民用GPS纵横谈

现在，只需要用普通的手机、掌上电脑或笔记本电脑，加上一块小小的GPS功能模块，就能实现实时的全球定位功能。那么，有几种实现GPS的方式？如何选择适合的GPS模块？要怎样使用GPS功能呢？ 科技的进步总能给人们带来生活的便利，特别是军事科技的民用化更能帮助人们在生活中获得更多的利益。自从核能的民用化发电实现以来，人类已经享受了充足的电能供应。伴随着空间技术的民用化，全球卫星定位（GPS）也使得大家享受到了出行的方便。近期，基于GPS的各种应用在国内逐步升温，这使得很多人对此都充满了疑问。GPS这个外来的“和尚”到底是个什么东西？它是怎么实现全球定位的？我们又应该如何正确使用呢？ 很多功能强大的民用技术大多来源于军用技术，GPS也不例外。GPS全称就是全球定位系统，它是英文Global Positioning System的缩写。它最先由美国研制成功，是美国第二代卫星导航系统（俄罗斯也有类似的系统，其名称叫做Glonass），目前已经广泛应用于全世界，给人们的工作和生活带来了诸多方便之处。 全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。其中核心的空间部分使用了24颗高度约20200公里的卫星组成卫星网络，这24颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗卫星），轨道倾角为55度。卫星的连续分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持具有良好定位解算精度的几何图形，这就使得我们在全天24小时内都能享受连续的全球导航能力。 GPS系统和Glonass系统 与GPS系统不同，Glonass是Global Navigation Satellite System（全球导航卫星系统）的缩写，是前苏联从上个世纪80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。 Glonass系统的卫星星座同样也由24颗卫星组成，均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面有8颗卫星，轨道高度为19100公里，卫星运行周期为11小时15分，轨道倾角为64.8度。 与美国的GPS系统不同的是，Glonass系统采用频分多址（FDMA）方式，根据载波频率来区分不同卫星（GPS系统则是码分多址（CDMA），根据调制码来区分卫星）。每颗Glonass卫星发射的两种载波的频率分别为L1=1602+0.5625k（MHz）和L2=1246+0.4375k（MHz），其中k=1~24为每颗卫星的频率编号。所有GPS卫星的载波的频率是相同的，均为L1=1575.42MHz和L2=1227.6MHz。 Glonass卫星由质子号运载火箭一箭三星发射入轨，卫星采用三轴稳定体制，总质量1400kg，设计轨道寿命为5年。所有Glonass卫星均使用精密铯钟作为频率基准。第一颗Glonass卫星于1982年10月12日发射升空。到目前为止，共发射了80余颗Glonass卫星，最近一次是2000年10月13日发射了三颗卫星。截至2001年1月10日为止尚有10颗Glonass卫星正在运行，但由于卫星使用寿命和资金紧张等问题，实际上目前只有8颗卫星提供此服务。 令一些高手兴奋的是，目前俄罗斯对Glonass系统采用了军民合用、不加密的开放政策，也就是说我们可以享受到军用质量的定位精度。这点从其提供的技术说明也可以看出，Glonass系统单点定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m。 近年来，随着经济的恢复，俄罗斯也想在这个庞大的市场上与美国一争高下。俄罗斯政府为进一步提高Glonass系统的定位能力，开拓广大的民用市场，拟订了一个更新系统为Glonass-M的计划，其主要内容有：改进一些地面测控站设施；延长卫星的在轨寿命到8年；实现系统更高的定位精度，位置精度提高到10m~15m，定时精度提高到20ns~30ns，速度精度达到0.01m/s。 