史上最强的GPS基础知识集合

Gps应用知识

　　1． GPS系统组成

　　GPS gloabal Positioning System，这是美国建的。主要分三大块，地面的控制站、天上飞的卫星、咱们手里拿的接收机。

　　先说说设备， 卫星是美国准备好的，至于主控站，当然在老美的本土了，在科罗拉多。三个地面天线，五个监测站，分布在全球。主要是收集数据，计算导航信息，诊断系统状态，调度卫星这些杂事。天上，有27颗卫星，距离地面20200公里。27颗卫星有24颗运行，3颗备用。这些卫星已经更新了三代五种型号。卫星发射两种信号：L1和L2。L1:1575.42MHZ, L2:1227.60MHZ。卫星上的时钟采用铯原子钟或铷原子钟，计划未来用氢原子钟。手里，就是接收机了。大大小小，千姿百态，有袖珍式、背负式、车载、船载、机载什么的。一般常见的手持机接收L1信号，还有双频的接收机，做精密定位用的。

　　2．关于GPS接收机

　　GPS现在一般都是12通道的，可以同时接收12颗卫星。早期的型号，比如GARMIN 45C就是8通道。GPS接收机收到3颗卫星的信号可以输出2D（就是2维）数据，只有经纬度，没有高度，如果收到4颗以上的卫星，就输出3D数据，可以提供海拔高度。但是因为地球自己的问题，不是太标准的圆，所以高度数据有一些误差。现在有些GPS接收机内置了气压表，比如etrex的SUMMIT和VISTA，这些机器根据两个渠道得到的高度数据综合出最终的海拔高度，应该比较准确了。

　　GPS接收机的第一次开机，或者开机距离里上次关机地点超过800KM以上，因为接收机里存储的星历都对不上了，所以要在接收机上重新定位。

　　GPS接收机的使用要在开阔的可见天空下，所以，屋里就不能用了。手持GPS的精度一般是误差在10米左右，就是说一条路能看出走左边还是右边。精度主要依赖于卫星的信号接收，和可接收信号的卫星在天空的分布情况，如果几颗卫星分布的比较分散，GPS接收机提供的定位精度就会比较高。

　　3．定位精度

　　谈到定位精度，就得说说SA和AS.

　　什么是SA，AS呢？

　　GPS的信号有两种C/A码，P码。

　　C/A码的误差是29.3m到2.93米。一般的接收机利用C/A码计算定位。美国在90代中期为了自身的安全考虑，在信号上加入了SA (Selective Availability)，令接收机的误差增大，到100米左右。在2000年5月2日，SA取消，所以，咱们现在的GPS精度应该能在20米以内。

　　P码的误差为2.93米到0.293米是C/A码的十分之一。但是P码只能美国军方使用，AS（Anti-Spoofing），是在P码上加上的干扰信号。

　　总之，老美也是挺累的。发了一大堆卫星用于军用定位。然后觉得不值，想赚点钱，于是开发信号给民用，精度还不能太高，可精度低了大家又骂娘。因为GPS掌握在老美的手中，虽说免费使用，可是其他国家用着也不踏实，前两天打阿富汉是，美国就把该地区的GPS信号做了处理，定位精度变低。

　　俄罗斯有自己的卫星定位系统，全球导航卫星系统(GLObal NAvigation Satellite System)。欧洲也要发展自己的定位系统NAVSAT。中国也有自己的卫星定位，叫北斗，是双星系统，只能定位自己国家和附近的地区，而且目前只用于军方。

常见GPS接收器采用的GPS芯片种类

(1). SiRF starIIe:
a. LP: Low power，没有 LP 的已经很少用了。Sensitivity : -145dBm, 在定位后依然耗电, 如HOLUX GM-210。
b. Xtrac V1: 高感度 f/w，Sensitivity 高于starIIe/LP, 硬件一样。如HOLUX 270U
c. Xtrac V2: 纠正了V1版本容易漂移的缺点，信号比较贴近现实，如HAICOM的303S、HOLUX 231、MINI GPS

