一、GPS的组成

 全球定位系统GPS的英文名称为Navigation Satellite Timing And Ranging／Global Position System，中文为“卫星测时测距导航／全球定位系统”，简称GPS系统。该系统是以卫星为基础，具有全方位实时三维导航与定位能力。GPS是由空间系统、地面监控系统和用户系统组成。

 1．空间系统

 GPS空间系统由21顾工作卫星和3颗备用卫星组成。卫星距地面20200km。运行速度为1周／11h58min。在全球任何地区任何时间都可以同时接收至少4颗卫星信号。每颗卫星上装有原子钟、微机、电文接收存储和信号发射设备。

 GPs卫星的主要作用；①接收地面各注入站发送来的卫星星历，钟差信息、信号的大气折光改正信息。②向用户发送导航电文，每颗卫星用两个频率发射无线电信号，向用户发送P码(精码，码长30m)和C／A码(组码p码长约300m，测距精度可达20—24m)。

 2．地面监控系统

 GPs地面监控系统有1个主控站、5个监控站、3个注入站。

 (1)主控站

 卫星操按中心(CSOC)：收集各监控站送来的所跟踪的卫星的数据，据此计算卫星轨道、钟差参数和外推出未来26h的卫星轨道和卫星钟参数，然后送人备注入站，诊断卫星工作状态，调整卫星姿态和调度卫星。

 (2)监控站

 对视场中所有GPS卫星进行伪距测量，将当地的温度相对湿度等信息送给主控站。

 (3)注入站

接收主控站送来的卫星层历和钟差信息。当某颗GPs卫星飞越注入站上空时，用10cm(s)波段作载波，将该卫星的导航电文发给该卫星。

 3．用户系统

 用户系统即GPS接收机，包括天线单元和信号接收单元

 (1)接收单元

核心为信号通道(1—12个)，每个通道可跟踪一颗卫星。信号通道的作用是搜索和跟踪卫星，解译出GPS卫星所发送的导航电文，进行伪距测量和载波相位测量。

 (2)GPS接收机的主要任务

 GPS接收机的主要功能是接收卫星播发的信号，并利用本机产生的伪随机码取得距离观测值和导航电文，根据导航电文提供的卫星位置和钟差改正信息，解译CPS卫星所发送的导航电文，实时计算出测站的三维坐标，计算接收机的位置。GPS作为野外定位的最佳工具，在户外运动中有广泛的应用。

 (3)GPS接收机分类

用户接收机可有很多种类：按使用环境可分为低动态接收机和高动态接收机；按所要求的精度可分为单频粗捕获码(C／A码)接收机和双频精码(P码)接收机，按用途可分为授时型、大地型利导航型，后者又有机载式、弹载式、星载式、舰载式、车载式、手持式等。常见的GPS接收机有Trimble、Leica、Ashtech、Novatel、Sokkia等。

 二、GPS定位原理

 1、GPS定位误差

 第一类误差与卫星有关。

(1)轨道误差：因为广播尽历中轨道信息的不定性。

(2)卫星钟差：影响较小，按一定算法可完全消除。

第二类误差与观测有关。

(3)电离层误差；扩散性、互补性。

(4)对流层误差：对流层对光波的折射造成信号传播的时延高差影响较大。

(5)多径误差：利用窄距相关技术加以消除。

(6)周跳：①外因。障碍物、信号噪音、卫星高度过低及动态，应

用时天线倾斜所引起。⑧内因。仪器本身结构不完善。

(7)接收机噪声：伪距观测值的噪声，c／A码约为1m，P码约为0.3m。

 第三类误差与测站有关。

(8)接收机钟差：开始观测各卫星不能完全严格同步，可设法消除。

(9)起算点WGS—84坐标的误差：系统误差。

三、导航型GPS的功能

在登山、户外运动、户外探险活动中，主要用的是导航型GPS。

主要功能如下：

1．显示坐标

当GPS能够收到4颗及以上卫星的信号时，它能计算出接收机所处位置地的三维坐标即经度、纬度、高度并通过显示屏直接读数。若只能收到3颗卫星的信号，它只能计算出二维坐标；经度和纬度，这时它可能还会显示高度数据，但数据不推确。

大部分GPS能以几种坐标系统显示坐标，显示坐标经、纬度的方式，但我们一般还是使用经—纬度系统，这主要是由我们所使用的地图的坐标系统决定的。坐标的精度一般能达到15m左右，若Se—lective Availability(美国国防部为减小GPS精确度而实施的一种措施)打开时，GPS的水平精度则在50—100m之间，根据主要成员视接受到卫星信号的多少和强弱而定。高度的精确性由于系统结构的原因，误差稍大。(www.daowen.com)

 在户外运用时，把你认为重要位置所在点的经纬度和海拔高度(包括一个点的三维坐标)记人GPS的内存。这点可以是你所经过的点，也可以是你输入其坐标，同时你可以为这个路点命名。

2．记录多个坐标数据成路标

标记路标是GPS主要功能之一。从地图上读出一个目标点的坐标，手工或通过计算机接口输入GPS，成为一个路标。GPS通过计算显示出到达该目标点的直线距离及方位角、方向等，当你向目标点移动时这些数据也不断变化，直至引导体到达目标。另外你还可以随时保存你经过路线k某点的坐标数据，作为一个路标，可以视之为将来可用的目标。一般GPS能记录500个或以上的路标。GPS内存中保存的一个点的坐标值，在把当前点坐标数据记成路标时，可以给此路标用字母或数字确定名字，还可以给它选定一个图标，便于记忆，路标是GPS数据核心。

 3．路线(Route)

