全球定位系統(tǒng)（GPS）詳解

全球定位系統(tǒng)（GPS）詳解
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(guó)從本世紀(jì)70年代開始研制，歷
時(shí)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(shí)時(shí)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(guó)測(cè)繪等部門的使用表明，GPS以全
天候、高精度、 自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，贏得廣大測(cè)繪工作者的信賴，并成功地應(yīng)用
于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程變形監(jiān)
測(cè)、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測(cè)繪領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。
全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,縮寫GPS)是美國(guó)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(lái)的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。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(wàn)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(yùn)行周期約為11小時(shí)58分，分布在六個(gè)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(shí)間都可觀測(cè)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(shí)間上連續(xù)的全球
導(dǎo)航能力。
地面監(jiān)控部分包括四個(gè)監(jiān)控間、一個(gè)上行注入站和一個(gè)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(jì)算機(jī)。監(jiān)控站的主要任
務(wù)是取得衛(wèi)星觀測(cè)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(duì)地面
監(jiān)控部實(shí)行全面控制。主控站主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對(duì)GPS衛(wèi)星的全部觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用這
些數(shù)據(jù)計(jì)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(yùn)行至上空時(shí)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(duì)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(diǎn)，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。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(guó)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(shí)的準(zhǔn)確至納秒級(jí)的時(shí)間信息；用于預(yù)報(bào)未來(lái)幾個(gè)月內(nèi)衛(wèi)
星所處概略位置的預(yù)報(bào)星歷；用于計(jì)算定位時(shí)所需衛(wèi)星坐標(biāo)的廣播星歷，精度為幾米至幾十
米（各個(gè)衛(wèi)星不同，隨時(shí)變化）；以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。
　　GPS接收機(jī)對(duì)碼的量測(cè)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(duì)0A碼測(cè)得的偽距稱為UA碼偽距，精度約為20米左右，對(duì)P碼
測(cè)得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2米左右。
　　GPS接收機(jī)對(duì)收到的衛(wèi)星信號(hào)，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(hào)載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號(hào)相位之差。一般在接收機(jī)鐘確定
的歷元時(shí)刻量測(cè)，保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測(cè)時(shí)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(cè)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(duì)定位、并有一段連續(xù)觀測(cè)值時(shí)才能使用相位觀測(cè)值，而要達(dá)到優(yōu)于米級(jí)
的定位 精度也只能采用相位觀測(cè)值。
　　按定位方式，GPS定位分為單點(diǎn)定位和相對(duì)定位（差分定位）。單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺(tái)
接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測(cè)量，可用于車船等的概略
導(dǎo)航定位。相對(duì)定位（差分定位）是根據(jù)兩臺(tái)以上接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定觀測(cè)點(diǎn)之間的相
對(duì)位置的方法，它既可采用偽距觀測(cè)量也可采用相位觀測(cè)量，大地測(cè)量或工程測(cè)量均應(yīng)采用
相位觀測(cè)值進(jìn)行相對(duì)定位。
　　在GPS觀測(cè)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(jì)算時(shí)還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)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(gè)頻率的觀測(cè)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(shí)（大氣有明顯差別），應(yīng)選用雙頻接收
