GPS设计全攻略.docx

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GPS设计全攻略

目录：

一、GPS基础知识

二、GPS应用基础

三、GPS接收机原理图

四、GPS模块

五、手机-GPS导航方案

六、PDA-GPS导航方案

七、笔记本电脑-GPS导航方案

八、GPS一体机-GPS导航方案

九、选择GPS方案所应考虑的几个方面

十、主流GPS方案供应商盘点

十一、GPS设计58问

一、GPS基础知识

1、什么是GPS系统？

GPS主系统是居心叵测的老美发射运行的卫星系统，包含了27颗能持续发送地理位置海拔高度和时间信号

的卫星，24个正常使用，3个备用，这些卫星平均分布运行在六个轨道上。

一般来说，在地面上的GPS接

收器能接收5～12个卫星信号，而为了获得地面上的定位坐标，GPS导航至少需要4个卫星信号，三个用

来确定GPS接收器的纬度、经度和海拔高度，第四个则提供同步校正时间。

全球定位系统由三部分构成：

太空卫星部份：

由24颗绕极使用卫星所组成，分成六个轨道，运行于约20200公里的高空，绕行地球一

周约12小时。

每个卫星均持续着发射载有卫星轨道数据及时间的无线电波，提供地球上的各种接收机来应

用。

地面管制部份：

这是为了追踪及控制上述卫星运转，所设置的地面管制站，主要工作为负责修正与维护每

个卫星能保持正常运转的各项参数数据，以确保每个卫星都能提供正确的讯息给使用者接收机来接收。

使用者接收机：

追踪所有的GPS卫星，并实时地计算出接收机所在位置的坐标、移动速度及时间，各种

蓝牙GPS即属于此部份。

我们通常所说的GPS,就是第3部分。

2、GPS导航需要收费吗？

PS信号是不需要收费的。

很多人问一个问题就是GPS月租多少，每分钟多少钱，可以包月吗？

你用收音机听广播吗，广播信号收费吗，不收。

实际上，GPS和广播信号一样，是免费使用的。

美国有的27颗卫星免费的发送信号到地面，你只需要有一个GPS卫星信号接收器，就可以免费的接收卫星

信号了，再配合装有导航软件的手机，掌上电脑等就可以实现定位导航功能了。

3、一套完整的GPS导航系统包含哪些设备？

A、GPS接收机,一般按接口分为如下几种：

◎无线蓝牙GPS，目前主流如HAICOM406等，诺基亚LD-3W,Navibe731等主要与具备蓝牙功能的掌上电

脑PDA、智能手机配合使用。

，

◎USB接口GPS，主要配合笔记本电脑使用。

◎CF卡接口GPS，主要配合老型号没蓝牙功能的PDA使用。

B、地图操作终端设备:

◎掌上电脑PDA，PPC系统是目前导航的主流，如多普达的818，828，HP的IPQ系列等。

◎S60智能手机:

主要是诺基亚S60系统智能手机如7610,N70,

◎Smartphone手机如MXP220、多普达565，585等。

◎笔记本电脑

C、导航软件地图软件、一般按操作系统分如下几种：

◎PPC掌上电脑系统，主要有灵图天行者5、凯立德2.0、城际通、MAPKING、OZI，此系统上目前软件最为

丰富、功能也最为强大。

◎S60系统智能手机，主要有路拓ROUTE66、凯立德等。

◎Smartphone智能手机，主要有凯立德。

◎PC系统，主要有灵图、城际通等。

D、GPS导航系统导航系统有哪些功能？

地图查询:

◎可以在操作终端上搜索你要去的目的地位置。

◎可以记录你常要去的地方的位置信息，并保留下来，也和可以和别人共享这些位置信息。

◎模糊的查询你附件或某个位置附近的如加油站，宾馆、取款机等信息，

◎笔记本电脑

路线规划:

◎GPS导航系统会根据你设定的起始点和目的地，自动规划一条线路。

◎规划线路可以设定是否要经过某些途径点。

◎规划线路可以设定是否避开高速等功能。

自动导航:

