【转帖】户外导航——从入门到精通

小晓

2 GPS的基本应用 ★★

2.1 基本常识 ★★

    在开始GPS学习前，首先我们还是先学习一些基本常识，这些常识说是基础，其实内容并不简单，里面包涵了地理信息系统（GIS）、等高线制图等多方面所必须掌握的基本知识。本来应该在等高线部分讲述，但由于专业性较强，级别为★★，因此在这里展开学习。
2.1.1 大地测量与地图制图的基本原理
    地球是一个自然表面极其复杂与不规则的椭球体，而地图是在平面上描述各种制图现象。那如何建立地球表面与地图平面的对应关系？ 为解决这一问题，人们引入大地体的概念。大地体是由大地水准面包围而成。大地水准面是假定在重力作用下海水面静止时的平均水面，并设想此面穿过大陆与岛屿，连续扩展形成处处与铅垂线成正交的闭合曲面。由于地壳内部物质密度分布不均匀，大地水准面也有高低起伏。虽然此高低起伏已经不大，比地球自然表面规则得多，但仍不能用简单的数学公式表示。为了测量成果的计算和制图的需要，人们选用一个同大地体相近的可以用数学方法来表达的旋转椭球体来代替，简称地球椭球体。它是一个规则的曲面，是测量和制图的基础。 地球自然表面点位坐标系的确定包括两个方面的内容：一是地面点在地球椭球体面上的投影位置，采用地理坐标系；二是地面点至大地水准面上的垂直距离，采用高程系。
2.1.2 大地坐标系
    大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。大地坐标系的确立包括选择一个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据。一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。参考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建立。
2.1.3 54北京坐标系
    新中国成立后，很长一段时间采用1954年北京坐标系统，它与苏联1942年建立的以普尔科夫天文台为原点的大地坐标系统相联系，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。到20世纪80年代初，我国已基本完成了天文大地测量，经计算表明，54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为29米左右。
2.1.4 80西安坐标系
    1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。为此有了1980年国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。
2.1.5 地心坐标系
以地球的质心作为坐标原点的坐标系称之为地心坐标系，即要求椭球体的中心与地心重合。人造地球卫星绕地球运行时，轨道平面时时通过地球的质心，同样对于远程武器和各种宇宙飞行器的跟踪观测也是以地球的质心作为坐标系的原点，参考坐标系已不能满足精确推算轨道与跟踪观测的要求。因此建立精确的地心坐标系对于卫星大地测量、全球性导航和地球动态研究等都具有重要意义。
2.1.6 WGS－84坐标系
    WGS－84坐标系是一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。这是一个国际协议地球参考系统（ITRS），是目前国际上统一采用的大地坐标系。
2.1.7 UTM坐标系统
    UTM(Universal Transverse Mercator)系统通常基于WGS84椭球。在北纬84° 与南纬80° 之间共有60个经度带，它们是6度分带。为了避免边界的经度变形，使用了相交柱面进行投影。所以中央经线不再是等距的，其缩小比率是0.9996。在高斯-克吕格投影中，北向距离从赤道起算。与之相反，为了避免负值，UTM在南半球增加10000公里。距离中央经线的距离，与高斯-克吕格投影一样，要偏移500公里。相应的坐标以E(东)和N(北)标明。中央经线分别为3° ，9°，15° 等等。南、北极点间的区域被分成8个维度带，并以字母标示。该系统用于美国和NATO的**。由于UTM坐标系统的全球通用性，德国及欧洲都在使用该坐标系统。
2.1.8 地图投影
    地图投影是研究把地球椭球体面上的经纬网按照一定的数学法则转绘到平面上的方法及其变形问题。地图投影的方法有几何法和解析法。几何法是以平面、圆柱面、圆锥面为承影面，将曲面（地球椭球面）转绘到平面（地图）上的一种古老方法，这种直观的

