:11-17 14:36

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