◎语音导航：

用语音提前向驾驶者提供路口转向，导航系统状况等行车信息，就象一个懂路的向导告诉你

如何驾车去目的地一样。

导航中最重要的一个功能，使你无需观看操作终端，通过语音提示就可以安全到

达目的地。

◎画面导航：

在操作终端上，会显示地图，以及车子现在的位置，行车速度，目的地的距离，规划的路线

提示，路口转向提示的行车信息。

◎重新规划线路：

当你没有按规划的线路行驶，或者走错路口时候，GPS导航系统会根据你现在的位置，

为你重新规划一条新的到达目的地的线路。

GPS导航模拟展示。

◎请点击观看GPS导航模拟演示PPC、PC系统

◎请点击观看GPS导航模拟演示S60手机系统

E、GPS导航系统有什么好处？

◎你不再为找不到路而烦恼。

◎你不再会为拜见见客户而找不到路而迟到。

◎你不再用开车时翻查地图了。

◎你不再用再担心自驾游时迷失方向。

◎你不用再担心在复杂的路口高架桥走错路口。

◎轻松享受全球领先的GPS导航技术带来的便利。

◎轻松享有只有高档车才有的高科技GPS导航技术。

◎拥有GPS导航，轻松驾驶，享受生活无穷乐趣。

二、GPS应用基础

GPSgloabalPositioningSystem,主要分三大块，地面控制站、卫星、接收机。

主控制站，在美国科罗拉多。

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。

卫星，有27颗，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，比我的手表准。

接收机，袖珍式、背负式、车载、船载、机载等等。

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。

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GARMIN45C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。

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（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。

俄罗斯有自己的卫星定位系统，全球导航卫星系统（GLObalNAvigationSatelliteSystem）。

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。

GPS的设置

GPS拿到手，如果是新机器要定位，已经提到了。

另外，还有一些设置，常用的有坐标系、地图基准、参

考方位、公制/英制、数据接口格式什么的。

坐标系：

常用的是LAT/LON和UTM。

LAT/LON就是经纬度表示，UTM在这里就不管他了。

地图基准：

一般用WGS84。

参考方位：

实际上有两个北，磁北和真北呀（简称CB和ZBY）。

指南针指的北就是磁北，北斗星指的北就

是真北。

两者在不同地区相差的角度不一样的，地图上的北是真北。

公制/英制：

自选。

数据接口格式：

这得细谈谈。

GPS可以输出实时定位数据让其他的设备使用，这就牵扯到了数据交换协议。

几乎现在所有的GPS接收机都遵循美国国家海洋电子协会（NationalMarineElectronicsAssociation）

所指定的标准规格，这一标准制订所有航海电子仪器间的通讯标准，其中包含传输资料的格式以及传输资

料的通讯协议。

NMEA协议有0180、0182和0183三种，0183可以认为是前两种的超集，现在正广泛的使用，

0183有几个版本，V1.5V2.1。

所以，如果大家的GPS接收机如果要联上笔记本里通用的GPS导航程序，

比如OZIEXPLORER和俺的GPSRECEIVER，就应该选择NEMAV2.0以上的协议。

NMEA规定的通讯速度是4800

b/S。

现在有些接收机也可以提供更高的速度，但没有什么用，4800就足够了。

象GARMIN，自己有一个mapsource软件，为了不让其他品牌的GPS使用该软件，就设计了私有的GARMIN

协议，只有GARMIN的机器才能输出这种数据，而MAPSOURCE只能接收GARMIN协议，这样一来MAPSOURCE

就只能让GARMIN的机器使用！

经纬度的表示

再讲讲数据表示。

一般从GPS得到的数据是经纬度。

经纬度有多种表示方法。

1.）ddd.ddddd，度.度的十进制小数部分（5位）

2.）ddd.mm.mmm，度.分.分的十进制小数部分（3位）

3.）ddd.mm.ss,度.分.秒

不是所有的GPS都有这几种显示，GPS315只能选择第二种和第三种在LAT/LON坐标系里，纬度是平均分配的，从南极到北极一共180个纬度。

地球直径12756KM，周长就是

12756*PI，一个纬度是12756×PI/360=111.133KM（不精确）。

经度就不是这样，只有在纬度为零的时候，就是在赤道上，一个经度之间的距离是111.319KM，经线随着

纬度的增加，距离越来越近，最后交汇于南北极。

大家想想，没错吧。

所以经度的单位距离和确定经度所

在的纬度是密切相关的，简单的公式是：

经度1°长度=111.413cosφ，在纬度φ处。

（公式不精确）

例：

北京的经度119度，纬度40度。

单位经度，单位纬度各是多少？

答：

单位纬度111.133KM单位经度111.413×COS40=85.347KM

三、GPS接收机原理图

五、手机-GPS导航方案

方案适用对象

有如下S60系统手机的DX:

