车载GPS基本知识（转）

内蒙二虎

GPS系统，GPS中文名称为：全球卫星定位导航系统，是Global Positioning System的英文缩写。

    GPS卫星网络由美国于1994年建成，总共有24颗卫星，分布在太空中的地球同步轨道上，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。除GPS之外还有另外三个导航系统分别是欧洲的伽利略卫星定位系统、俄罗斯的格罗纳斯卫星定位系统和中国的北斗卫星定位系统。一般来讲，三颗卫星就可以定位，定位的卫星数越多，精度和准确度也就越高。目前，GPS信号还是免费使用的，一般只有军用和高精度的才收费。

GPS 系统由三个独立部分组成：

    空间部分：21 颗工作卫星，3 颗备用卫星。

    地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。

    用户设备部分：GPS地面接收端，也就是我们用的导航仪。

下面开始介绍今天的主题，GPS导航仪

    GPS导航仪有很多种，既然能用在汽车上，那么其他的交通工具上也少不了。比如说：航船用的、航空用的、手持式的……等等。目前GPS技术发展迅猛，不仅仅是专业导航仪可以导航，甚至手机、ＰＤＡ、笔记本都可以安装导航软件和ＧＰＳ模块来达到导航目的。在国外，ＧＰＳ应用可以说遍布到各行各业，民用领域已经延伸到陆地运输、海洋运输、民用航空、通信、测绘、建筑、采矿、农业、电力系统、医疗应用、科研、家电、娱乐等多个领域，而大家所熟知的汽车导航也只不过是其中的应用之一。据相关报告显示，日本的 GPS 系统车载使用率高达 59% ，欧美约为 25% 。而我国汽车用户中GPS的占有量不到6%……，这就是差距啊，目前国内GPS的技术虽比不上欧美等国，但用作民用的导航和勘测等用途还是绰绰有余。

    如今大家在IT市场上看到的GPS鱼龙混杂，各种各样的品牌、机器等。。。 让大家是头晕眼花，不知如何选购。下面就说说GPS的选购和需要注意的事宜！

[ 本帖最后由 内蒙二虎 于 2011-3-7 11:43 编辑 ]

内蒙二虎

GPS地图 GPS地图是GPS中一个重要的组成部分，光有机器还不行，还得有地图和软件支持，这样才能让GPS为我们引路，找地方。。。既然有这么多地图，那肯定各有各的长处，听小生一一道来。     市场上的GPS地图资源主要有以下这些： 　　凯立德：公司总部在深圳，地图主要优势在华南，尤其是广东省及周边，信息点全，地图绘制较详细。 　　道道通：公司名叫瑞图万方，有十年的地图绘制经验，兴趣点比较全面且较准确。 　　 四维地图：主要应用于车载GPS（装在中控上的），一些高端品牌也有使用，使用成本较高。 　  高德地图：地图测绘厂家的后来者，目前市场上使用该地图的品牌不是很多。 　　灵图天行者：主要应用于智能手机，大家常见的多普达就是用灵图的地图。 既然GPS地图属于软件范畴，那肯定就会有**版的了。说到这里，说说地图的升级和收费。 一般来说，不管使用什么地图，一年升两次级是必不可少的，地图版本的提升可以随之增加地图当中的信息点以及一些新的道路等等。正版地图一般说来一年可更新两次，过了一年保修期升级一般是200元/次，要指定的售后服务中心。**版地图通过软件解密，可以随意安装到机器上，当然要先检查卫星端口。**版的地图一般都可以终生免费升级，网络上也会有一些新版本的地图可下载到。 GPS的选购 很多人问，到底什么样的GPS产品才适合，是不是屏幕越大、声音越响、采用瑟孚SiRF Ⅲ芯片、采用最新版某品牌地图的GPS就是最好的呢？   回答这些问题之前，我们必须先告诉自己，无论最终选择什么样的产品，保证驾驶安全是前提。从04年GPS开始在国内升温到现在，很多人对GPS导航产品还很陌生，对于选购无所适从，听从广告和迷信品牌等情况造成很多误区。为了让大家从GPS烦杂的技术参数中解脱出来，在选购时不再一头雾水，小生给大家支个招，在GPS的选购中抓住几个基本点 1. 品质：产品做工是关键！连品质都保证不了又何谈使用方便，那更谈不上售后服务。市面上很多表面看起来一样的GPS，而质量却相差甚远。这是因为它们选用的都是相同的模具，而做工和用料却不一样的原因。从做工来看可以注意观察机器闭合的地方、SD卡槽、USB接口、耳机接口，看看是否工整简洁。一般来说品牌的做工确实要比杂牌的好一些。 2.使用性能：搜星速度和信号强度是两个关键点，还有地图也会直接影响到使用中的方便和习惯与否。 搜星速度 GPS冷启动时的定位时间一般为30秒～2分钟不等，热启动一般为10～30秒不等。 所谓冷启动，是指重启GPS接时，它确定现在位置所需的时间。 热启动是在未重启状态下搜星所用的时间。

