GPS宝典·概念篇

残酷一叮

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2005-09-01
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GPS概念入门

  先试想下面的情境,你要去出差参加一次重要的会议,并且已经预订好一家下榻的旅馆,但你只知道会议和旅馆的地址,以前并没有去过那里。通过本宝典,你将学会解决类似的问题,使用GPS技术联合你的智能设备一起准确高效地抵达目的地。第一个概念你需要了解的,什么是GPS?

  GPS 的全称为 Global Position System,即全球定位系统。GPS允许我们知道当前所处的位置,利用位置信息的相互作用就能够到达我们想去的目的地。现今大家听说过或见过GPS导航系统,GPS导航是结合GPS硬件和程序的一整套系统。



GPS的历史已经超过60年了,美国国防部,交通部和北美洲航天局想要开发一套基于人造卫星的全球定位系统。1965年,第一套定位系统TRANSIT问世并投入运行。这套系统设计上有许多缺点,由6个人造卫星组成,覆盖全球需要用时间隔1.5小时。这造成必须跟踪一颗卫星几分钟以上,才能确定其位置。而且这套系统并不十分准确,误差大于250米以上,种种因素制约其未能广泛投入使用。由于原始系统的固有缺点,美国投入了大量资金开发一套定位系统来解决TRANSIT系统的诸多问题。而后诞生了Navstar系统在1983年投入使用,并沿用至今。



GPS需求和用途,使用GPS导航系统,需要一些必备条件。GPS导航模块(硬件)和相应软件,需要GPS模块与人造卫星连接,软件处理卫星数据以此计算位置信息,并在地图上显示位置。由此便进入GPS之门,所必需的仅仅是GPS接收器和导航软件。配合GPS软硬件,我们就可以实现崭新的应用范畴。不论是驾车前往度假时租赁的旅馆,或是拜访一位某位朋友的新居,又或是去最近新开的一家影院,而之前你还未开车去过。这些例子都可以使用GPS轻松解决,尽管前面的例子都与汽车有关,但GPS的应用不仅仅于此,又例如在登山时使用GPS以确保不会迷路,或直接根据GPS上指示的路线前进。也可沿途记录路线标记路标,便于日后使用已记录的数据。



  除了以上应用,GPS还被使用在特殊情形中,从商业飞机到昂贵的私人飞机,不论是天空还是海上,都能见到GPS的身影,GPS就如同救生圈般,为我们保驾护航。但是GPS并不是单一提供给我们位置信息的系统,辅助其它设备便能完成许多苛刻的任务。最常见的工作时跟踪运输业,运输公司需要知道卡车何时何地装/卸载货物。另外装配GPS的汽车防盗系统也广泛被使用,许多汽车装配GPS报警器,假如汽车被偷窃,报警装置可根据位置信息关闭车门,甚至阻止引擎启动。



所有这些功能带给GPS设备巨大的市场,并且GPS的未来发展还有很大潜在的空间。利用GPS人造卫星上的原子时钟,能提供非常精确时间设置,例如完成时间同步工作。在本GPS宝典中,我们将学会如何利用智能设备(智能手机)连接GPS模块,以及如何使用它。

GPS 工作原理

  GPS 系统根据三角测量公式原理,运行时需要GPS接收器与三颗GPS卫星连接。GPS空间部分共由24颗人造卫星组成,其中有3颗备用卫星,这个卫星网络称之为Navstar。这些卫星围绕在距地球20,200公里的卫星轨道上运行,卫星网络覆盖全球,某一时间总有三颗以上卫星可用,用于三角测量完成GPS定位。



  首先GPS接收器需要接收由GPS卫星发放的数据,所有卫星均提供数据用于计算标准的位置信息。GPS接收器逐个搜寻卫星,一旦GPS接收到授时信息,以此来获取当前时间,已连接卫星交换其正确的位置,在这个基础上GPS接收器就能依据三角测量实现定位功能,经过运算过程GPS接收器接收卫星发送的信号,与此同时得知卫星的距离。与两颗以上卫星重复此过程,GPS接收器就能够确知空间内的唯一位置。与三颗卫星连接的情况下,GPS接收器就能计算出2D空间内的位置,仅包括水平位置。为了进一步计算其高度,GPS接收器需要4颗卫星的支持,即可获得3D空间的位置。



GPS技术的应用范围

  在讨论GPS技术的应用范围之前,必须先弄清一些概念问题。基本上说有GPS应用最广的有三种:物理地点定位应用,车载GPS导航应用,与智能手机结合应用。汽车上使用的车载GPS导航系统,对于有车族来说是非常有诱惑力的标准硬件配置,缺点是可能必须去专门的汽车门市完成安装,并且需要支付一笔不少的费用。也有些汽车标配GPS系统,可导航软件本地化方面并不完善,此外车载GPS系统固定于汽车上,并不方便携带。其实现在很多有车族也都选择智能设备配载到汽车上作为导航使用。



  最好选择智能设备和GPS结合应用,同样实现GPS应用,花费方面节省不少,并可应用更多场所。GPS接受器可以很方便与智能设备连接,并且可以使用智能设备平台上的多种软件来实现不同应用(关于GPS导航软件会在后续章节中详细介绍)。基于智能手机开放系统平台是GPS软硬件更新极为便捷,潜在的不利因素是对于初阶用户而言,基于智能手机平台的GPS系统安装与使用上有一定难度。