从功能上说，Glonass系统与GPS系统几乎完全一样，其主要用途是导航定位。并且，与GPS系统一样，它也可以广泛应用于各种等级和种类的测量应用、GIS（地理信息系统）应用和时频应用等。我们有理由相信，随着俄罗斯经济和军事的复苏，在不久的将来我们会有更多的选择。 GPS的作用 看了上面所讲的GPS原理的专业术语，你是不是感到有些头大？其实GPS的工作原理并不复杂，抛开那些复杂的空间技术，简单地说，就是利用接收到卫星发射的相关信号，再配合我们熟知的几何与物理上的一些基本原理来定位，用户再使用一定的设备对信号进行接收，进而判断空间和方位。 简而言之，GPS的基本功能就是实现全球准确定位，具体来说，它的作用主要体现在三个方面：我在哪里？我要到哪里去？怎么去？ 对于经常进行野外探险等活动的人来说，GPS的作用在于帮助他们找到正确的位置，并找到安全的休息场所。要注意的是，不同的GPS设备和GPS软件配备的地图的详略程度有所不同，我们需要根据实际的需要进行选择。 对于经常开车的人来说，GPS也是一个好帮手。它能够让你知道城市的每条道路，知道到达目的地的近路。或许你会说，这么多年来我一直生活在这个城市里，到哪里去能不认识路？话虽这样说，但是当道路改变时你是否能第一时间知道新的行车路线？当你到一个陌生的城市里你怎么知道该怎么走呢？当你驾车行驶在人生地不熟的山间小路时，你是否知道下一个弯该向哪个方向拐？这个时候GPS就派上了用场，虽然你可能会觉得它麻烦，不如找一个向导方便些，但是有了它，你可以充分享受个人驾乘的乐趣，往小处说，至少还可以省点油吧。 实现GPS的途径 从GPS的原理我们可以知道，卫星系统是固定的，是我们不能选择的；而地面接收系统也是由政府或大集团所主导，个人用户一般只能被动接受。真正能够让用户自由选择的，也就是个人手中的终端GPS设备了。 目前的民用GPS设备包括测量型和导航型两种。其中测量型产品精度可达到米级甚至毫米级，但至少需要两套设备配合才能达到设计精度要求，而且其内部结构复杂，单机成本一般在几万到几十万，适合专业高精度测量环境使用；而导航型产品，由于使用者对精度要求不高，一般为几十米，机器内部硬件相对简单，只须一台就可以完成导航工作，加之其价格相对较低，有很大的普及推广价值。 一般的专业手持GPS导航型设备价格也不便宜，远没有达到大众普及的地步，一般只适合比较专业的野外探险和生存使用，目前市面上这种类型的产品主要有GARMIN、MAGELLAN以及LOWRANCE等。其中，GARMIN是手持GPS设备行业全球第一大厂。正是由于专业设备过于昂贵，因此许多厂家采取了由公司提供服务器端技术，而用户使用GPS导航模块+普通通讯设备的方式实现GPS定位。打个比方，就好像移动通讯公司提供中转设备，而用户使用终端设备进行通话的过程一样。具体来说，共有五大类型的GPS实现方式：手机+GPS模块、PDA+GPS模块、笔记本电脑+GPS模块、车载GPS模块以及专用GPS手持设备。 适用范围和优缺点 就五大主流的导航式GPS实现方式来讲，它们各有特点，也分别适合不同的场合。如果你只是追求新潮流并偶尔使用GPS功能，同时经济条件相对不宽裕，那么使用手机+GPS模块就足够了。这种方式实现起来很简单，价格也较便宜，同时还不耽误手机通讯功能的正常使用，是体验型用户的好选择。 而如果你是有一定经济基础的户外运动一族，那么可以考虑选择PDA+GPS模块，这样可以使用好一点的软件，通常PDA的屏幕也比手机大得多，能够更加清晰地识别道路和方位，对于我们在野外找到准确的方向是很有帮助的。 如果你是商务人士，那么使用笔记本电脑+GPS模块的方式比较符合要求。通常商务人士都需要带着笔记本电脑到处出差，如果配上GPS模块，在陌生的城市就能尽快熟悉地理环境，从而赢得效率和时间。 如果你是爱驾一族，车载GPS模块自然应属于首选。它不仅能够帮助你识别道路，找到想去的地方，好多车载GPS模块还能够使交通部门随时掌握你的车况，特别对于开出租车的朋友来说，除了实现导航功能还有报警功能，这也算是对安全的一大保障。 很多数码产品爱好者都拥有PDA，它除了拥有记事、电话本、游戏等基本功能外，还可以和GPS模块连接，实现全球GPS定位。