GPS應用知識1
1． GPS系統組成
GPS gloabal Positioning System,這玩意是美國人搞的。主要分三大塊，地面的控制站、天上飛的衛星、咱們手裏拿的接收機。
簡單嘮叨嘮叨
先說說設備， 當然大個的都是老美給咱準備好的，
地上，有一個主控制站，當然在老美的本土了，在科羅拉多。三個地面天線，五個監測站，分佈在全球。主要是收集數據，計算導航信息，診斷系統狀態，調度衛星這些雜事。
天上，有27顆衛星，距離地面20200公里。27顆衛星有24顆運行，3顆備用。這些衛星已經更新了三代五種型號。衛星發射兩種信號：L1和L2。L1:1575.42MHZ, L2:1227.60MHZ。衛星上的時鐘採用銫原子鐘或銣原子鐘，計劃未來用氫原子鐘，比我的手錶準。
手裏，就是接收機了。大大小小，千姿百態，有袖珍式、揹負式、車載、船載、機載什麼的。一般常見的手持機接收L1信號，還有雙頻的接收機，做精密定位用的。
2．關於GPS接收機
GPS現在一般都是12通道的，可以同時接收12顆衛星。早期的型號，比如GARMIN 45C就是8通道。GPS接收機收到3顆衛星的信號可以輸出2D（就是2維）數據，只有經緯度，沒有高度，如果收到4顆以上的衛星，就輸出3D數據，可以提供海拔高度。但是因爲地球自己的問題，不是太標準的圓，所以高度數據有一些誤差。現在有些GPS接收機內置了氣壓表，比如etrex的SUMMIT和VISTA，這些機器根據兩個渠道得到的高度數據綜合出最終的海拔高度，應該比較準確了。
GPS接收機的第一次開機，或者開機距離裏上次關機地點超過800KM以上，因爲接收機裏存儲的星曆都對不上了，所以要在接收機上重新定位。
GPS接收機的使用要在開闊的可見天空下，所以，屋裏就不能用了。手持GPS的精度一般是誤差在10米左右，就是說一條路能看出走左邊還是右邊。精度主要依賴於衛星的信號接收，和可接收信號的衛星在天空的分佈情況，如果幾顆衛星分佈的比較分散，GPS接收機提供的定位精度就會比較高。
3．定位精度
談到定位精度，就得說說SA和AS.
什麼是SA，AS呢？別急， 這還得從頭說起，要不然你也不好明白。
GPS的信號有兩種C/A碼，P碼。
C/A碼的誤差是29.3m到2.93米。一般的接收機利用C/A碼計算定位。美國在90代中期爲了自身的安全考慮，在信號上加入了SA (Selective Availability)，令接收機的誤差增大，到100米左右。在2000年5月2日，SA取消，所以，咱們現在的GPS精度應該能在20米以內。
P碼的誤差爲2.93米到0.293米是C/A碼的十分之一。但是P碼只能美國軍方使用，AS（Anti-Spoofing），是在P碼上加上的干擾信號。
總之，老美也是挺累的。發了一大堆衛星用於軍用定位。然後覺得不值，想賺點錢，於是開發信號給民用，精度還不能太高，可精度低了大家又罵娘。因爲GPS掌握在老美的手中，雖說免費使用，可是其他國家用着也不踏實，前兩天打阿富漢是，美國就把該地區的GPS信號做了處理，定位精度變低。
俄羅斯有自己的衛星定位系統，全球導航衛星系統(GLObal NAvigation Satellite System)。歐洲也要發展自己的定位系統NAVSAT。中國也有自己的衛星定位，叫北斗，是雙星系統，只能定位自己國家和附近的地區，而且目前只用于軍方。
GPS應用知識2
今天講的東西比較枯燥，但是有用啊，可以拿去和別人神侃。
1. GPS的設置
GPS拿到手，如果是新機器要定位，上次已經提到了。另外，還有一些設置，常用的有座標系、地圖基準、參考方位、公制/英制、數據接口格式什麼的。