◎诺基亚：

3230,6600,6670,6680,6681,6682,7610

◎诺基亚N系列：

N70,N71,N72,N73

◎三星：

D720,D728,D738,Z600

◎松下：

X700,X800

◎西门子：

SX1

◎联想：

P930

方案配置

一、硬件配置

1、蓝牙GPS（可选择Haicom406，诺基亚3W，Navibe731）

2、手机用车架

3、你的S60手机

4、1＋2两项费用约在6XX－9XX元之间

二、软件配置

1、PJ版路拓66费用0元

2、正版路拓66（ROUTE66）（目前最好手机导航软件）费用5XX

六、PDA-GPS导航方案

方案适用对象

有如下PDA或PDA手机的DX:

◎多普达：

696，696i,818，828＋，830，838，D900

◎惠普IPAQ：

rz1717,2490,2790,4150,4700,6515,

◎华硕AUSU：

A620BT,A716,A730

◎宏基ACER：

N20,N30,N50

◎戴尔DELL：

X50,X51

◎联想LENOVO：

ET960,ET980

方案配置

一、硬件配置

1、蓝牙GPS（可选择Haicom406，GOPASS801，Navibe731）

2、PDA用车架

3、你的PDA

4、1＋2两项费用约在6XX-9XX元

二、软件配置

1、PJ版城际通费用0

2、灵图5（目前最好的导航软件，使用感受一流）费用8XX元。

方案说明

1、PDA加蓝牙GPS导航方案是非常实用的GPS导航方案，可以使你的PDA配上蓝牙接收器，用很少的费用，

就升级为GPS导航器。

让你充分享受导航带来的便捷和乐趣。

2、PDA的强大的处理器，丰富的软件，便捷携带的特点，是目前移动导航的最佳选择。

补充说明

智能手机加蓝牙GPS导航方案用，最小的投资享受最大导航乐趣。

路拓66手机导航软件是使用四维图新的地图，丰田一汽，合众思壮，以及广本，尼桑高档汽车上用的都是

四维新图地图导航的，那些系统可要上万元啊，绝对超值享受！

七、笔记本电脑-GPS导航方案

方案适用对象

有或没有蓝牙功能的笔记本电脑。

方案配置

一、硬件配置

没有蓝牙功能的笔记本：

1、USB口蓝牙适配器（Navibe720/725）

2、蓝牙GPS（可选择Haicom406，诺基亚3W，Navibe731）

3、1+2项的费用约在7XX-9XX元之间

4、如果选择USB接口的GPS如Navibe725等（费用约5XX元）

有蓝牙功能的笔记本：

1、蓝牙GPS（可选择Haicom406，诺基亚3W，Navibe731）

2、费用约在6XX-9XX之间

二、软件配置

下载城际通、灵图3.05费用0元

方案说明

笔记本电脑导航,因笔记本屏幕较大可以获得较好的查询结果，对暂时没有掌上电脑和智能手机的DX来说，

可以先体验一下GPS的乐趣，强烈建议用蓝牙GPS方案，以便将来购买了掌上电脑和智能手机，可以继续

使用蓝牙GPS，节约投资。

八、GPS一体机-GPS导航方案

方案适用对象

希望单纯导航功能，不需要搭配使用GPS的人

方案配置

一、硬件配置

市面上有城际通N500,神达P350,华硕A632N,新科GPS等

二、软件配置

一般内置软件。

方案说明

GPS导航一体机，GPS内置机内，软件都配置好，功能比较单一稳定，适合对导航要求高的人。

当然价格也

高一些。

九、选择GPS方案所应考虑的几个方面

1、GPS芯片

导航的准确性，最关键的是接受卫星信号的精度和算法。

而卫星接收性能，主要由GPS的芯片决定。

GPS

的芯片相当于电脑的CPU。

现在主流的是Sirf（瑟浮）三代芯片。

具有20个卫星通道（sirf二代有12个通

道）。