(2). SiRF starIII:
Sensitivity : -159dBm（实测约为-154dBm），虽然内建correlator 为220000颗, 未必更耗电，因为制程从 0.18u 改成 0.13u。如HOLUX 236、HAICOM新款的蓝牙GPS、环天338、丽台9553
(3). Sony single chip solution CXD2951:
SONY 第三代芯片,只有他们是RF跟baseband包在一起的,Sensitivity : -152dBm。

(4). Nemerix NJ1006 ( RF ) NJ1030 ( Baseband )
Sensitivity : -147dBm, 省电王, 采用此芯片的GOPASS GPT-700，850AMH的锂电池都有20个小时的表现。

(5). Evermore:
台湾本地的IC, 性价比好，采用此芯片的HAICOM 303E ,性能表现优于HOLUX 270U

(6) RFMD：
  Micro Devices (RFMD)业界首个高集成度蓝牙/GPS解决方案——RF8900，该设计将蓝牙通信和GPS技术集成在一个完整的系统中。据称该产品与同类产品相比可减少20%的尺寸，并使成本降低25% ，据传RIKALINE的6033将采用这个芯片

(7). Garmin:
牌子老，信用好。老板台湾人，研发美国制造台湾，其老板也跻身世界500富豪行列。如GARMIN 的手持机GPS

1．        GPS芯片：
目前国际上常用（常见到的/较流行的）GPS模块（OEM板）上的主芯片主要有3种。
（1）        美国SIRF（Sirf ）
（2）        SONY（索尼爱立信/索爱）芯片
（3）        瑞士NENEM公司NEMERIX芯片

2．        三代芯片的核心：
芯片硬件大同小异，只是内部软件起主要作用。所谓三代的核心技术只是在2代的基础上提高改进了软件的算法，就好比初、高中物理课上计算加速度/速度用的公式，但到了大学高等数学中导数、积分来计算同一道加速度/速度的物理题，方法（算法）不同，所用时间大不一样，体现了中学和大学的区别，就好像2代和3代一样。其次是硬件也提供了质量标准。

3．        三代芯片软件主要功能：
3代芯片软件提高升级：（1）算法改进提高搜星/定位速度时间。（2）通过软件滤波器提高抗干扰性能、信噪比及接收有效星颗数。（3）有的芯片实现软件DR航迹（转迹）推算，提高抗高楼、树荫、桥下遮挡及隧道功能。（4）软通道搜索，搜索提高可视卫星的通道数（可以12—24颗），人员、车辆、上下坡、姿态发生变化时、飞机、船舶星历状态发生变化时仍能继续定位。

4．        三代芯片硬件改进：
（1）        芯片功耗降低，体积减少（与2代比）。
（2）        提高抗干扰能力，全屏蔽或双芯片分开。

5．        GPS模块与产品：
GPS产品多种多样，但不一定用三代芯片就全都好了，三代芯片只不过是GPS
产品的核心部件，如同人的心脏、大脑，还要与其它元件相匹配（天线、放大器、滤波器，甚至导线、接头等看起来无关紧要元件）。

6．        天线是重要因素：
手持、PDA、蓝牙、G-Mouse等常见的GPS产品中都要用到GPS天线，无论有
源、无源甚至全向天线，十几个性能指标中，夹角（1600最大全向天线除外），放大器dB数，阻抗范围，材质，抗干扰能力与模块匹配决定了整个产品的性能，甚至飞机上接2-3个天线（上、下面均有），有些在车内、车底部也很好定位。也就是说，3代模块很好，天线不匹配可能不如搭配好2代产品。