機(jī)。
　　在定位觀測(cè)時(shí)，若接收機(jī)相對(duì)于地球表面運(yùn)動(dòng)，則稱為動(dòng)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(diǎn)定位，或用于城市車輛導(dǎo)航定位的米級(jí)精度的偽距差
分定位，或用于測(cè)量放樣等的厘米級(jí) 的相位差分定位（RTK），實(shí)時(shí)差分定位需要數(shù)據(jù)鏈
將 兩個(gè)或多個(gè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)揭黄鹩?jì)算。 在定位觀測(cè)時(shí)，若接收機(jī)相對(duì)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(cè)時(shí)，一般均采用這種 方式由幾臺(tái)接收機(jī)同時(shí)
觀測(cè)，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(cè)的精度要求，IGS
的常年觀測(cè)臺(tái)站已 經(jīng)能構(gòu)成毫米級(jí)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(hào)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(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個(gè)軌道平面之間相距
60度， 即軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)各相差60度。每個(gè)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(wàn)公里高空的GPS衛(wèi)星，當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵?lái)說(shuō)自轉(zhuǎn)一周時(shí)，它們繞地球運(yùn)行二周， 即繞地
球一周的時(shí)間為12恒星時(shí)。這樣，對(duì)于地面觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，每天將提前4分鐘見(jiàn)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(shí)間和地點(diǎn)的不同而不同，最少可見(jiàn)到4顆， 最多可
見(jiàn)到11顆。在用GPS信號(hào)導(dǎo)航定位時(shí)，為了結(jié)算測(cè)站的三維坐標(biāo)，必須觀測(cè)4顆 GPS衛(wèi)星，稱
為定位星座。這4顆衛(wèi)星在觀測(cè)過(guò)程中的幾何位置分布對(duì)定位精度有一定的影響。對(duì)于某地
某時(shí)，甚至不能測(cè)得精確的點(diǎn)位坐標(biāo)，這種時(shí)間段叫做“間隙段”。但這種 時(shí)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(shí)時(shí)牡己蕉ㄎ徊飭俊?GPS工
作衛(wèi)星的編號(hào)和試驗(yàn)衛(wèi)星基本相同。
地面監(jiān)控系統(tǒng)
對(duì)于導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)，GPS衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷—描述衛(wèi)星
運(yùn)動(dòng)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(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)
行監(jiān)測(cè)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(shí)間標(biāo)準(zhǔn)—GPS時(shí)間系
統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測(cè) 各顆衛(wèi)星的時(shí)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(gè)主控站、三個(gè)注入站和
五個(gè)監(jiān)測(cè)站。
GPS信號(hào)接收機(jī)
GPS 信號(hào)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(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，
并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測(cè)量出GPS信號(hào)
從衛(wèi)星 到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的
三維位置， 位置，甚至三維速度和時(shí)間。
靜態(tài)定位中，GPS接收機(jī)在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的過(guò)程中固定不變，接收機(jī)高精度 地測(cè)量GPS
信號(hào)的傳播時(shí)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(dòng)態(tài)定位則是用GPS接收機(jī)測(cè)定一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)行軌跡。GPS信號(hào)接收機(jī) 所位于的運(yùn)動(dòng)
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(guò)程中相對(duì)地球而運(yùn)動(dòng)，接收機(jī)用GPS信號(hào)實(shí)時(shí)地 測(cè)得運(yùn)動(dòng)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(duì)于測(cè)地型接收機(jī)來(lái)說(shuō)，兩個(gè)單元一般分成 兩
個(gè)獨(dú)立的部件，觀測(cè)時(shí)將天線單元安置在測(cè)站上，接收單元置于測(cè)站附近的適當(dāng)?shù)胤剑?用
電纜線將兩者連接成一個(gè)整機(jī)。也有的將天線單元和接收單元制作成一個(gè)整體，觀測(cè)時(shí)將
其 安置在測(cè)站點(diǎn)上。
