作者：都广宇

    当你来到一个陌生的城市，你是否为找到朋友住址而心焦？

　　而在你知道朋友的住址之后，怎么走能到他家，也是个问题。

　　当你的车子半路汽油快要耗尽，怎样找到附近的加油站，成了燃眉之急。

　　没办法，出门在外不容易，而对路程以及周围欢迎的不熟悉，成了这不爽的主要原因。就算你手有地图，不知道你的当前位置也只能摸瞎。这个时候，大多数人脑子里会有个想法：“请个向导！”但你也知道在这个市场经济社会，向导可不是谁都请的起。怎么办？

　　科技总是为人类服务的，尽管有些科技的诞生是出于军事目的。GPS就是美国陆海空三军联合研制的空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务。那么这种匪夷所思的功用是怎么实现的呢？

    GPS原理的最通俗解释

　　24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。

　　由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(X、Y、Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度、高程，再根据经纬度计算精确时间等信息。

    GPS导航系统的前身

　　GPS系统的前身为美军研制的一种卫星定位系统(Transit），1958年研制，1964年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。

　　由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。为此美国海军研究实验室（NRL）提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于1967年、1969年和1974年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统精确定位的基础。

　　而美国空军则提出了“伪随机码”的概念，此技术具有强大的功能，甚至当信号强度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要基础。在此基础上1973年美国国防部成立了卫星导航定位联合计划局，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。

    GPS导航系统的组成

　　GPS导航系统简单说来分为3个部分：天上飞的卫星、地面的控制站、咱们手里拿的接收机。

　　GPS的空间部分由罗克韦尔集团建造的24颗导航卫星组成，它们运行于距地面17700公里的6个和赤道平面成55度夹角的轨道平面上，每个轨道平面配备3颗卫星和一个备用卫星，据此信息计算其在地球上的位置。系统提供3种定位服务P码、C/A码和电报码。该系统力求在地球上的任何地点的用户，都可以通过一台GPS接收机接收到至少4颗卫星发出的位置和时间信息。

　　地面控制站位于美国本土的科罗拉多，还有3个地面天线和5个监测站分布在全球，主要任务是收集数据、计算导航信息、诊断卫星状态以及调度等杂事。

　　第三部分则是我们手中的接收机了，它们大大小小千姿百态，分为手机型、MP4型、PDA型、车载型与笔记本型等等，在这方面下文再作详细介绍。

    1.坐标

    大部分GPS是以经/纬度(Lat/Long)的方式显示坐标，另外还有一些也可用Universal Transverse Mercator等坐标系统来显示，具体到消费者使用的产品，则取决产品本身的坐标系统。坐标的精度在Selective Availability打开时，GPS的水平精度在100-50米之间，具体数据由接受到卫星信号的多少和强弱而定，若根据GPS的指示则应该在大约一个足球场大小的面积内发现用户所指示的目标。
　 
    2.航点

    GPS产品内存中保存的一个点的坐标值。航点是GPS数据核心，它是构成“航线”的基础。标记航点是GPS主要功能之一，但是用户也可以从地图上读出一个地点的坐标，手工或通过计算机接口输入GPS，使之成为一个航点。一个航点可以将来用于GOTO功能的目标，也可以选进一条航线Route，作为一个支点。一般GPS能记录500个或以上的航点。
　　
    3.航线

  航线

　　航线是GPS内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若干中间点的坐标，每两个坐标点之间的线段叫一条"腿"。常见GPS能存储20条线路，每条线路30条"腿"。各坐标点可以从现有航点中选择，或是手工/计算机输入数值，输入的路点同时做为一个航点保存。实际上一条航线的所有点都是对某个航点的引用，比如在航点菜单下改变一个航点的名字或坐标，如果某条航线使用了它，用户会发现这条航线也发生了同样的变化。可以有一条航线是"活跃"的。“活跃”航线的路点是导向功能的目标 。