7．        通道数：
3颗星二维，4颗星三维定位，这是GPS基本原理，我们在地面上使用是11-12
颗（因为天线160度夹角），全向天线也就12颗，到了天空飞行器（物体）可以多收几颗（一定全向或二个以上天线），但也是从中取3-4颗信号最强、距离最近的有效卫星进行运算定位，不少军用GPS都是5个通道，只是用4个通道定位，1个通道快速搜索所有可视卫星，并与其中4颗有效星比较，高出其中一个就替换，这样就保持4颗最强信号卫星。因此不是通道越高越好，一般地面上12颗就够了，什么16、18、20、24……都是软通道，是体现最多可搜索可视卫星的颗数，没有什么实际意义。

8．        感应度（dB数）：
GPS接收信号的感应程度（-150—195dB）各厂家标准不统一，有的是模块，
有的是模块含天线，有的是平均值，有的是峰峰值（最大值），此值是在屏蔽室内用专用仪器测试，与大家实际环境（电场、磁场、高压、微波、地磁……）有很大区别，因此该指标相差3-5dB，均属同数量级无关紧要，只是个大概齐参考。

9．        三代产品明显优势特点（实际效果）：
使用者只要对三代芯片具体技术指标一般了解即可，而更主要比较观察是否
有以下特征。
（1）        定位时间快：无论冷启动、温启、热启，重捕时间均快5-30秒钟（与二代相比），实际上大部使用者也不差这十几秒钟。
（2）        高感度：即在高楼、树荫、桥下、遮档、遂洞、窗口、车内，甚至车底盘下仍可很快定位收4颗以上卫星。常说：有点天空就可定位（单星定位），也就是《给点阳光就灿烂》。
（3）        抗干扰性能：高压线、电场、磁场、高速动态、微波、手机，同频干扰的环境下仍能正常工作。
（4）        功耗低、省电：降低了功耗，甚至有睡眠状态（静态不工作），可以节电，提高产品待机时间。
（5）        体积小，性能价格比好：体积小，重量轻，这是社会的需求和发展趋势，可以扩大更多的应用范围和领域。实际上三代芯片价格应该与二代相同，甚至应更低，但功能提高很多，T-38（16通道，3代） 200-300元/块。

　　不同GPS产品在性能上的差异主要取决于核心芯片。您在购买GPS时所看到的各项技术指标都是由GPS芯片决定的，GPS未来的发展也是有核心芯片技术决定的。

　　在这里想讲一个题外话，GPS接收机的性能很大程度上受天线技术影响，但是天线千差万别，用户只需要了解天线技术的类型就可以了。GPS天线主要有螺旋天线和平板天线。前者方向性不强，但增益也相对较小；后者具有较强的方向性，但增益也较强，适合平放在固定的地方使用。当然，天线的尺寸越大效果越好，部分产品配备了可以外接的高增益天线，这类天线普遍采用螺旋天线，因为外接天线尺寸变大以后，增益不成问题，对方向性更敏感。

　　1.GPS芯片的发展和展望

　　2003年以后GPS芯片产业如雨后春笋般呈现出一种蓬勃发展的局面。目前设计生产GPS芯片的厂家超过10家，包括美国SiRF(瑟孚)、Garmin(高明)、摩托罗拉、索尼、富士通、飞利浦、Nemerix、uNav、uBlox等。

　　2005年SiRF收购了摩托罗拉的GPS芯片业务，未来将合作在摩托罗拉的智能手机中集成GPS功能。无独有偶，高通公司在增强型3G手机芯片CDMA2000 EV-DO中也设计了集成的GPS功能。Nextel公司也正在使用SiRF的技术来实现其手机中的GPS功能。

　　美国已经通过了法律，要求移动电话制造商在2007年必须把GPS接收机集成到产品中去，以提供定位和紧急呼叫功能，2007年已经是3G的时代。可见，尽管现在集成GPS功能的手机尚未进入主流市场，但是将来3G手机的中高端机型会普遍集成GPS功能。