GPS接收機(jī)一般用蓄電池做電源。同時(shí)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(shí)不中斷連續(xù)觀測(cè)。在用機(jī)外電池的過(guò)程中，機(jī)內(nèi)電池自動(dòng)充電。 關(guān)機(jī)后，
機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲(chǔ)器供電，以防止丟失數(shù)據(jù)。
近幾年，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了許多種類型的GPS測(cè)地型接收機(jī)。各種類型的GPS測(cè)地型接收機(jī)用于 精
密相對(duì)定位時(shí)，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(jí)至厘米級(jí)。 目前，各種類型的GPS接收機(jī)體
積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，便于野外觀測(cè)。GPS和GLONASS 兼容的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)接收
機(jī)已經(jīng)問(wèn)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(hào)，是一種可供無(wú)數(shù)用戶共享的信息資源。對(duì)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(cè)量GPS信號(hào)的接收設(shè)備， 即GPS信
號(hào)接收機(jī)。可以在任何時(shí)候用GPS信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位測(cè)量。根據(jù)使用目的的不同， 用戶要求
的GPS信號(hào)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(lái)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(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航，它可以實(shí)時(shí)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(cè)量，單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位精度較低，一般為±25mm，有SA影
響時(shí)為±100mm。 這類接收機(jī)價(jià)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(yùn)行速度快，因此，在航空上用的接收機(jī) 要求能適應(yīng)
高速運(yùn)動(dòng)。 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(duì)接收
機(jī)的要求更高。
測(cè)地型接收機(jī)
測(cè)地型接收機(jī)主要用于精密大地測(cè)量和精密工程測(cè)量。定位精度高。儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較
貴。 授時(shí)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(shí)間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時(shí)，常用于
天文臺(tái)及無(wú)線電通訊中時(shí)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(hào)，測(cè)定載波相位觀測(cè)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(shí)接收L1，L2載波信號(hào)。利用雙頻對(duì)電離層延遲的不一樣，
可以消除電離層 對(duì)電磁波信號(hào)的延遲的影響，因此雙頻接收機(jī)可用于長(zhǎng)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(shí)接收多顆GPS衛(wèi)星的信號(hào)，為了分離接收到的不同衛(wèi)星的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)
星信號(hào)的跟蹤、處理和量測(cè)，具有這樣功能的器件稱為天線信號(hào)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(cè)值。
平方型接收機(jī) 平方型接收機(jī)是利用載波信號(hào)的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號(hào),來(lái)恢復(fù)完整的載波信
號(hào) 通過(guò)相位計(jì)測(cè)定接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號(hào)與接收到的載波信號(hào)之間的相位差，測(cè)定偽距
觀測(cè)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(diǎn)，既可以得到碼相位偽距，也可以得
到載波相位觀測(cè)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(cè)量方法，測(cè)定兩個(gè)測(cè)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(yùn)動(dòng)中有廣泛的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)也可以越來(lái)越經(jīng)常
地看見(jiàn)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(yàn)。
　　首先大家要弄清使用GPS時(shí)常碰到的一些術(shù)語(yǔ)：
　　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(hào)時(shí)，它能計(jì)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(hào)，它只能計(jì)算出2維坐標(biāo)：精度和緯
度，這時(shí)它可能還會(huì)顯示高度數(shù)據(jù)，但這數(shù)據(jù)是無(wú)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(guó)防部為減小GPS精確度而實(shí)施的一種措
施)打開時(shí)，GPS的水平精度在100-50米之間，視接受到衛(wèi)星信號(hào)的多少和強(qiáng)弱而定，若根據(jù)