其他的还有sony的芯片和瑞士的RFMD芯片。

这些芯片在实际使用中的效果，和sirf的有明显的差

距。

2、GPS电源

人们在使用GPS的时候，一般都是在车上或者户外，而且有的时候，导航时间会比较长（比如长途旅行）。

因此，在选择GPS的时候，要注意GPS的电源或者电池的能力。

对于车载，一般的蓝牙GPS和一体机都有车载充电器。

在徒步旅行时，各个产品的电池设计思路不同：

有的采用和诺基亚电池通用的电池，让诺基亚手机用户有

很多电池备用。

有的采用大容量电池。

有的干脆配备可以外接的干电池盒。

这些都可以解决电源问题，关键看哪一种更适合自己。

3、GPS天线

GPS天线可以增强接受能力，同时扩展接受范围。

比如屋子里面收不到信号，通过天线，可以引导屋外。

sirf三代芯片的GPS，在绝大部分使用情况下，都不用GPS天线。

在贴金属膜的车内，一般也不需要。

但

是在特殊的情况下，比如天气情况不好、高层建筑物遮挡等情况下，可以购买天线最为备用。

信号好的时

候，安装天线也可以提高信号强度。

4、GPS产品特点

可以说，每一款GPS产品，在设计的时候，都会有它的侧重点。

一个产品不可能十全十美。

比如有的机器侧重性价比，有的侧重小巧时尚美观，有的侧重功能多样性，有的使用大容量电池。

因此，在选择的时候，也要根据自己的实际需要、喜欢类型和准备投入的多少来选择。

5、信誉

应选择一些市场美誉度和知名度较高的产品。

这样的产品质量可靠、稳定，监控准确且实时到位，可以确

保车辆安全和管理方便。

如市场上常见的四方通信车载GPS、华强等。

十、主流GPS方案供应商盘点

GPS系统最初定位于军事、航空、航海等专业领域，但近年来随着技术的发展，体积、功耗和成本都得到

极大改善，同时也受到消费者需求和政府法规的推动，GPS系统在民用市场开始显山露水，已在汽车导航

系统和手持设备中得到了广泛的应用。

一台GPS设备关键的元件有天线、低噪音放大器（LNA）、射频接收转换（RFSection）、数字部分（也称数字

基带，DigitalBaseband）、微处理器（Microprocessor）、微处理器周边外设（ProcessorPeripherals）、

输入输出和驱动（I/OandDriver）等几个部分。

芯片提供商也强手如云，包括SiRF、u-blox、Ti、Analog

Devices、NXP、高通、英飞凌、索尼、意法半导体、Trimble（天宝）、Atmel、SiGe、u-Nav等等。

下面将

对其中一些代表厂商的产品绝活一一盘点，让大家对主流GPS芯片供应商有一个大致的了解。

SiRF公司

SiRF是GPS芯片的龙头供应商，产品线完整，能够提供完整的解决方案。

该公司成立于1995年，2001年

的销售额为1500万美元，2005年增长到16520万美元，2006年上半年则比2005年同期增长69%，预计2006

年销售额达到2.8亿美元，5年间销售额增长近20倍。

代表产品：

基于SiRFstarIII架构的芯片GSC3e/LP与GSC3f/LP、GSC3LT与GSC3LTf、GSC3LTiandGSC3Ltif，

基于SiRFInstant架构的GSCi-5000。

基于SiRFstarIII架构的新芯片组配备20万个相关器等，具有-159dBm顶尖的接收灵敏度和低功耗，为

便携式和无线产品制造商提供了低功耗的GPS解决方案。

针对不同的应用，SiRFstarIII产品在尺寸、功

耗、性能上做了不同的优化，带有"f"标号的产品集成了闪存。

这些新产品是SiRF在2004年2月推出的"GSC3f"与"GSC3"的低功耗升级产品。

Nemerix

NemeriX提供的产品包括模拟射频接收器和数字基带处理器。

