GPS基础知识1.0版 ----野外穿越中的GPS定位和导航 （第一章）

晨峰

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GPS基础知识1.0版 （野外穿越中的GPS定位和导航）





前言

GPS接收机在绿野中已经是件很常见的装备。特别在最近一两年GARMIN和MAGLLEN公司都先后推出了廉价的低端民用GPS手持机后，购买者甚众。可以说现在已经有条件在野外穿越活动中将GPS接收机作为每个队伍必备的标准公用装备。但在和很多绿野网友交流的过程中，发现设备的使用率普遍很低。造成这个问题的瓶颈有两个方面：其一是由于国内GPS相关资料严重不足，很多使用者对GPS接收机的用处不甚了了；其二是国内地理信息系统GIS的商业产品严重缺乏，技术的严重滞后和苛刻过时的法律条款都为GPS使用的“平民化”设置了重重障碍。

和其他野外技术装备一样，熟悉GPS原理并熟练掌握这种装备的使用，从某种程度上比拥有这种装备还重要。针对野外穿越中的GPS定位和导航问题，我尝试翻译、编写了手头上的一些GPS资料，希望对绿野的GPS使用者会有所帮助。由于我们面对的问题非常复杂，技术含量也非常高，这些基础知识更偏重于通俗易懂，提供入门的台阶。我衷心希望在不久的将来，绿野的无线电通讯、GIS专版能汇聚一帮GPS发烧友，共同来打造绿野人的“魔法地图”。



第一章：定位问题的回顾和GPS全球卫星定位系统的出现



1.1原始的定位方式

我现在身在何处？在上千年的人类历史中，这个问题的答案一直是由明显地标的描述和距离的估算来提供的。而对于茫茫大海上的航行者，则通过指北针、观测北斗星等来判断航行的方向，然后在航海日志中详细记录路过的海岸线，用以判断自己的位置。（现在回过头来看这种早期地图和航海日记，非常有意思，和绿野早期的路线攻略有很多相似的地方）



1.2 恒星定位（六分仪）

当钟表技术可以提供精确的计时后，用精确的时间测量来判断战船所在的时区（经度），据说还是获得英国皇家科学研究院高额奖金的发明。大约在19世纪初，大英帝国开始在遍及全球的殖民地为其海军提供精确的报时校正；在其后的几十年里，随着机械工艺的提高和天文测量的新成果，这项技术得到进一步发展。“六分仪”，这种可以测量恒星和赤道面夹角的精密仪器，已经可以结合精确的时间测量来提供船只的大致经纬度坐标。



1.3海岸无线电基站定位

20世纪初无线电技术的发展，带来了定位技术的第一场革命。通过测量已知位置的多个地面基站的无线电信号延迟，可以比较精确的判断飞机、船舶的位置。20世纪的30年代，建立了用于飞机导航的“无线电灯塔群”；在二次世界大战期间，这项技术突飞猛进，到60年代，美国空军的Omega 系统已经可以提供全球的无线电基站定位，精度可以达到几个英里，和当时的地面恒星定位精度相当。



1.4卫星全球定位

20世纪中期的卫星技术，带来了定位技术的第二场革命。60年代中期，美国海军发射了由6颗信标卫星组成的NAVSAT系统，为海军船只和潜艇提供全球200米精度的定位服务。这个系统一直使用到1996年，它的主要缺点就是精度低，而且卫星覆盖率不能保证24小时提供定位服务。



80年代中后期，美国国防部发射了由24颗卫星组成的覆盖全球的GPS定位系统。海湾战争中，卫星精确制导武器让美国人尝尽甜头，“发现即等于被摧毁”，定位技术的革命从某种程度上彻底的改变了现代战争的模式。



关于这一章还需要额外说明的几点：

1、GPS定位系统是个军民两用的系统，这一点受美国政府法律保护。所以从理论上讲，买了GPS接收机，就可以无偿得到GPS定位服务。何况天上那么多美国波音飞机，海上那么多商船全靠着这条法律跑着呢。从我们野外穿越角度而言，现在不用考虑太多GPS卫星停机的问题。



2、关于SA (Selective Availability) （可选择性抖动误差）的几个问题。

在民用信号中加入随机的时间抖动来降低其测量精度，是美国国防部为了防止其他国家将GPS用于军事目的的一个措施。但是上有政策，下有对策，随着差分GPS技术的逐步完善，这个措施已经变得十分搞笑。2000年5月1日，克林顿，就是那位“莱温斯鸡”事件的主角，签署了一个政府命令，取消SA信号。从全世界很多GPS发烧友的测量误差分析结果看，SA确实被取消了，而且在未来很长时间内将不会被使用（除非又出几个9.11之类的大事）。现在，在4颗以上的卫星信号都很清晰的观测条件下，手持式12通道GPS接收机的定位标准差大约为：水平方向+-8米，高程测量+-10米。



3、其他的卫星定位系统

现在全世界可以工作的卫星定位系统有三套：

GPS(Gloabal Positioning System)全球卫星定位系统，24颗星，属于美国国防部。

GLONASS（Global Navigation Satellite System ）, 属于俄罗斯战略火箭部队的全球定位系统，和GPS系统类似。

北斗星系统，我国自己的双星定位系统，大致为无线电地面基站加上卫星的差分定位系统，可能在今后几年也会提供民用接口。







  /\  回首千嶂浴清晨，山是绝顶我为峰。

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/    \/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\  <P ID="edit"><FONT class="small"><EM>Edited by 晨峰 on 2002/05/23 11:19.</EM></FONT></P>

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