GPS的指示，說(shuō)你已經(jīng)到達(dá)，那么四周看看，應(yīng)該在大約一個(gè)足球場(chǎng)大小的面積內(nèi)發(fā)現(xiàn)你的
目標(biāo)的。
　　在SA關(guān)閉時(shí)(目前是很少見(jiàn)的，但美政府計(jì)劃將來(lái)取消SA)，精度能達(dá)到15米左右(GPS性
能介紹上說(shuō)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(ài)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(zhǎng)是39940.67公里，緯度改變一度合110.94公里，一分合1.849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(zhǎng)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(gè)顯示方式，并把
各位數(shù)字改變一對(duì)應(yīng)地面移動(dòng)多少米記住，這樣能在經(jīng)緯度和實(shí)際里程間建立個(gè)大概的對(duì)
應(yīng)。大部分GPS都有計(jì)算兩點(diǎn)距離的功能，可給出兩個(gè)坐標(biāo)間的精確距離。高度的顯示會(huì)有
英制和公制兩種方式，進(jìn)GPS的SETUP頁(yè)面，設(shè)置成公制，這樣在其他象速度、距離等的顯示
也都會(huì)成公制的了。
　　2.路標(biāo)(Landmark or Waypoint)
　　GPS內(nèi)存中保存的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值。在有GPS信號(hào)時(shí)，按一下"MARK"鍵，就會(huì)把當(dāng)前點(diǎn)記
成一個(gè)路標(biāo)，它有個(gè)默認(rèn)的一般是象"LMK04"之類的名字，你可以修改成一個(gè)易認(rèn)的名字(字
母用上下箭頭輸入)，還可以給它選定一個(gè)圖標(biāo)。路標(biāo)是GPS數(shù)據(jù)核心，它是構(gòu)成“路線”
(見(jiàn)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(gè)地點(diǎn)的坐標(biāo)，
手工或通過(guò)計(jì)算機(jī)接口輸入GPS，成為一個(gè)路標(biāo)。一個(gè)路標(biāo)可以將來(lái)用于GOTO功能(見(jiàn)5)的目
標(biāo)，也可以選進(jìn)一條路線Route，見(jiàn)3.)作為一個(gè)支點(diǎn)。一般GPS能記錄500個(gè)或以上的路
標(biāo)。
　　3.路線(ROUTE)
　　路線是GPS內(nèi)存中存儲(chǔ)的一組數(shù)據(jù)，包括一個(gè)起點(diǎn)和一個(gè)終點(diǎn)的坐標(biāo)，還可以包括若干
中間點(diǎn)的坐標(biāo)，每?jī)蓚€(gè)坐標(biāo)點(diǎn)之間的線段叫一條"腿"(leg)。常見(jiàn)GPS能存儲(chǔ)20條線路，每條
線路30條"腿"。各坐標(biāo)點(diǎn)可以從現(xiàn)有路標(biāo)中選擇，或是手工/計(jì)算機(jī)輸入數(shù)值，輸入的路點(diǎn)
同時(shí)做為一個(gè)路標(biāo)(Waypoint/Landmark)保存。實(shí)際上一條路線的所有點(diǎn)都是對(duì)某個(gè)路標(biāo)的
引用，比如你在路標(biāo)菜單下改變一個(gè)路標(biāo)的名字或坐標(biāo)，如果某條路線使用了它，你會(huì)發(fā)現(xiàn)
這條線路也發(fā)生了同樣的變化。可以有一條路線是"活躍"(Activity)的。“活躍”路線的路
點(diǎn)是導(dǎo)向(見(jiàn)5)功能的目標(biāo)
。 　　4.前進(jìn)方向(Heading)
　　GPS沒(méi)有指北針的功能，靜止不動(dòng)時(shí)它是不知道方向的。但是一旦動(dòng)了起來(lái)，它就能知
道自己的運(yùn)動(dòng)方向。GPS每隔一秒更新一次當(dāng)前地點(diǎn)信息，每一點(diǎn)的坐標(biāo)和上一點(diǎn)的坐標(biāo)一
比較，就可以知道前進(jìn)的方向，請(qǐng)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(yùn)動(dòng)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(shí)候你會(huì)看到數(shù)值在變個(gè)不停。方向的是以多少度顯示的，這個(gè)度數(shù)是手表表
盤朝上，12點(diǎn)指向北方，順時(shí)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(lái)顯
示這個(gè)角度。一般同時(shí)還顯示前進(jìn)平均速度，也是根據(jù)最近一段的位移和時(shí)間計(jì)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(gè)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)。活躍路線一般在設(shè)置->路線菜單下設(shè)定。如
果目前有活動(dòng)路線，那么"導(dǎo)向"的點(diǎn)是路線中第一個(gè)路點(diǎn)，每到達(dá)一個(gè)路點(diǎn)后，自動(dòng)指到下
一個(gè)路點(diǎn)。
　　在"導(dǎo)向"頁(yè)面上部都會(huì)標(biāo)有當(dāng)前導(dǎo)向路點(diǎn)名稱("ROUTE"里的點(diǎn)也是有名稱的)。它是根
據(jù)當(dāng)前位置，計(jì)算出導(dǎo)向目標(biāo)對(duì)你的方向角，以與"前進(jìn)方向"相同的角度值顯示。同時(shí)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(lái)，只要用GPS的頭指向前進(jìn)方向，就會(huì)有一個(gè)指針箭頭指向前進(jìn)方向和
目標(biāo)方向的偏角，跟著這個(gè)箭頭就能找到目標(biāo)。
　　6.日出日落時(shí)間(Sun set/raise time)
　　大多數(shù)GPS能夠顯示當(dāng)?shù)氐娜粘觥⑷章鋾r(shí)間，這在計(jì)劃出發(fā)/宿營(yíng)時(shí)間時(shí)是有用的。這個(gè)
時(shí)間是GPS根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)度和日期計(jì)算得到的，是指平原地區(qū)的日出、日落時(shí)間，在山區(qū)因?yàn)?