 路线是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”(leg)。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路标中选择，或是手工，或是计算机输入数值，输入的路点同时作为一个路标保存。这些点可以在地图上查出预先输入，也可以边走边记。实际上一条路线的所有点部是对某个路标的引用，比如你在路标菜单下改变一个路标的名字或坐标，如果某条路线使用了它，你会发现这条线路也发生了同样的变化。

 4、前进方向(Heading)

 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比较，就可以知道前进的方向，请注意这并不是GPS头指的方向。不同的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，所以除非你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你会看到数值在变个不停。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利时间计算的。

 5．导向(Bearing)

 导向功能在以下条件下起作用：

 (1)设定目标坐标成一路标，GPS‘导向”功能将引导你到达此路标。

 (2)活跃路线(Activity route)。活跃路线一般在路线菜单下设定。如果目前有活动路线，那么“导向”的点是路线中第一个路标点，每到达一个路标点后，GPS将自动指向下一个路标点。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。同时显示离目标距离等信息。读出导向方向，按此方向前进即可走到目的地。有些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．速度(Speed)

 GPS可计算井记录总旅程的距离、分段距离、现行速度、运动速度、平均速度、行走时间、停留时间、预计到达时间等各种参数。

 7．日出日落时间

 大多数GPS能够显示当地的日出、日落时间，这在计划出发、宿营时间是有用的。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治时间，在设置(set up)菜单里可以设置本地的时间偏移，对中国来说，应设+8h，此值只与时间的显示有关。

 8．航迹线

 GPS每秒更新一次坐标信息，所以可以记载自己的运动轨迹的一般GP5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，长距离直线行走时不记点。定时采样可以规定采样时间间隔，比如30s、1min、5min或其他时问，每隔这么长时间记一个足迹点。在足迹线页面上可以清楚地看到自己足迹的水平投影。你可以开始记录、停止记录、设置方式或清空足迹线。“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(计算机下载路线)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，它会把足迹线转化为一条“路线”，路点的选择是由GPS内部程序完成的，一般是选用足迹线上大的转折点。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route 0)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，这时即使你已经把旧的路线作了拷贝,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。请查看GPS的使用说明书，并试用以明确你的情况。有必要的话，对于需要长期保存的Trace Back路线，要拷贝到空闲路线，并重命名所有路点名字。

9．地图

GPS可存储一定区域的地图，在显示位置数据的同时显示你在地图上的位置。

四、GPS在户外运动中的使用

1、有地图时使用

 GPS与详细地图配合使用时有最好的效果，但是国内比例尺小的地图十分难得，如有目的的精确地图，则可以预先规划线路，先在地图上规划。制定行程计划，可以按照线路的复杂情况和里程，建立条或多条线路，读出路线特征点的坐标，输入GPS建立线路的各条“腿”，并把一些单独的标志点作为路标(Landmark或Waypoint)输入GPS。

 实际活动中带上地图，行进时可以利用GPS确定自己在地图上的位置；按照导向功能指示的目标方向，配合地图找路向目标前进。同时一定要记录各规划点的实际坐标，最好再针对每条规划线路建立另一条实际线路，即可作为原路返回时使用，又可作为实际路线资料保存。

2．没有地图的情况下使用GPS

(1)航路点功能

 ①定点：用于确定、记录路程中的关键点比如线路的起点、岔路、转向、岩壁、宿营地的坐标等。

 ②找点：出行前可以从网络或朋友那儿得到既有的航路点数据，然后手工或者通过数据线输入GPS；在行进过程中，可以使用GPS来找到达些预设的点。从列表中选择目标，然后转到“导向”页，上面会显示使用者离目标点的距离、速度、目标方向角等数据。

(2)路线功能

 ①输入路线：若能在网上或朋友处找到既有的路线信息，可以把它们输入GPS形成线路，或者把以前的记录编辑成一条线路。

 ②路线导向：把某条路线激活，按照和“找点”相同的方式，“导向”页会引导你走向路线的第一个点，一旦到达，目标点会自动更换为下一路点。若你偏离了路线，跳越过了中间的某些点，一旦你再回到路线上来，“导向目标”就会跳过你所绕过的那些点，定为线路上你当前位置的下一个点。

(3)回溯功能

回溯功能实际是输入航路(Route)的一种特殊方法，在需要原路返回时十分有用。使用此功能时，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中，使用前要先检查此线路是否已有数据，以免覆盖。另外因姻路线上的各路点会使用系统默认的临时名字。有的GPS定第二条回溯路线时会重新使用这些名字，这时即使已经作了拷贝，由于路点引用的名字被重用了，所以路线也会改变。对于需要长期保存的回溯路线，要拷贝到空闲路线去，并重命名所有航路点的名字。

3.使用技巧

(1)GPS最少有3个卫星才能定位，所以尽量在露天、开阔的地方使用，建筑物内、洞内、水中和密林等有阻隔的地域可能无法正常使用。

(2)搜索到的卫星越多．定位精确度就越高。在野外使用精度比在城市里高。

(3)因为GPS点位号都是用数字或代码，比如LMK001等，不好记忆。为了准确，在定点的时候，带上记事本记录。

(4)GPS的定位有一定误差，不要盲目按照其指示的点行走，要观察路线的实际情况。

(5)GPS在静止的情况下无法指示方向，这个时候可以通过移动来实现指向功能，也可以备一个小的指北针，配合着使用。

(6)使用GPS不要一直待机，在需要用的时候打开，可以节省电量。在野外无法充电的情况下，一定要备上足够的电池。

(7)GPS在搜索卫星时比较耗电，所以在需要定位的时候，尽量找制高点和开阔地带，以便快速地搜索成功。