    4.前进方向

　　一般的GPS没有指北针的功能，静止不动时它是不知道方向的。但是一旦动了起来，它就能知道自己的运动方向。GPS每隔一秒更新一次当前地点信息，每一点的坐标和上一点的坐标一一比较，就可以知道前进的方向，但是这里请大家注意这并不是GPS头指的方向，因为它是不知道自己的脑袋和运动路线是成多少度角的。不同GPS关于前进方向的算法是不同的，基本上是最近若干秒的前进方向，所以除非哟凝固用户已经走了一段并仍然在走直线，否则前进方向是不准确的，尤其是在拐弯的时候用户会看到通过GPD显示出来的数值在不停的变化。方向是以多少度显示的，这个度数是手表表盘朝上，12点指向北方，顺时针转的角度。有很多GPS还可以用指向罗盘和标尺的方式来显示这个角度。一般同时还显示前进平均速度，也是根据最近一段的位移和时间计算的。

    5.导向

    导向功能在以下条件下起作用：

    A.以设定"走向"目标。"走向"目标的设定可以按"走向"键，然后从列表中选择一个航点。以后"导向"功能将导向此航点 。
　
    B.目前有活跃航线。活跃航线一般在设置->航线菜单下设定。如果目前有活动航线，那么"导向"的点是航线中第一个路点，每到达一个路       点后，自动指到下一个路点。
 
    在“导向”页面上部都会标有当前导向路点名称。它是根据当前位置，计算出导向目标对你的方向角，以与"前进方向"相同的角度值显示。同时显示离目标的距离等信息。些GPS把前进方向和导向功能结合起来，只要用GPS的头指向前进方向，就会有一个指针箭头指向前进方向和目标方向的偏角，跟着这个箭头就能找到目标。
　　
    6.日出日落时间

　　大多数GPS能够显示当地的日出、日落时间，这对于用户计划出发/宿营时间时是很有用的。这个时间是GPS根据当地经度和日期计算得到的，是指平原地区的日出、日落时间，在山区因为有山脊遮挡，日照时间根据情况要早晚各少半个小时以上。GPS的时间是从卫星信号得到的格林尼制时间，在设置菜单里可以设置本地的时间偏移，对中国来说，一般情况下都应设 8小时，而且这个数值只与时间的显示有关。
　　
    7.航迹

    GPS每秒更新一次坐标信息，所以可以记载自己的运动轨迹。一般GPS能记录1024个以上足迹点，在一个专用页面上，以可调比例尺显示移动轨迹。足迹点的采样有自动和定时两种方式自动采样由GPS自动决定足迹点的采样方式，一般是只记录方向转折点，但是长距离直线行走时GPS是不记点；用户可以定时采样功能中提前规定采样时间间隔。在足迹线页面上可以清楚地看到自己足迹的水平投影。

    “足迹”线上的点都没有名字，不能单独引用，查看其坐标，主要用来画路线图和“回溯”功能。很多GPS有一种叫做“回溯”(Trace back)的功能，使用此功能时，它会把航迹转化为一条“路线”(ROUTE)，路点的选择是由GPS内部程序完成的一般是选用航迹上大的转折点。
　　
    同时，把此路线激活为活动路线，用户即可按导向功能原路返回。要注意的是回溯功能一般会把回溯路线放进某一默认路线(比如route0)中，看GPS的说明书，使用前要先检查此线路是否已有数据，若有，要先用拷贝功能复制到另一条空线路中去，以免覆盖。回溯路线上的各路点用系统默认的临时名字如"T001"之类，有的GPS定第二条回溯路线时会重用这些名字，这时即使用户已经把旧的路线做了拷贝，由于路点引用的名字被重用了，所以路线也会改变，不是原来那条回溯路线了。

    GPS产品的开机定位可分为冷启动、温启动和热启动三种情况：

    冷启动：以下几种情况开机均属冷启动。初次使用时；电池耗尽导致星历信息丢失时；关机状态下将接收机移动1000公里以上距离。

    温启动：距离上次定位的时间超过两个小时的启动。

    热启动：距离上次定位的时间小于两个小时的启动。

    结语: 