小晓

2.2 GPS的基本功能

2.2.1坐标（coordinate）
        GPS使用首先面对的就是坐标！GPS最基本功能就是定位，常用的方法就LAT/LON和UTM，这主要是根据你所使用的地图的坐标系统决定的。LAT/LON就是经纬度坐标。经纬度坐标系统是以英国格林威治和赤道分别作为经度和纬度的零度点。在GPS系统内，经纬度的显示方式一般都可以根据自己的爱好选择，一般有"hddd.ddddd"（度.度）,"hddd*mm.mmm"（度.分.分），"hddd*mm"ss"（度.分.秒）。度、分、秒的进制是60进制，但是度.度，分.分的进制是100进制，这一点在换算的时候要特别注意。
    需要注意GPS所采用的坐标系是美国国防部1984世界坐标系，简称WGS-84，它是一个协议地球参考系，坐标系原点在地球质心。GPS的测量结果与我国的54系或80系坐标相差几十米至一百多米，随区域不同，差别也不同，因此如果你手上正好有张我国的54系或80系地图，通过GPS获得的数据在地图上标定的话就会存在一定偏差，稍后笔者会对此展开阐述。


2.2.2路标（Landmark or Waypoint）和路线（Route）
    我们标记路标是GPS主要功能之一，它是构成“路线”的基础也是GPS核心数据，有时我们千辛万苦可能需要找到的就是仅仅一个点。寻找路标的方法很多，既可以从网上查找朋友要，也可以自己在地图上设计。一个路标可以作为目标点，设定前进方向引导我们到达，同时也可以用于前进线路的路线（Route）的一个支点。
    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能存储多条线路，每条线路又包涵了多条“腿”。


    路线的寻找和设计是利用GPS进行户外导航的关键，不管是领队还是一名独立的GPS使用者，在一片未知区域进行GPS导航时，往往通过GPS已经存储好的路线前进，行进的线路既可以是一条单独的路线，也可以是多条路线的交替使用。路线的形式可以有以下几种式：
一、一条别人的现成轨迹，一部分是有人在网上共享，一部分是从朋友那里获得，这种方式最轻松，也较为安全，需要注意的是有些数据由于GPS的不同存在一定误差，在使用过程中需要自我判断，最好方式是同时设计一条备份线路。


二、可能是几个独立路标的连线，有时我们去一个地方并没有详细线路轨迹，仅仅获得是几个关键点的中标，比如一座村庄、一处水源、一个路边小屋等，这些关键点是我们必经之地，那么他们之间连线可能并不是我们实际要走的线路，这需要我们在前期线路规划时，作好两路标之间的线路设计，同时在实际行走时随时根据环境调整行进路线。


三、最后就是在没有任何信息来源的情况下，对一处未知领域进行的路线设计，这也是最具挑战性、最需要慎重、也是最危险的GPS导航方式。后面在实用篇中，我们将着重对这方面内容进行阐述。


2.2.3 前进方向（Heading）和导向（Bearing）
    GPS的导向作用同样也是其核心功能之一，之所以GPS能够进行野外导航，就是它显示出前进方向，具有导向作用。
    在GPS的行进轨迹显示方示一般以真北或磁北为画面正前方，即以第三人称模式，有些GPS增加了第一人称模式，在第一人称模式中，GPS画面始终以目前我们行进的方向作为正前方，可以看到地标和地图随着我们前进方向变化发生转动调整。第三称模式是站在旁观者角度观察线路，因此通常以北方向为画面前方，当我们前进时，这时地标和地图固定是固定不动的，可以观察到我们行进轨迹随着方向变化画出的弯曲线路图。至于采用第一人称模式还是第三人称模式，可以依照个人习惯选定。
   需要注意是GPS没有指北针的功能，静止不动时它是不知道方向的，当它一旦动了起来，它就能知道自己的运动方向，这时就具有导向作用了。


进行导向设置时，可采用如下方式：
一、通过路标进行导向。可以设定“走向”(GOTO)一个目标点。“走向”目标的设定可以按“GOTO”键，然后从列表中选择一个路标。以后“走向”功能将导向此路标，这时我们当前位置和目标点之间连线就是我们行进方向。
二、通过路线进行导航。一般领队在出发前会在GPS存储至少一条或几条（有些是备份）路线作为队伍行动线路参考轨迹，使用时选取一条线路作为当前路线(Activity route)，这时就具有导航功能，我们可以延着这条线路前进。当前路线一般在设置->路线菜单下设定。

2.2.4 日出日落时间(Sunrise/ Sunset)和月出月落时间（Moonrise/Moonset）
    大多数GPS能够显示当地的日出日落和月出月落时间，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。