由于PDA携带方便，并且屏幕大小适中，因此受到很多经常外出人士的喜爱。同时，PDA+GPS模块实现的硬件成本相对比较低廉，也是很多经济收入一般的朋友比较好的选择。 实现方式 PDA+GPS模块主要分两种：PDA内带GPS功能接收芯片或PDA外接GPS功能接收模块。目前除了宇达电通Mio 168等少数集成GPS功能芯片的产品外，大多数产品都采用外接GPS模块通过专用接口与PDA相连的方式。GPS模块与PDA的连接方式主要有蓝牙、CF接口和GMOUSE接口。 从实现的原理上说，最好选择带有蓝牙接口的GPS模块和PDA，这样能够很方便地安装和接收，同时也不影响PDA其他功能的正常使用；而宇达电通Mio 168等少数集成GPS功能芯片的产品也有一定优势，那就是安装简单，开机就能使用GPS功能，只不过它的地图精度和配置相对不够完整。 选择要点 外接的GPS模块需要通过硬件接口与PDA相连，目前主流的接口有三种，每种接口都有自己的主打产品和各自的优势。 蓝牙接口 首先我们来看看使用蓝牙接口的模块，蓝牙GPS模块其实就是采用蓝牙接口、同时内置电池的GPS模块。只要PDA带有蓝牙接口，就可以无线连接蓝牙GPS模块了，使用起来简洁轻便。蓝牙GPS模块具有无线连接、方便携带、省电等优势。特别值得一提的是，蓝牙GPS模块可以在车内任何地方接收到GPS信号，不受角度的约束，这对于自驾一族来说显得特别方便。目前蓝牙GPS模块价格在800元~1700元不等，价格相对其他两种产品比较高一些。选购蓝牙GPS模块主要要注意三点：芯片、电池和稳定性。 芯片方面，市面上的蓝牙GPS模块大多采用SiRF II代芯片、III代芯片和瑞士Nemerix芯片。其中，SiRF II芯片的蓝牙GPS中性能比较好的是采用Xtrac V2版本的HAICOM 401S，它的灵敏度好，反应快；SiRF III芯片也是不错的产品，它的灵敏度比上代的产品好，在软件的算法上也有改善，在GPS信号弱的时候也能强制定位，比较代表性的产品是HOLUX的GM 236，但目前的稳定性还有待于改进；瑞士的Nemerix芯片的GPS信号接收性能优于SiRF II XTRAC V1芯片，最大的特点是省电，很多入门级的蓝牙GPS模块都采用这种方式。 电池方面，现在的蓝牙GPS基本都是采用可更换的锂电池，也兼容于NOKIA 3、6系列的手机电池，所以更换电池非常方便。在电力持久性方面，要数采用瑞士Nemerix芯片的GPT-600/700表现较好，理论上最多可以支持20个小时。 蓝牙的稳定性算是玩家使用蓝牙GPS模块最在意的方面了，但目前这类问题只能依靠经验来判断。一般来说，HAICOM、GOPASS还没有出现蓝牙兼容性问题，但很多朋友反映HOLUX的蓝牙GPS模块跟HP的PDA配合有兼容性问题，目前对于这类问题还没有很好的解决方法，只能是多问多比较。 CF接口 跟数码相机类似，CF接口的GPS模块分为CF-I/CF-II等类型，常见的是CF-I型。这种接口的GPS模块特别适合带有CF和SD双插槽的PDA，这样就可以把地图软件放在SD卡里而把GPS模块接在CF口上，可以使SD卡里有足够的空间存储大容量的地图。对于只有一个CF槽的PDA，我们推荐使用带有SD插槽的CF接口GPS模块，这样可以手持使用，也可以放在车上连接车载充电器持续导航。采用CF接口的GPS模块的最大优点是一体化，没有兼容性问题。 CF接口的GPS模块采用的芯片比较常见的主要有SiRF II高感度芯片和瑞士芯片。SiRF II芯片有XTRAC V1和V2两个版本，V1版本的典型代表就是常见的HOLUX 270U，V2版本针对V1版本容易漂移、信号接收能力弱进行了程序纠正，显得更加灵敏和稳定，代表作是HAICOM 303S。它最大的特点是拓展性非常强，CF接口GPS模块加配PCMCIA转接卡还可以用于笔记本电脑，但HAICOM的303S更具独特的拓展性，自带串口连接线，能直接连接笔记本电脑的串口或者USB口（选配USB线），把CF接口的GPS模块变成了GMOUSE接口，不再占用宝贵的PCMCIA接口（要无线上网的玩家特别在意）、更充分接收信号（可以把GPS模块放在挡风玻璃下），更神奇的是，它还可以搭配蓝牙底座升级为蓝牙GPS模块。 