　　2005年7月，以归国博士周文溢为核心的5名海外学人创业的西安华迅公司也推出了国内第一块GPS芯片。

　　尽管厂商林立，目前在非独立式GPS领域中SiRF的地位就如同PC产业中的英特尔，主流产品几乎全部采用SiRF芯片。因此，读者只要了解SiRF芯片的几个主要型号就可以了解非独立式GPS的核心技术差异。

　　另外，Garmin在独立式GPS设备市场中占有半壁江山，主要采用Garmin自己的芯片产品。Garmin公司很像IT领域中的IBM，从地图软件到GPS设备、到核心芯片，是一个产业垂直集成的公司。在一些非独立式GPS领域，Garmin也使用SiRF的芯片。

　　新兴的GPS芯片公司几乎在原有市场中都很难有立足之地，他们把目光主要瞄准了未来集成GPS的各种IT设备，如手机、数码相机、PDA、笔记本电脑，甚至U盘。

　　如果和计算设备集成在一起，GPS芯片的很多功能可以通过软件完成，成本可以进一步降低。早在2004年SiRF公司就已经推出了这样的简化产品??软件GPS。近期飞利浦也发布了类似产品，可以支持ARM处理器、Xscale处理器、x86处理器，完成各种GPS处理任务。集成的软件GPS成本只有4～5美元。

GPS的种类介绍

　　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。

　　现在，有越来越多的PDA厂商加入独立式GPS的阵营，推出集成GPS接收机和电子地图的产品。尽管在应用上PDA GPS和传统的独立式GPS地图机很接近，但是这些产品都是通用的处理器、操作系统和电子地图软件，在架构、功耗、坚固性和防水性等方面也明显有别于传统独立式GPS。因此，本刊把这样的产品定义为“GPS嫁接PDA”的范畴，在今后的专题中讨论。

购买GPS时需要了解的GPS的性能指标

　　1、卫星轨迹： 这里有24颗GPS卫星沿六条轨道绕地球运行（每四颗一组），一般不会有超过12个卫星在地球的同一边，大多数GPS接收器可以追踪8～12颗卫星。计算LAT/LONG（2维）坐标至少需要3颗卫星。再加一颗就可以计算3维坐标。对于一个给定的位置，GPS接收器知道在此时哪些卫星在附近，因为它不停地接收从卫星发来的更新信号。

　　2、并行通道： 一些消费类GPS设备有2～5条并行通道接收卫星信号。因为最多可能有12颗卫星是可见的（平均值是8），这意味着GPS接收器必须按顺序访问每一颗卫星来获取每颗卫星的信息。 市面上的GPS接收器大多数是20并行通道型的，这允许它们连续追踪每一颗卫星的信息，12通道接收器的优点包括快速冷启动和初始化卫星的信息，而且在森林地区可以有更好的接收效果。一般20通道接收器不需要外置天线，除非你是在封闭的空间中，如船舱、车厢中。

　　3、定位时间： 这是指你重启动你的GPS接收器时，它确定现在位置所需的时间。对于20通道接收器，如果你在最后一次定位位置的附近，冷启动时的定位时间一般为3～5分钟，热启动时为15～30秒。

　　4、定位精度： 大多数GPS接收器的水平位置定位精度在2.93m～29.3m左右。

　　5、DGPS功能： 为了将SA和大气层折射带来的影响降为最低，有一种叫做DGPS发送机的设备。它是一个固定的GPS接收器（在一个勘探现场100km～200km的半径内设置）接收卫星的信号，它确切地知道理论上卫星信号传送到的精确时间是多少，然后将它与实际传送时间相比较，然后计算出“差”，这十分接近于SA和大气层折射的影响，它将这个差值发送出去，其他GPS接收器就可以利用它得到一个更精确的位置读数（5m～10m或者更少的误差）。 许多GPS设备提供商在一些地区设置了DGPS发送机，供它的客户免费使用，只要客户所购买的GPS接收器有DGPS功能。