    这些时间对于领队是非常有用，因为这是在制作方案时计划出发和宿营时间的重要依据，同时知道日出日落时间在白天我们就可能通过太阳确定方向，知道月出月落时间，我们就可以较容易在夜间判断方向了（见第一章3.3节）。

小晓

3 GPS的实用技巧及应用计算 ★★
要打瞌睡的一节来了，大家打起精神来，一些很有用的技巧和计算开始了：
基本功能学会了，你开始准备带一个队伍出发了吧？好的，正在穿越峡谷的路上，在一个岔路口大家都坐下来休息，一位漂亮MM跑过来大声喊：“领队哥哥，下面我们走哪条路？”队员们的眼睛都转过来注视着你和你手中的GPS，你胸有成竹拿出GPS ，忽然发现GPS不指向目标点了，这时你开始准备擦头上汗水了：这MM叫自己声音也太大了。不过还不急，你知道GPS静止时是不导向的，运动起来方向就出来，大不了自己拿着GPS先走一程，可寻找到方向。但是更可怕的事情发生了！突然……，你发现GPS此时没信号，这时你头上是不是开始汗如瀑了！不用怕，下面我们继续学习GPS的一些实用技巧。

3.1 GPS与指南针配合的前进方向判定
　　好吧，继续接上面场景，那位漂亮MM跑过来大声喊：“领队哥哥，下面我们走哪条路？”队员们的眼睛都转过来注视着你和你手中的GPS，你胸有成竹拿出GPS ，这样发现GPS提供信息 “距离目标点5公里，目标点不断闪烁”——此时说明无方向信息提供。这是GPS的一个常见问题，就是没有内置指南针（一些新型号已带内置指南针），不过不用急，你手上不是有指南针吗！手持GPS，将GPS地图上的正北与指南针指向正北对正（GPS正北设定可见本章2.2.3节），OK，找到北了，好了，你也转向正北方向，这时，GPS屏幕上当前点与目标点连线大约指向您的右手偏前一点。明白了吧，可以出发了。
如果没有指南针，GPS在移动状态下，也可以测出您的前进方向和速度，以此可以找到“北”，但是如果在峡谷地区，边上还有铁矿，可就麻烦了。曾经走秦岭一条穿越，峡谷GPS信号时断时续，且误差太大（后面将讨论GPS误差问题），指南针也总出现指向不断变化问题，还好太阳还在，能提供不算精确的方位信息（不过苦啊——峡谷地区，太阳下午四点就快没了，乘能看见快跑吧，当天颠颠撞撞冲出峡谷，获得强驴称赞，飘飘然ing…..）。