座標系：常用的是LAT/LON和UTM。LAT/LON就是經緯度表示，UTM在這裏就不管他了。
地圖基準：一般用WGS84。
參考方位：就是北在哪裏。北在哪裏呢？實際上有兩個北，磁北和真北呀（簡稱CB和ZBY）。
指南針指的北就是磁北，北斗星指的北就是真北。兩者在不同地區相差的角度不一樣的，地圖上的北是真北。
公制/英制：自己選吧，我用公制。
數據接口格式：這得細談談。GPS可以輸出實時定位數據讓其他的設備使用，這就牽扯到了數據交換協議。幾乎現在所有的GPS接收機都遵循美國國家海洋電子協會(National Marine Electronics Association)所指定的標準規格，這一標準制訂所有航海電子儀器間的通訊標準，其中包含傳輸資料的格式以及傳輸資料的通訊協議。NMEA協議有0180、0182和0183三種，0183可以認爲是前兩種的超集，現在正廣泛的使用，0183有幾個版本，V1.5 V2.1。所以，如果大家的GPS接收機如果要聯上筆記本里通用的GPS導航程序，比如OZIEXPLORER和俺的GPSRECEIVER，就應該選擇NEMA
V2.0以上的協議。NMEA規定的通訊速度是4800 b/S。現在有些接收機也可以提供更高的速度，但說實話，沒有什麼用，4800就足夠了。
象GARMIN，自己有一個mapsource軟件，爲了不讓其他品牌的GPS使用該軟件，就設計了私有的GARMIN協議，只有GARMIN的機器才能輸出這種數據，而MAPSOURCE只能接收GARMIN協議，這樣一來MAPSOURCE就只能讓GARMIN的機器使用，打倒打倒！！！
2.經緯度的表示
再講講數據表示吧。一般從GPS得到的數據是經緯度。經緯度有多種表示方法。
1.） ddd.ddddd， 度 . 度的十進制小數部分（5位）
2.） ddd.mm.mmm，度 . 分 . 分的十進制小數部分（3位）
3.) ddd.mm.ss, 度 . 分 . 秒
不是所有的GPS都有這幾種顯示，我的GPS315只能選擇第二種和第三種
一度是多遠呢？如果這麼問，可就太外行了。
在LAT/LON座標系裏，緯度是平均分配的，從南極到北極一共180個緯度。地球直徑12756KM，周長就是12756*PI，一個緯度是 12756×PI /360 = 111.133 KM (先說明白，不精確啊)。
經度就不是這樣啦，只有在緯度爲零的時候，就是在赤道上，一個經度之間的距離是111.319KM，經線隨着緯度的增加，距離越來越近，最後交匯於南北極。大家想想，沒錯吧。所以經度的單位距離和確定經度所在的緯度是密切相關的，簡單的公式是：
經度1°長度=111.413cosφ，在緯度φ處。 （這個公式也不精確呀，蒙人還可以）
做題：北京的經度119度，緯度40度。單位經度，單位緯度各是多少？
答： 單位緯度111.133KM 單位經度111.413×COS 40 = 85.347KM
講這些的用途就是容易理解經緯度的表示。
1.）ddd.ddddd，在北京，緯度最後一位小數增1，實際你走了多少？大約1.1M
經度最後一位小數增1，實際你走了多少？大約0.85M
2.) ddd.mm.mmm，在北京，緯度最後一位小數增1，實際你走了多少？大約1.85M
經度最後一位小數增1，實際你走了多少？大約1.42M
3.) ddd.mm.ss，在北京，緯度秒增1，實際你走了多少？大約30.9M
經度秒增1，實際你走了多少？大約23.7M
今天說的都不是精確的公式，一般估計大致的數字沒有問題。
GPS導航技術的新進展
美國的全球定位系統（GPS）導航衛星正在逐步現代化。GPS從美國空軍的導航輔助設備開始，逐漸發展成軍民兩用的一種重要技術。GPS的精確位置與定時信息，已成爲世界範圍各種軍民用、科研和商業活動的一種重要資源