　　6、信号干扰： 要给予你一个很好的定位，GPS接收器需要至少3～5颗卫星是可见的。如果你在峡谷中或者两边高楼林立的街道上，或者在茂密的丛林里，你可能不能与足够的卫星联系，从而无法定位或者只能得到二维坐标。同样，如果你在一个建筑里面，你可能无法更新你的位置，一些GPS接收器有单独的天线可以贴在挡风玻璃上，或者一个外置天线可以放在车顶上，这有助于你的接收器得到更多的卫星信号。

　　7、物理指标： 选购GPS设备时，大小、重量、显示画面、防水、防震、防尘性能、耐高温、耗电等物理指标都要考虑在内。

各卫星系统介绍：

　　很多人都知道美国的全球卫星导航系统“GPS”，却不知道俄罗斯的全球卫星导航系统“格洛纳斯(GLONASS)”，中国的全球卫星导航系统“北斗系统”（严格说，北斗系统还不能称为全球卫星导航系统，只能称卫星定位系统），和欧洲的全球卫星导航系统“伽利略（Galileo）”。在这里给大家做一个简单的介绍和比较，好让大家更好的了解全球卫星导航系统的历史，现状和未来。
   
    1）历史渊源
          GPS：20世纪70年代，随着美苏军备竞赛的升级，美国的军事领域迫切需要能够在世界范围精确定位的系统。美国国防部不惜斥资120亿美元研制军用定位系统。1978年，美国成功发射了第一颗用于GPS系统的卫星，经过20多年的建设，1994年建设完毕。
      格洛纳斯：几乎和GPS同时开始同时建成。
      北斗系统：上世纪八十年代中期开始，2003年建成。
        伽利略：99年提出计划，05年末头一颗卫星升空，预计2008年投入初步使用。


    2）覆盖范围
          GPS：全球全天候
      格洛纳斯：全球
      北斗系统：覆盖我国本土及周边国家。覆盖范围东经约70°一140°，北纬5°一55°
        伽利略：全球（未建成）


    3）卫星数量
          GPS：24颗
      格洛纳斯：24颗（因经费问题，经常运行的数量达不到设计数量，最少时仅仅有6颗在运行，目前有17颗正在运行）
      北斗系统：3颗
        伽利略：27颗运行卫星和3颗预备卫星（未建成）


     4）定位精度
          GPS：定位精度10米
      格洛纳斯：定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m
      北斗系统：三维定位精度约几十米
        伽利略：定位误差不超过1米


     5）可容纳用户容量
          GPS：GPS 是单向测距系统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此可容纳无限多用户
      格洛纳斯：无限多
      北斗系统：由于北斗导航系统由于是主动双向测距的询问--应答系统，用户数量不能超过100万
        伽利略：无限多（未建成）


      6）用户范围
          GPS：军民两用，军用为主
      格洛纳斯：军民两用，军用为主
      北斗系统：军民两用，民用为主
        伽利略：军民两用，民用为主


      7）商业开发情况
          GPS：较早，非常充分
      格洛纳斯：不充分，在中国几乎没有
      北斗系统：刚起步，预计到2008年有三十万用户
        伽利略：刚开始建设，因合作者众多，前景看好

　　另外还有各系统的工作原理也各不相同，使用目的也有细微的差别，各自都有一些独自的特点。因太过专业就不多做介绍了。

　　全球定位系统的研制和应用是各个大国和地区实力的象征，到现在还只有美俄中欧有这种实力，另外日本也有研发计划。它除了在军事上的应用以外还能为拥有国带来巨额的财富和很多的就业机会，因此就成为了大家争相投资的对象，从以上的分析我们不难看出现在的全球定位技术还是以美国最为先进和全面；俄国由于经费和民用市场开发较晚紧随其后；中国由于战略目的和美俄的不同仅限于东亚的局部；欧洲不甘落后，不愿受制于美国，以及想成长为能和美国平起平坐的一极的愿望使欧洲采取更为开放的理念更为先进的技术迎头赶上。