小晓

3.2 关于经纬度的计算

3.2.1 经纬度换算和定位
全队要出发了，你终于从某人手里要到了唯一一处风景优美的有水源扎营地经纬度坐标（当然你少不了陪上一顿饭，心疼银子啊！），不过可气的给的数据竟然是度的十进制小数。没法！遇人不淑，我们自己换算吧，如例3-1所示：
例3-1：需要把205.395583333332转换成“度分秒”形式。
步骤如下：
一、 直接读取"度"：205°
二、（205.395583333332-205）×60=23.734999999920 得到"分"：23'
三、（23.734999999920-23）×60=44.099999995200 得到"秒"：44.1"
因此最后换算结果为：205°23'44.1"
好了，现在你会换算了，那就快把这个点输入到GPS里吧。根据这个路标，可以设定“走向”(GOTO)到这个目标点，从而引导我们找到扎营地。
进山了，发现一处风景优美的世外桃园，自己GPS上没有标记这个位置，现在准备把这里的坐标纪录下来了吧。很简单，打开GPS，查找卫星，通过MARK按钮（定位或者小旗子）将这个点记录下来，GPS可能根据顺序编一个号码，比如17号点，这是GPS自动顺序生成的路标，按确认或自己编一个名字，该路标就存下来了。回到家后想在地图上或软件里查找这个路标，可是地图坐标格式可能是“hdk.lmno°”（度.度）格式或“hdk°lm.nopq’”（度，分.分）格式，因此我们还需要把度分秒转换成相应格式，如例3-2、3-3所示。
例3-2：把57°55'56.6" 转换成度.度格式。
57°55'56.6"=57+55÷60+56.6÷3600=57.9323888888888≈57.9324°
例3-2：把57°55'56.6" 转换成度.分.分格式。
57°55'56.6"=57°55'+(56.6÷60)’=57°55'+0.9433’=57°55.9433’
当然实际运算小数点后小数不用那么长，我现在手里有计算器呢！这一节我们学习了坐标数据不同格式之间的互相转换，这些转换公式虽然比较简单，但在今后的数据转换中是经常使用的，我们需要记住
3.2.2经纬度的实际长度
（1）纬度度分秒的实际长度
前面说了，在地图制图时，把地球想象成一个均匀的椭圆，地球极圈（连接南极到北极的圆周）长度为39940.67公里，这样从南极到北极距离为地球极圈的一半：19970.34公里，然后将这段距离均匀分成181个刻度，每一个刻度代表一个纬度，形成180个与赤道平行的同心圆，这样我们就可知道，在同一经度线上，纬度一度合110.95公里，一分合1.849公里，一秒合30.8米，不同纬度的间距是一样的。
（2）经度度分秒的实际长度
我们知道，所谓经度其实就是由西到东等间隔划出360条南极到北极之间的连线，由于不同纬度地区形成的与赤道平行的同心圆的圆周长度是不一样的（地球赤道圈圆周长度最长为40075.36公里，越往南北两极圆周长度越小），因此不同纬度地区的经度之间距离是不一样的。有如下计算公式：
经度一度的距离为：d= 40075.36×cosa÷360
其中a为当地纬度。
比如北京地区是在北纬40度带上，因此这里的经度一度距离为：
d= 40075.36×cosa÷360= 85.276公里
继续可得一分为85.276÷60=1.42公里，一秒=1.42÷60=0.02369公里=23.69米。
3.2.3 如何使用GPS或手工确定任意两点的距离
傍晚，终于到达当天的宿营地了。这时有队员问：“队长，从今天的出发点到明天的终点一共有多远啊？”出发点到终点，比如“宿营地1”到“水源地”， 这是个相对距离的问题啊，简单。打开GPS，不必等候寻找卫星（要等3分钟呢，多没面子啊），在航点表中找到“宿营地1”点，然后将光标移到下面的参照点（Refenrence）栏，输入“水源地”，OK！GPS马上 就算出来，“宿营地1”距离 “水源地”25.7KM。
当然如图知道地图上两点经纬度，怎么样通过手工计算的距离呢？下面我们介绍一下：
设北纬地区两点A（а1，β1），B（а2，β2），AB之间距离为
d = R· arccos((sinа1· sinа2)＋(cosа1· cosа2×cos(β1-β2)))
其中R为地球平均半径6371.004 km，а1、а2分别为A、B的纬度，β1、β2分别为A、B的经度，d的单位为km。

小晓

3.3 GPS使用小经验 ★
（1）一般电池可以连续使用20小时，在电池不充裕情况，可以在用的时候才打开，比如出发点、岔路口，不过需要注意GPS定位需要一定时间（定位时间长短和信号强弱以及GPS灵敏性有关），根据情况提前开机。一天走下来，开个7-10次就差不多。如果需要把路线信息完整记录下来，那就必须全程记录了。


（2）在每次定点的时候，最好作纪录，因为GPS点位号是用数字自动生成的，点多了，再好的脑子也记不住，当然也可以把定点直接起一个名字，最后有个特征性，这样容易回忆起来，比如水源1、水源-小屋2，岔路1、岔路2等。


（3）一定要和与指南针配合使用，要不，就是有GPS也找不到北。


（4）要在开阔地使用GPS，峡谷，密林里，就算有信号也经常存在多路径效应误差，如果找不到开阔地，可以静止放置一段时间，GPS可以通过加长观测时间取平均值来减弱该误差的影响。

    （5）对于锂电池的GPS可采用自带锂电池移动充电宝和普通一次电池的移动充电宝的解决方案。

小晓

3.4 GPS的选用 ★
经常有朋友询问GPS哪种比较好，我们先不说品牌，单就实用性来说可以考虑以下几点：

3.4.1地图
如果说硬件是GPS的躯壳，那么导航地图则是GPS的灵魂。因为无论是卫星定位还是路径导航，GPS的一切功能都必须建立在导航地图所提供的地理信息上，地图上的地理信息越准确，生成的导航路径就越精准，GPS的导航性能也就越优异。因此，在选购GPS时，一定要选择装载了高质量电子地图的产品。先在地图可以分为行政地图、交通地图以及自驾导航软件，当然还包括内置的谷歌地图和等高线地图完成户外徒步导航，甚至一些GPS开放了地图传输接口，高手们可以把自己完成线路设计和地图制作，并把最终方案融入机器中，享受一次全新导航过程。因此一款GPS的地图全面性和开放性是非常重要的因素。