GPS衛星的發展及信號的改進 GPS導航衛星自1978年發射以來，其型別已由第Ⅰ，Ⅱ和ⅡA批次發展到ⅡR批次。第Ⅰ，Ⅱ和ⅡA批次衛星共有40顆，是由羅克韋爾公司製造的，而20顆ⅡR批次衛星則由洛克希德·馬丁公司製造。波音公司在1996年收購了羅克韋爾的航空航天和防務業務，目前正在製造33顆更先進的ⅡF批次衛星。美國還在考慮發展採用點波束的新一代GPS衛星（GPS-Ⅲ）。
GPS從1994年全面工作以來，改進工作一直在進行中。這是因爲民用用戶要求GPS具有更好的抗干擾和干涉性能、較高的安全性和完整性；軍方則要求衛星發射較大的功率和新的同民用信號分離的軍用信號；而對採用GPS導航的"靈巧"武器，加快信號捕獲速度更爲重要。
民用GPS導航精度迄今的最大改進發生在2000年5月2日，美國停止了故意降低民用信號性能（稱爲選擇可用性，即S/A）的做法。在S/A工作時，民用用戶在99%的時間只有100米的精度。但當S/A切斷後，導航精度上升，95%的位置數據可落在半徑爲6.3米的圓內。
GPS衛星發送兩種碼：粗捕獲碼（C/A碼）和精碼（P碼）。前者是民用的，後者只限於供美軍及其盟軍以及美國政府批准的用戶使用。這些碼以擴頻方式調製在兩種不同的頻率上發射：L1波段以1575.42兆赫發射C/A和P碼；而L2波段只以1227.6兆赫發射P碼。
GPS衛星導航能力最重大的改進將從2003年發射洛克希德·馬丁首批ⅡR-M(修改的ⅡR)衛星開始。ⅡR-M衛星將發射增強的L1民用信號，同時發射新的L2民用信號和軍用碼（M碼）。進一步的改進將從發射波音ⅡF批次衛星的2005年開始，ⅡF批次衛星除發射增強的L1、L2民用信號和M碼外，將在1176.45兆赫增加第3個民用信號（L5）。在ⅡF發射以前，M碼將從發展型過渡到工作型。因爲導航衛星星座的發射需要有一段時間，故在軌道上獲得全工作能力則要在2007年發射18顆L2民用信號和M碼衛星後才能實現。18顆衛星組成的第三個民用信號（L5）的星座預計要到2011年才能發射完。
此後，美軍將得到抗干擾能力有所增強的新信號--M碼。它能發送更大的功率，而不干涉民用接收機。M碼還給軍方一種新的能力，以干擾敵方對信號的利用，但其細節是保密的。
L2民用信號即第二個民用信號稱爲L2C，使民用用戶也能補償大氣傳輸不定性誤差，從而使民用導航精度提高到3～10米。而美軍及其盟軍因一開始就能接收L1和L2中的P碼，故一直具有這種能力。
對L2的設計約束是它必須與新的M碼兼容。爲避免對軍用L2 P（Y）接收機的任何損害，新的民用L2應具有與現有C/A碼相同的功率和頻譜形狀。這裏，括號中的Y碼是P碼的加密型。實際上，民用L2信號將比現有的L1 C/A信號低2.3分貝。功率較低的問題將由現代的多相關器技術加以克服，以便迅速捕獲很微弱的信號。
GPS衛星發射的信號必須現代化，同時又要保持向後兼容性。組合的民用信號與軍用信號必須放在現有頻帶中，而且具有足夠的隔離，以防互相干涉。美國決定將C/A碼信號放在L1頻帶和新的L2頻帶的中部，供民用使用，而保留Y碼信號。
M碼將採用一種裂譜調製法，它把其大部分功率放在靠近分配給它的頻帶的邊緣處。抗干擾能力主要來自不干涉C/A碼或Y碼接收機的強大的發射功率。
M碼信號的保密設計基於下一代密碼技術和新的密鑰結構。爲進一步分離軍用和民用碼，衛星對於M碼將具有單獨的射頻鏈路和天線孔徑。當衛星能工作時，每顆衛星可能在每個載波頻率上發射兩個不同的M碼信號。即使由同一顆衛星以同一載波頻率發射，信號將在載波、擴散碼、數據信息等方面不同。