采用瑞士芯片的目前只有HAICOM的305N，它是一款带有SD插槽的CF接口GPS模块，解决了单CF插槽PDA用了传统的CF接口的GPS模块，而造成地图软件没地方存放的难题。 GMOUSE接口 GMOUSE接口就是GPS MOUSE的简称。其实质就是一种GPS接收模块所使用的接口。GMOUSE接口包括了三种我们熟悉的接口，主要包括RS232接口（就是普通的9针串口）、PS/2（鼠标接口）和USB接口。USB接口的GPS mouse一般只能用于PC，不能与PDA直接连接使用。但我们可以通过一根转接线与PDA相连使用，但不是所有的PDA都能配到转接线，在购买GPS mouse时一定要和商家确定是否有适合自己PDA型号的转接线。特别地，当我们使用USB接口的GPS模块在连接PDA并使用在汽车上的时候，需要一条Y字型的能连接车载充电器的数据线，这条Y型线的一头连接汽车的点烟器给GPS模块和PDA供电，另一头连接GPS模块的PS/2口，而另外一端则连接PDA的串口。 GMOUSE接口的GPS模块性能稳定，一般放在车挡风玻璃下面就能接收GPS信号实现定位。这个方案同时解决了PDA的供电问题，十分适合需要在车上用的朋友，而且这种产品价格相对也便宜，一般在400元~700元之间。选购GMOUSE接口的GPS模块主要也有两方面要点：GPS芯片和接口兼容性。 市面上的GMOUSE接口GPS模块使用的芯片并不多，主要有三种。一是SiRF II芯片，SiRF II芯片有普通版和高感度版两种，普通版的目前只有HOLUX GM-210，属于早期的产品，高感度版则有HOLUX GM-211、212等。第二是比较少见的SONY芯片，SONY芯片共分三代，比如BTC的GPS-BOX采用的就是第一代的芯片，感度（相当于灵敏度）相似于SiRF的普通感度，而HAICOM的GPS-101采用的是第二代芯片，感度强过SiRF高感度芯片；而GOPASS的GPS-201采用SONY三代芯片，算是目前GMOUSE里性能最好的。第三是瑞士芯片，这种芯片能耗低、灵敏度也好过SiRF II代芯片。 从接口方面来讲，尽管现在有些GMOUSE已经直接采用了USB接口，看起来虽然连接笔记本电脑方便了许多，而实际上却降低了GMOUSE的兼容性和实用性，因为采用USB接口的GMOUSE几乎不能连接PDA使用。所以选购的时候，尽量选择PS/2接口的GMOUSE。 安装和使用 对于PDA来说，不管是使用内置或外接GPS模块，首先我们都要进行GPS定位的设置。对于内置GPS模块的PDA来说，要使用GPS功能非常简单：只要翻开内置天线，等待GPS系统初始化就可以查看地图了。 对于外接GPS模块来说，首先需要进行GPS扩展模块硬件安装，在安装的时候注意模块接口的顺序。特别是CF接口的产品要注意针脚方向，不要插错了。安装完了之后就可以打开GPS功能，启动随机附带的GPS软件，之后通过GPS卫星系统显示出用户所在地点以及周围的地图，并且可以一屏同时显示出速度、距离、方向，并可以随着用户的运动自行翻动地图，各种信息均可以一目了然。 GPS的功能启用非常简单，关键在于地图的质量好坏和使用。对于内置GPS模块的PDA来说，地图的可选择性不大，而对于外接GPS模块来说，我们可以在网上下载各种地图软件，以满足自己的需要。 目前PDA操作系统主要分为PPC和Palm两种，其中PPC在中国使用比较广泛，而PPC上有许多优秀的定位应用软件，CETravelMate软件是其中比较经典的一个，它的全中文界面使它更易于被国人使用（Palm系统下则为Worldmate Pro软件）。CETravelMate主要功能有城市信息、旅行笔记等功能，CETravelMate提供了179个国家，472个城市可供查询，包括所有国家名称、电话、国码及区号、货币及汇率、日期、经纬度、机场及电压规格等信息。 CETravelMate的安装十分简单，和PDA上其他软件的安装相同，这里不再赘述。值得提醒的是，一般的地图软件上都只标注了道路等信息，而对于娱乐场所、餐馆之类的地方没有详细的说明。我们可以去一些网站下载热心网友制作的娱乐地图，并将它们安装到PDA上，这样在陌生的城市也能很快找到好玩的地方啦。