3.4.2灵敏度
这点笔者必须着重提出，作为户外导航GPS，灵敏度是放在一个重要的位置，因为野外探险很多时候是行走在深山峡谷之中的，这里大树林立、高山遮挡，如果没有良好的灵敏度，GPS将在很长时间处于失效状态，这时你会恨不得把它给砸了，其后果当然也是不言而喻的。


3.4.3续航能力
许多朋友很少关注这一点，其实这项指标也是非常重要的，我们野外线路少则两三天，多则七八天，甚至十来天的。因此没有良好的续航能力和后续电量补充能力，将很难适应一些长时间的户外线路。笔者建议在购买时尽量选择使用普通一次性电池的GPS。


3.4.4恶劣环境适应性
进入野外，GPS将面临的是低温、酷暑、潮湿（甚至掉入水中）、震动等多项极限环境的考验，是否能完全胜任也是我们权衡一款GPS的重要标准。


3.4.5操作便利性领队带队时，需要的是单手持机完成导航功能，你做的是单手完成轨迹调用、路标存储以及地图查找、放大和缩小等功能，你不能动不动就让队伍停下，然后手忙脚乱的在GPS上找菜单，再一项一项进入调用，这在实际使用中会很耽误时间和分散精力，还用也会让你队员感觉你很不专业的。

小晓

4 GPS的误差问题讨论 ★★★
        GPS的信号漂移是常见问题，在GPS定位过程中，存在三部分误差。一部分是对每一个用户接收机所共有的，例如：卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等；第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差；第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。利用差分技术第一部分误差可完全消除，第二部分误差大部分可以消除，这和基准接收机至用户接收机的距离有关。第三部分误差则无法消除，只能靠提高GPS接收机本身的技术指标。


4.1 GPS的精度及SA政策


    谈到定位精度，就得说说SA和AS。
什么是SA，AS呢？ 这还得从美国佬军事策略说起。GPS的信号有两种C/A码，P码。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Z*F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。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(SelectiveAvailability)，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。理论上，GPS的定位精度可以到米级，美国出于安全考虑，人为限制民用GPS的定位经度，制定了SA政策（Selective Availability，美国防部为减小GPS精确度而实施的一种措施），当SA政策实施时，定位精度只有20-30米，但目前SA政策已经取消，民用GPS的定位精度已经可以达到10米左右。


    在民用信号中加入随机的时间抖动来降低其测量精度，是美国国防部为了防止其他国家将GPS用于军事目的的一个措施。但是上有政策，下有对策，随着差分GPS技术的逐步完善，这个措施已经变得十分搞笑。2000年5月1日，克林顿，，签署了一个Z*F命令，取消SA信号。从全世界很多GPS发烧友的测量误差分析结果看，SA确实被取消了，而且在未来很长时间内将不会被使用（除非又出几个9.11之类的大事）。现在，在4颗以上的卫星信号都很清楚的观测条件下，手持式12通道GPS接收机的定位标准差大约为：水平方向±8米，高程测量±10米。

小晓

4.2 关于GPS的链路误差
    大家平时使用GPS定位时发现位置漂移，可能更多归结为仪器质量，定位精度不准等方面。


    开始我也抱着这种观念以平常心对待这种误差，毕竟老美想给我们使点拌子，谁叫咱使用GPS呢。但是一些奇怪的现象让我对此发生了怀疑。由于平时穿越时，经常走峡谷和山坡交替路线，在平原和山顶时所接收到的数据与峡谷接收到的数据传到Googleearth比较发现，平原和山顶与地图上位置较为一致，峡谷定位数据常常发生较大的漂移，有时在同一个位置，几次开关机后发现其数据也在较大的变化。如图3-1所示当时从33号点直线下降，但获得的轨迹图却非常杂乱，红五角星为实际上的沟底，但标定34号点在Googleearth显示几乎到对面斜坡上了，因此这种漂移不能简单归结为仪器质量，定位精度不准。