M碼的調製將採用二進制偏置載波（BOC）信號，其子載波頻率爲10.23兆赫，擴碼率爲每秒5.115百萬擴散位，故稱爲BOC（10.23，5.115）調製，簡稱BOC（10，5）。因爲BOC（10，5）調製與Y和C/A碼信號相分離，故可以較大的功率發射，而不降低Y或C/A碼接收機的性能。BOC（10，5）對於針對C/A碼信號的干擾不敏感，而且與用來擴展調製的二進制序列的結構難以分辨。
L5將位於960～1215兆赫頻段，而地面測距儀/塔康（DME/TACAN）導航臺和軍用數據鏈（Link 16）已大量使用這個頻段，但這隻會對歐洲中部和美國高空飛行的飛機產生干擾。美國計劃對在L5±9兆赫以內的DME頻率進行重新分配，以便L5信號在美國的所有高度都能良好地接收。
一些新的抗干擾技術
由於GPS衛星發射的導航信號比較微弱，而且以固定的頻率發射，因此軍用GPS接收機很容易受到敵方的干擾。
美國國防預研計劃局（DARPA）正在發展一種新的抗干擾方法，採用戰場上空的無人機來創造僞GPS星座，使其信號功率超過敵方干擾信號的功率。
所謂僞衛星，就是將GPS導航信號發射機裝在飛機或地面上，頂替GPS衛星來進行導航。DARPA用無人機做僞衛星的研究，稱爲GPX僞衛星概念，旨在使己方的部隊在受干擾的戰場環境中具有精確的導航能力。其方法是由飛行中無人機上的4顆僞衛星廣播大功率信號，這樣在戰場區域上空產生一個人工GPS星座。4架"獵人"無人機就可覆蓋300千米見方的戰區。
只要對現有GPS接收機的軟件作些改變就可使用僞衛星發射的信號。當用實際GPS星座導航時，接收機開始需要知道衛星位置，即星曆的情況，故僞衛星概念面臨的挑戰是採用可用的低數據率信息把4顆運動的僞衛星的位置告訴接收機。因此，DARPA和柯林斯公司設計人員的關鍵任務是在可用的50比特/秒信息中發送僞衛星星曆。無人機的穩定性相當好，不會像戰鬥機那樣機動；但任何運動都會使位置有點不確定。因而與採用衛星星座的導航比較，其定位總誤差將增長約20%。DAPRA已用在7500米高度上的公務機上以及約3000米高度上的"獵人"無人機上試驗了單顆僞衛星，導航精度從採用真衛星時的2.7米下降到4.3米。
當然，僞衛星不一定要全部機載，也可採用地面和機載發射機混合的方案。將某些僞衛星設在地面上的缺點是減少了覆蓋範圍，但提高了導航精度。爲了克服干擾，僞衛星可發射100瓦信號，使地面接收機處的信號強度比來自衛星的信號強度增加45分貝。
諾斯羅普·格魯門公司正在研製可提供30～40分貝抗干擾改進的GPS接收機。這種稱爲"反干擾自主完整性監控外推"的抗干擾方法將由慣性導航和GPS接收機在載波相位級進行全耦合來實現。全耦合濾波器將減小GPS跟蹤迴路的帶寬，從而減少干擾信號進入GPS接收機的機會。
柯林斯公司和洛克希德·馬丁公司聯合爲JASSM空面導彈研製的G-STAR高反干擾GPS接收機採用了調零和波束操縱的方法。該接收機重11.3千克，採用了一個空間時間適配器，適配器探測出一個威脅，便將其信號調到零，並在發射導航信號的衛星方向增加增益。
這種反干擾技術以數字方式實現，故稱爲數字波束成形器，它比常規的模擬調零法更爲精確，同時可將接收機的波束調整到朝向可用的導航衛星。數字信號處理可通過動態移動零位來抵消噪聲，增加增益，並通過一個6元天線陣來操縱波束。
民用GPS接收機也有抗干擾的問題，但民用GPS接收機用戶更關心非故意干擾。非故意干擾基本上爲寬波段類型，與干擾機將其功率集中於GPS頻率不同。與軟件有密切關係的數字信號處理方法，在對付寬波段干擾方面是很理想的。