有山脊遮擋，日照時(shí)間根據(jù)情況要早晚各少半個(gè)小時(shí)以上。GPS的時(shí)間是從衛(wèi)星信號(hào)得到的
格林尼制時(shí)間，在設(shè)置(setup)菜單里可以設(shè)置本地的時(shí)間偏移，對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，應(yīng)設(shè)+8小
時(shí)，此值只與時(shí)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(yùn)動(dòng)軌跡。一般GPS能記錄1024個(gè)以上
足跡點(diǎn)，在一個(gè)專用頁(yè)面上，以可調(diào)比例尺顯示移動(dòng)軌跡。足跡點(diǎn)的采樣有自動(dòng)和定時(shí)兩種
方式自動(dòng)采樣由GPS自動(dòng)決定足跡點(diǎn)的采樣方式，一般是只記錄方向轉(zhuǎn)折點(diǎn)，長(zhǎng)距離直線行
走時(shí)不記點(diǎn)；定時(shí)采樣可以規(guī)定采樣時(shí)間間隔，比如30秒、一分鐘、5分鐘或其他時(shí)間，每
隔這么長(zhǎng)時(shí)間記一個(gè)足跡點(diǎn)。在足跡線頁(yè)面上可以清楚地看到自己足跡的水平投影。你可以
開始記錄、停止記錄、設(shè)置方式或清空足跡線。“足跡”線上的點(diǎn)都沒(méi)有名字，不能單獨(dú)引
用，查看其坐標(biāo)，主要用來(lái)畫路線圖(計(jì)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(shí)，它會(huì)把足跡線轉(zhuǎn)化為一條“路線”
(ROUTE)，路點(diǎn)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(diǎn)。 　　同
時(shí)，把此路線激活為活動(dòng)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(huì)
把回溯路線放進(jìn)某一默認(rèn)路線(比如route0)中，看你GPS的說(shuō)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。回溯路線上的
各路點(diǎn)用系統(tǒng)默認(rèn)的臨時(shí)名字如"T001"之類，有的GPS定第二條回溯路線時(shí)會(huì)重用這些名
字，這時(shí)即使你已經(jīng)把舊的路線做了拷貝，由于路點(diǎn)引用的名字被重用了，所以路線也會(huì)改
變，不是原來(lái)那條回溯路線了。請(qǐng)查看你GPS的使用說(shuō)明書，并試用以明確你的情況。有必
要的話，對(duì)于需要長(zhǎng)期保存的TraceBack路線，要拷貝到空閑路線，并重命名所有路點(diǎn)名
字。
6.如何使用GPS接收機(jī)（二）
　　GPS比較費(fèi)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(shí)，說(shuō)明書上的時(shí)間
并不是很準(zhǔn)確的，長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)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(méi)有電池時(shí)保證內(nèi)存中的各種數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。由于GPS在靜止時(shí)沒(méi)有方向指示功能，所
以同時(shí)帶上一個(gè)小巧的指北針是有用的。標(biāo)記路標(biāo)時(shí)，GPS提供一個(gè)默認(rèn)的路標(biāo)名，比如
LMK001之類，難于記憶，雖可改成一個(gè)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(fèi)勁，二是一般只能起很短的英文名字，比如6或9個(gè)字母，仍然不好記，同時(shí)再帶
上一個(gè)小的錄音機(jī)/采訪機(jī)隨時(shí)記錄，是個(gè)不錯(cuò)的主意。
　　1.有地圖使用
　　GPS與詳細(xì)地圖配合使用時(shí)有最好的效果，但是國(guó)內(nèi)大比例尺地圖十分難得，GPS使用效
果受到一定限制。“萬(wàn)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(jì)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(ROUTE)，讀
出路線特征點(diǎn)的坐標(biāo)，輸入GPS建立線路的各條“腿”(legs),并把一些單獨(dú)的標(biāo)志點(diǎn)作為路