超低噪音GPS接收器NJ1006A采用双超外差架构，具备低噪音和功耗：

放大器噪音为1.6dB，功耗为10mW

@1Fix/s，采用5x5mm28针QFN封装。

其基带处理器产品包括NJ1030A和NJ2020。

NJ1030A采用128针10x10毫米BGA或者128针7x7毫米

uBGA封装，采用V8Sparc32位RISC内核，具有高速片上存储器、支持64Mb外部存储器，功耗仅为15mW

@1Fix/s，多接口便于与用户硬件集成。

近期推出的NJ2020是针对基于主机的应用（比如PDA或手机）开发的。

NJ2020室内灵敏度达-158dBm，采

用6×6BGA封装，功耗仅为40mW。

NJ2020处理器利用PDA或移动电话上主板的存储器和处理器资源。

这

种结构可实现快速集成，并因为利用现成主板资源而降低了系统价格。

其高集成度的NJ1836成功地将NJ1006A和NJ1030A集成于一个设备中。

NJ1836A具有一系列支持PDA和

便携式媒体播放器的特性。

它专为小型电池驱动GPS接收器或无绳蓝牙GPS接收器而设计，能够支持GPS

和手机频率分配计划。

其他特性包括支持有源或无源天线；支持WAAS和EGNOS；单一6x9mm微型球栅阵列

（uBGA）封装；GPIO/UART/SPI和模拟接口以及支持SRAM和闪存的可扩展存储架构。

NemerixNJ1006配合NJ1030的方案可使灵敏度达到-152dBm。

TI

TI的辅助GPS（A-GPS）解决方案在异步和同步蜂窝式网络内提供快速而精确的定位服务。

这些解决方案

在优化之后，适用于所有当前和发展中的无线标准（如GSM、GPRS、EDGE、CDMA、UMTS和WCDMA）。

TI在2005年推出的90nm工艺技术的单芯片A-GPS解决方案，GPS5300NaviLink4.0单芯片采用TIDRP

技术，可实现离散的GPS解决方案，不仅具有最小系统占用面积（50mm2）、最低总体系统成本等特性，而

且还拥有低功耗、高性能等A-GPS功能特性。

为加速开发具备A-GPS功能的手持终端，优化的GPS5300单

芯片还可与TI3G技术和OMAP处理器相连接，以便为移动终端制造厂商提供完整的解决方案。

作为TINaviLinkA-GPS系列解决方案的首款产品，GPS5300能够为移动终端提供强大的定位功能，具体

包括以下特性：

·业界最小型的离散A-GPS解决方案，整个系统的电路板面积不足50平方厘米；

·业界成本最低的完整A-GPS系统，总体材料清单比现有GPS解决方案缩减一半以上；

·具有片上集成电源管理功能的低功耗解决方案，可直接连接至电池，且能轻松集成到手机设计中；

·高性能A-GPS解决方案，可在卫星信号较弱的情况下（符合3GPP与3GPP2运行标准，并超出A-GPS性能

要求），实现TTFF（首次定位时间），使用户能够快速了解当前的确切位置。

为加速基于NaviLink解决方案的A-GPS移动电话的上市进程，TI还与移动电话模块制造商之一Murata协

作，共同为移动终端OEM厂商提供可选模块。

Atmel

Atmel的低功耗GPS模块芯片组高度集成并能极大节省制版空间。

GPS芯片组包括全面集成的RF接收器

芯片ATR0600，16通道基带芯片ATR0620和SiGe制作的LNAATR0610。

它为在蜂窝手机、PDA、手表

和个人定位器里及传统导航系统的GPS实现做了专门优化。

仅需少量外围元件，极低功耗（<100兆瓦@1

fix/sec）。

作为选择性扩充，除了前文提到的与u-bloxAG合作推出的单芯片ATR0635外，Atmel还与Magellan推出

新的GPS芯片组ATR0663。

该芯片组整合了全球最新的GPS相关技术和一个以ARM926EJ-S（TM）为基础的

微处理器。

ATR06