       图3-1 GPS峡谷轨迹在Googleearth上的显示


    我们简单了解一下定位原理：
    卫星保持在正确的运行轨道。将正确的运行轨迹编成星历，注入卫星，且经由卫星发送给GPS接收机。正确接收每个卫星的星历，就可确知卫星的准确位置。
        GPS系统在每颗卫星上装置有十分精密的原子钟，并由监测站经常进行校准。卫星发送导航信息，同时也发送精确时间信息。GPS接收机接收此信息，使与自身的时钟同步，就可获得准确的时间。所以，GPS接收机除了能准确定位之外，还可产生精确的时间信息。
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和高程。


    从GPS使用原理可以知道，手持机本身并不发射信号，它仅仅接收卫星发射数据进行运算后解决定位问题。但是如果在峡谷中，常常面临的是搜星的数目量少，实际使用过程中，一般情况三颗星基本可以初步定位，如图3-2所示。由此可确定横向坐标、纵向坐标及高度。





      图3-2 GPS三星信号接收示意图


    但是在峡谷中，周围有高山阻挡，因此直接捕获的可能仅仅是头顶上的一颗星或两颗星。如果把GPS接收机方位调整一下，常常能接受到三颗星甚至四颗星，这时接收到的部分信号往往是卫星发射的反射信号。如图3-1所示，图中34号点应该在红星位置，却向右漂移了很多，同时从这张google earth地形图可以看到，周围存在着较多的反射面，从而产生如此误差。





        图3-3 GPS链路误差示意图


        我们简单说明一下，如图3-3所示，3号星被高山阻挡，红线为没有阻挡时的直射线，这时被高山所阻，GPS信号接收不到，此时3号星经过山体反射回来的信号出现在GPS接收机中。根据运算公式，接收机根据其得到1、2、3号星的距离测定自身的位置。我们设想如果没有3号星，运算结果：1、2号星反映的位置仅能定位在一条弧上，如图中桔线所示。而接收到3号星的反射信号在接收机中形成一个错误距离长度，图中蓝色折线的长度。若以这个长度为半径（绿线所示），3号星为圆心，我们可以画出一个球体，这个球体（黄线所示）与桔线相交就是接收机判断出的位置（红星位置），当然这个位置是存在误差的。
        另外在城市中，由于高楼为垂直拔高，较少存在反射面，因此这种漂移的可能性较少，但是如果信号微弱地区周围有斜面反射也可能出现这种漂移。


        解决方法：
        由于反射引起的误差为多路径效应，我了解了一下多路径效应原理，现在主要有如下消除误差方法。

1)为了防止水平面反射的卫星信号进入天线产生多路径效应，对于进行高精度定位的GPS接收天线应配置抑径板。

2)由于水面几乎100％的反射微波信号，这就要求在选点时应尽可能地远离大面积水域，当无法远离时，由于灌木丛、草地和其他地面植被应能较好地吸收微波信号的能量，反射很弱，因此在相同情况，可根据地表植被来判断选点位置，来减弱多路径效应影响。

3)经研究，人们发现多路径效应误差具有一定的周期性，在观测时可以通过加长观测时间取平均值来减弱该误差的影响。

4)由于多路径效应误差影响与天线高有关，所以也可在观测中改变天线高来减弱多路径效应的影响。

由于我们是手持机，属于低精度型，也没有相应的外置天线，因此1，4帮助可能不大，但2，3条据有较高的实用价值。

小晓

这节讲完GPS，户外导航的基础知识就学习得差不多了，本篇我们学习了方向的判定、等高线地图的基础知识以及GPS的基本应用技巧，对于相对成熟和资料丰富的线路这些知识基本可以运用了（几双鞋扔了过来，就这点内容罗里罗嗦一大堆，烦不烦啊！），不过别烦，这还刚刚开始呢，下面我们开始要进入未知领域的线路设计学习，将学习基于高程数据的地图制作，不同地图的叠加，不同格式地图、线路的转换，纸制地图与导航设备的相互配合和相互定位，以及基于等高线地图和谷歌地球的线路分析，充满挑战性和严密性的自主性线路设计就此展开。

小晓

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真的是天书呀，还得咬牙抱头看。