標(biāo)(Landmark/Waypoint)輸入GPS。GPS手工輸入數(shù)據(jù)，是一項(xiàng)相當(dāng)煩瑣的事情，請(qǐng)想一下，
每個(gè)路標(biāo)就要輸入名字、坐標(biāo)等20多個(gè)字母數(shù)字，每個(gè)字母數(shù)字要按最多到十幾次箭頭才能
出來(lái)，哈哈，這就是有人舍得花很多錢來(lái)買接線和軟件，用計(jì)算機(jī)來(lái)上載/下載數(shù)據(jù)的原
因。帶上地圖！行進(jìn)時(shí)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(shí)一定要記錄各規(guī)劃點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，最好再針對(duì)每
條規(guī)劃線路建立另一條實(shí)際線路，即可作為原路返回時(shí)使用，又可回來(lái)后作為實(shí)際路線資料
保存，供后人使用。
　　2.無(wú)圖使用這是更為常見(jiàn)的使用方式。
　　1.)使用路點(diǎn)定點(diǎn)：常用于確定巖壁坐標(biāo)、探洞時(shí)確定洞口坐標(biāo)或其他象線路起點(diǎn)、轉(zhuǎn)
折、宿營(yíng)點(diǎn)的坐標(biāo)。用法簡(jiǎn)單，MARK一個(gè)坐標(biāo)就行了。找點(diǎn)：所要找的地點(diǎn)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(diǎn)或者是從以前
去過(guò)的朋友那里得到的數(shù)據(jù)，手工/計(jì)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(yè)面，上面會(huì)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(guò)的朋友記錄的路線信息，把它們輸入GPS形成
線路，或者(常見(jiàn)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(diǎn)”相同的方式，“導(dǎo)向”頁(yè)會(huì)引導(dǎo)你走向路線的第一個(gè)點(diǎn)，一旦到達(dá)，目
標(biāo)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)更換為下一路點(diǎn)，“導(dǎo)向”頁(yè)引導(dǎo)你走向路線的第二個(gè)點(diǎn)...若你偏離了路線，
越過(guò)了某些中間點(diǎn)，一旦你再回到路線上來(lái)，“導(dǎo)向目標(biāo)”會(huì)跳過(guò)你所繞過(guò)的那些點(diǎn)，定為
線路上你當(dāng)前位置對(duì)應(yīng)的下一個(gè)點(diǎn)。
　　3.)回溯回溯功能實(shí)際是輸入線路(route)的一種特殊方法，它在原路返回時(shí)十分好使。
但有些注意事項(xiàng)，
由于國(guó)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(lái)，有地圖
時(shí)整理一套地圖+實(shí)測(cè)路線坐標(biāo)，沒(méi)地圖時(shí)整理一套線路描述+實(shí)測(cè)坐標(biāo)，發(fā)到網(wǎng)上，逐漸積
攢起來(lái)，形成咱們自己的地理數(shù)據(jù)庫(kù)，以后再有朋友走這條線路就可以免除雇向?qū)Ш兔月分?
苦了！
7.什么是RTK技術(shù)
常規(guī)的GPS測(cè)量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的
精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)
時(shí)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(cè)圖，各種控制測(cè)量帶來(lái)了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。
高精度的GPS測(cè)量必須采用載波相位觀測(cè)值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)
態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精
度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。
流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差
分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不到一秒鐘。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)?