美國Electro-Radiation（ERI）公司指出，常規抗干擾方法的是採用相控陣天線組成的零位操縱天線，這不僅要增加重量，且成本較高，而在接收機上實現的抗干擾技術通常只有有限的干擾剔除能力或者是專爲對付某種干擾而特地設計的抗干擾能力。
這家公司已研製出能有效地對付所有已知類型干擾的一種干擾抑制裝置（ISU），它不需要昂貴和笨重的天線，可以低成本、高效的方式加裝到新的和現有的GPS接收機中，既適合軍用，也適合民用。
這種干擾抑制裝置包括補釘天線以及可插入任何GPS接收機天線接口的電子裝置，用來抑制寬帶噪聲和窄帶干擾。它使GPS接收機增加20分貝的抗寬帶噪聲能力和35分貝的抗窄帶干擾能力。
GPS在飛機着陸中的應用
美國海軍試飛員已駕駛F/A-18飛機在羅斯福號航母上利用GPS系統做了首批自動着艦。據稱這種系統的性能相當於或超過目前自動着艦系統的性能。
美國海軍在發展的着艦系統是雷神公司聯合精密進近與着陸系統（JPALS）的海軍型，它在JPALS的基礎上作了修改。雷神公司正按美國空軍的合同爲所有軍種的飛機研製JPALS系統，系統將採用局域差分GPS修正，爲固定翼飛機和旋翼機在陸上機場提供Ⅰ類和Ⅱ類儀表進近。
美國海軍牽頭的艦載GPS（SRGPS）系統將取代艦載的塔康系統。它將在JPALS上增加一個單向低截獲概率（LPI）數據鏈，爲370海里範圍內的飛機提供艦的位置。
而在92.5千米半徑的範圍內，雙向LPI數據通信採用與民航空中交通管制（ATC）現代化計劃所使用的自動相關監視-廣播（ADS-B）類似的位置報告將使航母跟蹤多達100架飛機。
在裝有SRGPS的情況下，航母和其他艦船將能更隱蔽地與飛機聯繫，不必使用塔康系統和一次或二次雷達信號，並把話音通信減到最小程度。與塔康的15赫的更新率比，LPI鏈路將以很低的數據率（0.2赫）工作。
FAA的GPS廣域增強系統（WAAS）的發展因一再遇到問題而推遲。該系統是由雷神公司製造的，試圖用赤道上空的地球同步通信衛星把完整性告警信息，以及差分修正量等其他數據傳送給GPS用戶，提高GPS的導航精度，以滿足Ⅰ類進近的要求。
原來對WAAS的計劃是要在1999年12月開始進行60天的試驗，然後在2000年晚些時候投入使用。但這些試驗在2000年1月被撤消，撤消原因是由於信號中斷以及誤警率太高。然而，WAAS表明其精度可達到3米，遠比試驗所要求的7.6米要好，因而其發展工作仍在繼續。據估計，安全性得到認證的WAAS將於2003年年初投入工作。
WAAS使用日期的延誤可能還會對其後的局域增強系統（LAAS）產生影響，LAAS將爲機場提供精密的GPS儀表進近能力，還有能力跟蹤地面上滑行的飛機。LAAS預定2002年在美國46個Ⅰ類機場和114個Ⅱ/Ⅲ類機場投入使用。聯邦快遞公司的一架波音727-200貨機率先在商業運營中採用具有LAAS能力的衛星着陸系統（SLS）進行了精密進近。
GPS的微小型化及其在炮彈制導中的應用
隨着GPS/慣性制導系統成本的降低和體積的減小，現在甚至連一些炮彈也將採用GPS/慣性制導。美國英特斯臺特電子公司（IEC）已研製了一種炮彈制導用微小型GPS接收機，裝在美國海軍和陸軍的火箭助推的127毫米炮彈的尖頭部。這種GPS接收機能承受炮彈發射時的12500g以上的過載，並能迅速截獲GPS信號。這種接收機採用快速截獲/直接Y碼處理，不到6秒就能截獲信號，並將跟蹤多達8顆衛星。爲抑制干擾信號，它被設計成與慣性測量裝置緊耦合工作，並採用某種窄帶跟蹤迴路技術。其制導系統中的慣性傳感器採用了硅微機電系統（MEMS）技術，因而體積小，成本低。爲減輕GPS時鐘振盪器在長期儲存中的相位不穩定的問題，採用了一種先進的相關器，對GPS信號進行時域搜索以及數據變換，用來搜尋時鐘振盪器產生的不定性，從而能直接捕獲Y碼。