    由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。而今天笔者收集的这些相关GPS产品及使用的概念，希望能帮助大家对此类产品有一个初步的认识和了解。

    GPS接收机的分类

　　关于GPS的分类有许多种说法，但分类方法大致相同，只是名称起的不同而已。我们这里就将GPS接收机分为手机型GPS、MP4型GPS、PDA型GPS、车载型GPS与笔记本型GPS 5种。

千姿百态的GPS，该如何分类呢

　　其中手机型GPS、MP4型GPS、PDA型GPS都属于新兴的PND设备（Portable Navigation Device，便携式自导航设备）。

　　车载GPS又分原车GPS和加装GPS。原车GPS是在车辆生产时就嵌入车内并与车载电脑相连接，除了常规定位导航功能外还能监测车速。有的原车GPS还装有陀螺仪。原车GPS是一整套庞大的系统，它通过计算车速和方位，配合卫星信号能够更准确的给车辆定位导航；而加装的车载GPS是可以后安装上去的只具备导航功能的GPS设备。

　　笔记本型GPS也可以分为外接G mouse和内嵌GPS模块两种类型。所有的笔记本电脑都可以通过USB接口或者蓝牙与G mouse连接，安装导航软件后实现导航功能。

　　手机型GPS是指在智能手机中安装地图，通过在手机中内建GPS模块或者外接蓝牙GPS模块来接收卫星信号。这种GPS产品的优点是体积小巧便于携带，缺点是屏幕小，电池使用时间较短。在手机中内建GPS模块的产品主要有Mio A700、Mio A701、HP 6515。诺基亚GPS导航模块则是蓝牙GPS模块的代表性产品。

Mio A700，典型的手机型GPS

　　MP4型GPS是指在MP4播放器中加入导航功能，或者是在GPS设备中加入了娱乐功能。这种产品的优点是在GPS设备中加入了娱乐的元素，在不需要导航的时候它可以为车内的乘客提供影音娱乐。缺点是如果把它当做MP3/MP4随身携带，它的体积无疑太大了，而在车内这种产品内建的单扬声器只能发出微弱的声音。MP4型GPS代表性产品有爱国者P855、纽曼全能王M3000、微星MS6610。

爱国者P855，娱乐导航两不误的MP4型GPS

　　PDA型GPS是指在PDA或者PPC设备中加入了GPS模块，除常规掌上电脑的功能外可以通过安装地图软件使其具有导航功能。这种产品的优点是体积小功能强，缺点是操作相对比较繁琐。PDA型GPS的代表性产品有Mio P350、ASUS A636、dopod P100。

　　车载型GPS是指专为汽车导航设计的GPS设备。这种设备的优点是接收信号的能力强、导航精确，缺点是功能单一、价格昂贵。代表性产品主要有任我游320、任我游300、Mio C210。

任我游320，姚明代言的车载GPS

海尔W06

　　笔记本型GPS是在笔记本中嵌入了GPS模块，通过在笔记本电脑中安装地图软件实现导航功能。目前的笔记本型GPS还处于初级阶段，市场上仅有几款含有GPS功能的笔记本产品。笔记本型GPS设备的优点是屏幕大、功能多，缺点是外型较大不易固定在车里，汽车在行驶中产生的震动会缩短笔记本硬盘的寿命。笔记本型GPS主要产品有海尔W06。

    文末总结：

　　对于大部分朋友而言，GPS是个熟悉又陌生的词汇。之所以说熟悉是因为我们都知道GPS是用来导航的，而说陌生则是因为真正会使用GPS的人很少，知道原理，知道怎么购买的朋友更是少只有少。这就凸显出学习入门知识的重要性了。

　　这篇文章从GPS的起源谈起，将其实现的原理与组成逐一剖析，最后又回顾了市面上常见的几种GPS接收机。读罢文本相信大家对GPS这种设备有了进一步的认识，在以后本频道会陆续推出此类入门文章，欢迎大家关注。