態(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下
直接開機(jī)，并在動(dòng)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(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動(dòng)
站可隨時(shí)給出厘米級(jí)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定位時(shí)要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀
測(cè)數(shù)據(jù)（偽距觀測(cè)值，相位觀測(cè)值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)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(wú)線電上不難實(shí)現(xiàn)。
8.RTK技術(shù)如何應(yīng)用
1． 各種控制測(cè)量 傳統(tǒng)的大地測(cè)量、工程控制測(cè)量采用三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)方法來(lái)施測(cè)，不僅
費(fèi)工費(fèi)時(shí)，要求點(diǎn)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(cè)量、快速靜態(tài)、偽動(dòng)態(tài)方法，在外業(yè)測(cè)設(shè)過(guò)程中不能實(shí)時(shí)知道定位精度，如果測(cè)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(cè)，而采用RTK來(lái)進(jìn)行控制測(cè)量，能夠
實(shí)時(shí)知道定位精度，如果點(diǎn)位精度要求滿足了，用戶就可以停止觀測(cè)了，而且知道觀測(cè)質(zhì)量
如何，這樣可以大大提高作業(yè)效率。如果把RTK用于公路控制測(cè)量、電子線路控制測(cè)量、水
利工程控制測(cè)量、大地測(cè)量、則不僅可以大大減少人力強(qiáng)度、節(jié)省費(fèi)用，而且大大提高工作
效率，測(cè)一個(gè)控制點(diǎn)在幾分鐘甚至于幾秒鐘內(nèi)就可完成。
2． 地形測(cè)圖 過(guò)去測(cè)地形圖時(shí)一般首先要在測(cè)區(qū)建立圖根控制點(diǎn)，然后在圖根控制點(diǎn)上架
上全站儀或經(jīng)緯儀配合小平板測(cè)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(cè)圖軟件來(lái)進(jìn)行測(cè)圖，甚至于發(fā)展到最近的外業(yè)電子平板測(cè)圖等等，都要求在測(cè)
站上測(cè)四周的地形地貌等碎部點(diǎn)，這些碎部點(diǎn)都與測(cè)站通視，而且一般要求至少2-3人操
作，需要在拼圖時(shí)一旦精度不合要求還得到外業(yè)去返測(cè)，現(xiàn)在采用RTK時(shí)，僅需一人背著儀
器在要測(cè)的地形地貌碎部點(diǎn)呆上一二秒種，并同時(shí)輸入特征編碼，通過(guò)手簿可以實(shí)時(shí)知道點(diǎn)
位精度，把一個(gè)區(qū)域測(cè)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(diǎn)間通視，大大提高了工作效率，采用RTK配合電子手簿可以測(cè)
設(shè)各種地形圖，如普通測(cè)圖、鐵路線路帶狀地形圖的測(cè)設(shè)，公路管線地形圖的測(cè)設(shè)，配合測(cè)
深儀可以用于測(cè)水庫(kù)地形圖，航 海海洋測(cè)圖等等。
3． 放樣程放樣是測(cè)量一個(gè)應(yīng)用分支，它要求通過(guò)一定方法采用一定儀器把人為設(shè)計(jì)好的點(diǎn)
位在實(shí)地給標(biāo)定出來(lái)，過(guò)去采用常規(guī)的放樣方法很多，如經(jīng)緯儀交會(huì)放樣，全站儀的邊角放
樣等等，一般要放樣出一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)位時(shí)，往往需要來(lái)回移動(dòng)目標(biāo)，而且要2-3人操作，同時(shí)
在放樣過(guò)程中還要求點(diǎn)間通視情況良好，在生產(chǎn)應(yīng)用上效率不是很高，有時(shí)放樣中遇到困難
的情況會(huì)借助于很多方法才能放樣，如果采用RTK技術(shù)放樣時(shí)，僅需把設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位坐標(biāo)輸
入到電子手簿中，背著GPS接收機(jī)，它會(huì)提醒你走到要放樣點(diǎn)的位置，既迅速又方便，由于
GPS是通過(guò)坐標(biāo)來(lái)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(huì)大大提
高，且只需一個(gè)人操作。
9.什么叫導(dǎo)航
導(dǎo)航是一個(gè)技術(shù)門類的總稱，它是引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車輛以及個(gè)人（總稱作運(yùn)載體）安
全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時(shí)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(yùn)載體上的導(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(tái)。從導(dǎo)航臺(tái)的位置來(lái)看，主要有：
陸基導(dǎo)航系統(tǒng)： 即導(dǎo)航臺(tái)位于陸地上，導(dǎo)航臺(tái)與導(dǎo)航設(shè)備之間用無(wú)線電波聯(lián)系。
星基導(dǎo)航系統(tǒng)：導(dǎo)航臺(tái)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(dòng)所必不可少的信息技術(shù)。今天，隨著人類活動(dòng)的
發(fā)展，對(duì)導(dǎo)航的要求越來(lái)越高。