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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。
　　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。
　　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。

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GPS构成1.空间部分　　GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成,它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55°。此外,还有3 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能在卫星中预存的导航信息。GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。 2. 地面控制系统　　地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据。 3.用户设备部分
　　用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器,现有单频与双频两种,但由于价格因素,一般使用者所购买的多为单频接收器
。

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GPS原理　　   

  

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
　　可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。
　　GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。
　　GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。
　　GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频 移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位 精度也只能采用相位观测值。
　　按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。
　　在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。

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GPS定位原理　　       GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式) 相对论为GPS提供了所需的修正　　全球定位系统GPS卫星的定时信号提供纬度、经度和高度的信息，精确的距离测量需要精确的时钟。因此精确的GPS接受器就要用到相对论效应。 　　准确度在30米之内的GPS接收机就意味着它已经利用了相对论效应。华盛顿大学的物理学家Clifford M. Will详细解释说：“如果不考虑相对论效应，卫星上的时钟就和地球的时钟不同步。”相对论认为快速移动物体随时间的流逝比静止的要慢。Will计算出，每个GPS卫星每小时跨过大约1.4万千米的路程，这意味着它的星载原子钟每天要比地球上的钟慢7微秒。 　　而引力对时间施加了更大的相对论效应。大约2万千米的高空，GPS卫星经受到的引力拉力大约相当于地面上的四分之一。结果就是星载时钟每天快45微秒， GPS要计入共38微秒的偏差。Ashby解释说：“如果卫星上没有频率补偿，每天将会增大11千米的误差。”(这种效应事实上更为复杂，因为卫星沿着一个偏心轨道，有时离地球较近，有时又离得较远。)