　　因此我们不难看出全球定位系统不单单只限于技术的层面，更是各国在政治，军事，科技，经济等层面的较量和竞争。现在欧洲的“伽利略”还没建成，美国已经开始着手“GPS”的升级换代，俄罗斯开始与印度合作对格洛纳斯进行修补，中国也在秘密进行“北斗系统”扩充研究。就连日本也偷偷的在搞自己的全球定位系统。

　　当我们已经依赖于老美的卫星信号的时候，我们也不得不提防突然有一天它对我们不开放了，这就是我们自己研制“北斗系统”和加入“伽利略”计划的原动力。当然在世界和平发展的今天，我们更要考虑的是相互合作，共同发展.如果有朝一日四大系统实现相互兼容，GPS装置就象今天的手机一样普及的时候，你也不要吃惊。

　GPS导航技术的新进展

　　美国的全球定位系统（GPS）导航卫星正在逐步现代化。GPS从美国空军的导航辅助设备开始，逐渐发展成军民两用的一种重要技术。GPS的精确位置与定时信息，已成为世界范围各种军民用、科研和商业活动的一种重要资源。

　　 GPS卫星的发展及信号的改进 GPS导航卫星自1978年发射以来，其型别已由第Ⅰ，Ⅱ和ⅡA批次发展到ⅡR批次。第Ⅰ，Ⅱ和ⅡA批次卫星共有40颗，是由罗克韦尔公司制造的，而20颗ⅡR批次卫星则由洛克希德·马丁公司制造。波音公司在1996年收购了罗克韦尔的航空航天和防务业务，目前正在制造33颗更先进的ⅡF批次卫星。美国还在考虑发展采用点波束的新一代GPS卫星（GPS-Ⅲ）。

　　 GPS从1994年全面工作以来，改进工作一直在进行中。这是因为民用用户要求GPS具有更好的抗干扰和干涉性能、较高的安全性和完整性；军方则要求卫星发射较大的功率和新的同民用信号分离的军用信号；而对采用GPS导航的'灵巧'武器，加快信号捕获速度更为重要。

　　 民用GPS导航精度迄今的最大改进发生在2000年5月2日，美国停止了故意降低民用信号性能（称为选择可用性，即S/A）的做法。在S/A工作时，民用用户在99%的时间只有100米的精度。但当S/A切断后，导航精度上升，95%的位置数据可落在半径为6.3米的圆内。

　　 GPS卫星发送两种码：粗捕获码（C/A码）和精码（P码）。前者是民用的，后者只限于供美军及其盟军以及美国政府批准的用户使用。这些码以扩频方式调制在两种不同的频率上发射：L1波段以1575.42兆赫发射C/A和P码；而L2波段只以1227.6兆赫发射P码。

　　 GPS卫星导航能力最重大的改进将从2003年发射洛克希德·马丁首批ⅡR-M(修改的ⅡR)卫星开始。ⅡR-M卫星将发射增强的L1民用信号，同时发射新的L2民用信号和军用码（M码）。进一步的改进将从发射波音ⅡF批次卫星的2005年开始，ⅡF批次卫星除发射增强的L1、L2民用信号和M码外，将在1176.45兆赫增加第3个民用信号（L5）。在ⅡF发射以前，M码将从发展型过渡到工作型。因为导航卫星星座的发射需要有一段时间，故在轨道上获得全工作能力则要在2007年发射18颗L2民用信号和M码卫星后才能实现。18颗卫星组成的第三个民用信号（L5）的星座预计要到2011年才能发射完。

　　 此后，美军将得到抗干扰能力有所增强的新信号--M码。它能发送更大的功率，而不干涉民用接收机。M码还给军方一种新的能力，以干扰敌方对信号的利用，但其细节是保密的。

　　 L2民用信号即第二个民用信号称为L2C，使民用用户也能补偿大气传输不定性误差，从而使民用导航精度提高到3～10米。而美军及其盟军因一开始就能接收L1和L2中的P码，故一直具有这种能力。