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车载GPS　　当通过硬件和软件做成GPS定位终端用于车辆定位的时候，称为车载GPS,但光有定位还不行，还要把这个定位信息传到报警中心或者车载GPS持有人那里，我们称为第三方。所以GPS定位系统中还包含了GSM网络通讯（手机通讯），通过GSM网络用短信的方式把卫星定位信息发送到第三方。通过微机解读短信电文，在电子地图上显示车辆位置。这样就实现了车载GPS定位。 与此同时，在车上安装相应的探测传感器，利用车载GPS定位的GSM网络通讯功能，同样能把防盗报警信息发送到第三方，或者把这个报警电话、短信直接发送到车主手机上，完成车载GPS防盗报警。这里可以看出，车载GPS定位的GSM网络部分实际上是一个智能手机，可以和第三方互相通讯，还可以把车辆被抢，司机被劫、被绑架等信息发送到第三方。 所以说车载GPS定位是定位、防盗、防劫的。
　　目前市场销售很广阔，经常被大家提及的是一般的民用的导航gps，这样的gps主要是给汽车定位，导航。目前越来越发达的道路，错综复杂的高架桥给驾驶者越来越难分辨道路。导航车载gps的确是给驾驶者带来了极大的方便！
　　而且现在的导航gps还具有提前预警电子眼、查询全国旅游景点、酒店等服务。的确是旅游带来了极大的方便！以达伽马鹰隼G808为例，以上功能均可以自助实现，远程控制和查询！ 类似车载GPS　　类似车载GPS终端的还有定位手机、个人定位器等。GPS卫星定位由于要通过第三方定位服务，所以要交纳不等的月/年服务费。
　　目前所有的GPS定位终端，都没有导航功能。因为再需要增加硬件和软件，成本提高。
　　我们在电视里看到的车载GPS广告，和上述的车载GPS完全是两回事。它是一种GPS导航产品，当需要导航时，首先定位，也就是导航的起点，这与真正的GPS定位是不同的，它不能把定位信息传送到第三方和持有人那里，因为导航仪中缺少手机功能。比如你把导航仪放在车里，你朋友把车借开走了，导航仪不能发信息给你，那你就无法查找车辆位置。所以导航仪是不能定位的。
　　你说我买的是导航手机该行了吧，你想想，你把导航手机放在车上，现在车被盗了，那个手机会自己给你或第三方打电话发短信吗？它是需要人来操作的。所以说目前的导航终端都没有定位功能。
　　导航终端可以导航路线，让你在陌生的地方不迷路，划出路线让你到达目的地，告诉你自己当前位置，和周边的设施等等。
　　中国目前在GPS应该上取得了很大的市场.其中有很多公司是导航的.但是也有在GPS行业做定位管理的。
　　各种GPS/GIS/GSM/GPRS车辆监控系统软件、GSM和GPRS移动智能车载终端、系统的二次开发车辆监控系统整体搭建方案.系统广泛应用于公安，医疗，消防，交通，物流等领域。该方案基于NXP的PNX1090 Nexperia移动多媒体处理器硬件和由NXP与合作伙伴ALK Technologies联合开发的软件。NXP声称，该方案提供了设计师搭建一个带导航能力的低成本、多媒体功能丰富的便携式媒体播放器所需的一切，这些多媒体功能包括：MP3播放、标准和高清晰度视频播放和录制、FM收音、图像存储和游戏。NXP以其运行于PNX0190上的swGPS Personal软件来实现GPS计算，从而取代了一个GPS基带处理器，进而降低了材料清单(BOM)成本并支持现场升级。
　　跟随GPS 的一系列关联的应用都设计到数学和算法，和GIS系统，地图投影，坐标系转换!
　　由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技术，建立基准站(差分台)进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS（DGPS），定位精度可提高到5米。 GPS预警器　　GPS预警器是通过GPS卫星在GPS预警器中设定坐标来完成的，比如遇到一个电子眼，然后通过相关设备在电子眼的正下方设立一个坐标，这样，使得装上这个坐标点数据的预警器到达这个点时，在达到坐标点的前300米左右就会开始预警，告诉车主前面有电子眼测速，不能超速驾驶，这样就起到一个预警作用。这样的准确率跟数据点的多少是有关系的，主要就是利用卫星的定位来实现了。 这种利用电子眼的经纬度信息进行预警的方式,关键在于电子眼数据的及时更新.这种产品的缺点在于不能测到流动性测速,目前有些反测速型的GPS导航仪,如凯旋智能预警GPS,配有反测速雷达机系统,GPS预警和反测速雷达机预警,两套系统同时工作,能够全面的实现电子眼预警的功能.

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GPS如何选购　　一、质量过硬、认证齐全、安全第一
　　在选择GPS导航产品时，软件和硬件的配置非常重要。一般来说专业品牌厂商的硬件配置是比较值得信赖的。一些山寨的GPS厂商经常编造硬件的配置，在液晶屏、GPS芯片、处理器等方面难以保证产品质量。他们整个GPS产品的生产过程无非是将一些硬件进行简单的整合和组装。而正规GPS厂家的硬件配置往往要经过层层把关，并要通过ISO质量生产标准（主要是ISO2000质量认证、ISO14001环境认证）等的认证。对于汽车产品只有通过“ISO/TS TS16949标准认证”才能向奔驰、大众等汽车厂商供应产品和服务。
　　二、软件好用、数据精准丰富、附加功能多
　　而在软件方面最受关注的自然就是GPS导航地图数据的准确性和更新的及时性。地图的经常更新造成了电子地图的制作成本居高不下，因此许多不合格的GPS生产厂商就会减少地图更新或是盗版其他电子地图。消费者如果使用采用“假冒伪劣”的地图的机器导航，不仅容易“误入歧途”，甚至会有生命危险。
　　三、品牌卓越、售后有保障、值得信赖
　　实际上，品牌的重要性远远超过了其它。由于卫星导航产业在我国是一个处于发展期的高新科技行业，只有那些在市场上耕耘多年的专业厂商，才能保障产品技术方面的领先优势，同时也有资金和实力为用户提供全面、优秀的服务保障。
　　产品的价格和售后服务也是购买产品要考虑的主要因素。消费者都希望能买到质优价廉的产品，但结果却未必得偿所愿。现在市场上很多的导航产品 “价廉”却并不“物美”。所以，在这里要提醒消费者，选购产品时，不要被单纯的不正常低价蒙蔽双眼。对于与自己驾驶出行、旅游探险息息相关的导航产品来说，一定不要吝啬为自己的“出行安全”买单。
　　作为GPS导航产品，产品技术的升级和地图数据的更新是非常重要的，只有专业品牌的厂家才能够为消费者及时提供这样的服务。