　　 对L2的设计约束是它必须与新的M码兼容。为避免对军用L2 P（Y）接收机的任何损害，新的民用L2应具有与现有C/A码相同的功率和频谱形状。这里，括号中的Y码是P码的加密型。实际上，民用L2信号将比现有的L1 C/A信号低2.3分贝。功率较低的问题将由现代的多相关器技术加以克服，以便迅速捕获很微弱的信号。

　　 GPS卫星发射的信号必须现代化，同时又要保持向后兼容性。组合的民用信号与军用信号必须放在现有频带中，而且具有足够的隔离，以防互相干涉。美国决定将C/A码信号放在L1频带和新的L2频带的中部，供民用使用，而保留Y码信号。

　　 M码将采用一种裂谱调制法，它把其大部分功率放在靠近分配给它的频带的边缘处。抗干扰能力主要来自不干涉C/A码或Y码接收机的强大的发射功率。

　　 M码信号的保密设计基于下一代密码技术和新的密钥结构。为进一步分离军用和民用码，卫星对于M码将具有单独的射频链路和天线孔径。当卫星能工作时，每颗卫星可能在每个载波频率上发射两个不同的M码信号。即使由同一颗卫星以同一载波频率发射，信号将在载波、扩散码、数据信息等方面不同。

　　 M码的调制将采用二进制偏置载波（BOC）信号，其子载波频率为10.23兆赫，扩码率为每秒5.115百万扩散位，故称为BOC（10.23，5.115）调制，简称BOC（10，5）。因为BOC（10，5）调制与Y和C/A码信号相分离，故可以较大的功率发射，而不降低Y或C/A码接收机的性能。BOC（10，5）对于针对C/A码信号的干扰不敏感，而且与用来扩展调制的二进制序列的结构难以分辨。

　　 L5将位于960～1215兆赫频段，而地面测距仪/塔康（DME/TACAN）导航台和军用数据链（Link 16）已大量使用这个频段，但这只会对欧洲中部和美国高空飞行的飞机产生干扰。美国计划对在L5±9兆赫以内的DME频率进行重新分配，以便L5信号在美国的所有高度都能良好地接收。

　　一些新的抗干扰技术
　　由于GPS卫星发射的导航信号比较微弱，而且以固定的频率发射，因此军用GPS接收机很容易受到敌方的干扰。
　　 美国国防预研计划局（DARPA）正在发展一种新的抗干扰方法，采用战场上空的无人机来创造伪GPS星座，使其信号功率超过敌方干扰信号的功率。

　　 所谓伪卫星，就是将GPS导航信号发射机装在飞机或地面上，顶替GPS卫星来进行导航。DARPA用无人机做伪卫星的研究，称为GPX伪卫星概念，旨在使己方的部队在受干扰的战场环境中具有精确的导航能力。其方法是由飞行中无人机上的4颗伪卫星广播大功率信号，这样在战场区域上空产生一个人工GPS星座。4架'猎人'无人机就可覆盖300千米见方的战区。

　　 只要对现有GPS接收机的软件作些改变就可使用伪卫星发射的信号。当用实际GPS星座导航时，接收机开始需要知道卫星位置，即星历的情况，故伪卫星概念面临的挑战是采用可用的低数据率信息把4颗运动的伪卫星的位置告诉接收机。因此，DARPA和柯林斯公司设计人员的关键任务是在可用的50比特/秒信息中发送伪卫星星历。无人机的稳定性相当好，不会像战斗机那样机动；但任何运动都会使位置有点不确定。因而与采用卫星星座的导航比较，其定位总误差将增长约20%。DAPRA已用在7500米高度上的公务机上以及约3000米高度上的'猎人'无人机上试验了单颗伪卫星，导航精度从采用真卫星时的2.7米下降到4.3米。

　　 当然，伪卫星不一定要全部机载，也可采用地面和机载发射机混合的方案。将某些伪卫星设在地面上的缺点是减少了覆盖范围，但提高了导航精度。为了克服干扰，伪卫星可发射100瓦信号，使地面接收机处的信号强度比来自卫星的信号强度增加45分贝。

　　 诺斯罗普·格鲁门公司正在研制可提供30～40分贝抗干扰改进的GPS接收机。这种称为'反干扰自主完整性监控外推'的抗干扰方法将由惯性导航和GPS接收机在载波相位级进行全耦合来实现。全耦合滤波器将减小GPS跟踪回路的带宽，从而减少干扰信号进入GPS接收机的机会。

　　 柯林斯公司和洛克希德·马丁公司联合为JASSM空面导弹研制的G-STAR高反干扰GPS接收机采用了调零和波束操纵的方法。该接收机重11.3千克，采用了一个空间时间适配器，适配器探测出一个威胁，便将其信号调到零，并在发射导航信号的卫星方向增加增益。

　　 这种反干扰技术以数字方式实现，故称为数字波束成形器，它比常规的模拟调零法更为精确，同时可将接收机的波束调整到朝向可用的导航卫星。数字信号处理可通过动态移动零位来抵消噪声，增加增益，并通过一个6元天线阵来操纵波束。

　　 民用GPS接收机也有抗干扰的问题，但民用GPS接收机用户更关心非故意干扰。非故意干扰基本上为宽波段类型，与干扰机将其功率集中于GPS频率不同。与软件有密切关系的数字信号处理方法，在对付宽波段干扰方面是很理想的。

　　 美国Electro-Radiation（ERI）公司指出，常规抗干扰方法的是采用相控阵天线组成的零位操纵天线，这不仅要增加重量，且成本较高，而在接收机上实现的抗干扰技术通常只有有限的干扰剔除能力或者是专为对付某种干扰而特地设计的抗干扰能力。

　　 这家公司已研制出能有效地对付所有已知类型干扰的一种干扰抑制装置（ISU），它不需要昂贵和笨重的天线，可以低成本、高效的方式加装到新的和现有的GPS接收机中，既适合军用，也适合民用。

　　 这种干扰抑制装置包括补钉天线以及可插入任何GPS接收机天线接口的电子装置，用来抑制宽带噪声和窄带干扰。它使GPS接收机增加20分贝的抗宽带噪声能力和35分贝的抗窄带干扰能力。

关于GPS的漂移：

　　早先的GPS由于收星能力比较弱，总是会发生断讯，尤其在城市中用做导航的时候，给出行造成很多不便。后来开发的一些民用GPS芯片，将信号不够强的GPS信号也收入，这样就造成了漂移的现象。但是如果在同样的情况下，较早的GPS产品即会完全断讯，直到可以找到信号够强的卫星才开始接受。所以这是一个比较矛盾的选择，但是随着软件和硬件的不断开发升级，相信这种情况会越来越少。

　　讯号会飘是Xtrac技术的GPS最常发生的问题(高感度的GPS大多是使用Xtrac技术，GM-270u就是)，因为它是利用放大微弱信号加以运算来定位的，而卫星信号时刻都在改变，所以GPS不断的运算以修正误差，当所收讯号前后差异极大的时候，就会看到'飘移'的现象。导航软体是单纯接收GPS所传来的信号，将定位信号显现在萤幕上，所以跟信号飘移无关，纯粹是GPS的接收定位误差。2.再则GPS卫号有５～２５公尺的误差，当然地图软体锁路程式设计也有关，但接收机因素比较大些吧。3.再则你的GPS使用的座标系统和电子地图的座标系统是否相同呢（很少发生）

　　gps的冷启动、温启动、热启动

　　GPS开机定位分为冷启动、温启动和热启动三种：

　　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。

　　有时候如果机器有软件问题，需要进行冷启动，冷启动可以使用gpsviewer进行。

转自：http://www.360doc.com/content/16/0505/19/26294475_556561768.shtml