嵌入式GPS导航系统设计

（罗清岳／DIGITIMES）
2007-9-10
前言：随着科技化的角度持续加快，迫使有越来越多的人必须在紧凑的时间及地点进行工作，而当城市化的速度不断地膨胀后，不仅导致交通网络日益复杂，人们必要的移动性也有越来越频繁的趋势，使得每个人对空间信息有了更多的依赖，使得人们对于「我身处在何方？」、「前往的目的地？」、「如何前往？」等问题，存在着前所未有的需求性。因此，以嵌入式系统为主要平台的数字地理整合性应用与其因应方案，也就是手持式、车载GPS全球卫星导航系统，便可解决对此人们急迫的需求性。

△图说：附加功能仍持续呈现高度扩张，过去车用导航系统中不需要AM/FM收音机、DVD/VCD影音系统、CD/MP3播放器，又或者兼具语音导航的音效系统、拥有存放地图的内存等诸多功能性。（工研院／经资中心）
嵌入式GPS导航系统　体现最佳化导航系统
今日GPS卫星导航定位的应用已愈来愈普及，但大多数人对它的认识仍限定在行车导航的用途之上，不过针对广泛的应用市场，车载式GPS的应用只是开端而已，其实它在国防、地理信息和建筑工程等领域已是不可或缺的重要技术，而下一步，GPS将走入每个人的生活，成为人手一支的GPS手机或手持导航设备（PND）。
这可以由嵌入式GPS导航系统的核心技术来看，以三星ARM9系列中的16/32位RISC处理器S3C2410A芯片为例，该芯片强大的实时处理能力和丰富的外围接口非常适合嵌入式系统的开发，而该系统就是基于该芯片的这些特点而设计的。该系统以S3C2410A微处理器为核心，与2片32M的SDRAM（HY57V561620CT）和64M的NAND Flash（K9F1208U0B）整合为最小的一套系统；另外，就是在系统外部加装可用于收GPS信号的GPS模块，用于显示的液晶面板，以及UDA1341TS的语音芯片系统。
建立系统平台完善架构　兼容性是主要目标
主要来说，其系统平台架构的建立，可细分为2个主要部分，也就是主控的计算机主机的操作系统的选择和交叉编辑设备与工具链的建立。在计算机的主机上，其操作系统可以有多种选择，包括：安装Linux发行版、在Windows下使用虚拟机或者使用Cygwin。由于现今Microsoft Windows统领着全球超过半数的计算机系统，而许多开发者开始使用虚拟机等手段来实现在Windows平台下进行嵌入式Linux的开发，但这些方法都会或多或少地带来些兼容性问题。开发嵌入式Linux最好的选择便是在计算机主机上安装Linux发行版，因为这样与Windows毫无关联，可占有系统全部资源，拥有系统最高性能和最佳的兼容性。
其次，就是在建立交叉式编辑设备的工具链方面，必须注意一点就是在计算机运行系统的选择。现在可供选择的运行系统有glibc、uClibc以及newlib等。glibc是由GNU项目提供的标准系统，因为主要是针对计算机而应用设计，主体架构较为巨大，不过却能供应最佳的兼容性。如果一般的嵌入式开发可选用uClibc，而uClibc原本就是uCLinux开发过程中的一个C语言库，现已经独立于uCLinux项目并且进一步完善。它对glibc的大部分函数进行了重写，并且目标就定位于嵌入式，所以其相对glibc而言要小巧很多。此外由于它的函数与glibc保持一致，这样很多原本基于glibc开发的软件基本不需要更改，便能使uClibc在编辑的过程中获得最佳化，使得在嵌入式系统上占用的内存和磁盘空间更少，不过由于不是标准的运行系统，因此uClibc拥有着一定的兼容性问题。

△图说：使用在不同设备上的GPS导航设备，比方说，手持式导航设备或者是汽车上所嵌入式的GPS导航架构，这都是要选择适当的硬件架构之前，必须要先行确认的使用范畴及定位方向。（www.u-blox.com）
GPS导航应用软件　关乎导航系统优劣
基本上，软件功能也是决定导航系统好坏的重要关键之一；首先是操作系统的选择，由于是车载嵌入式系统，车厂对内装设备的可靠性要求远高于消费性或家用等设备系统，而作为导航系统的计算机主要机体的操作系统，以及分别使用buildroot和crosstool建立两条采用不同的运行系统的交叉编辑设备工具链。由于系统开发需要使用U-Boot的TFTP功能下载Linux内核，以及Linux的NFS网络文件系统，所以首先需要对Fedora Core 5设置TFTP，以及NFS，而后需要设置一个接口通信软件与开发平台上进行互动之用，因此，在选择上可采用Kermit通讯协议，进行数据的传输。使用2不同运行系统的交叉编辑器工具链的主要原因在于，导航应用程序使用uClibc有兼容性问题，所以不得不采用glibc，而为了减少占用资源，而U-Boot、Linux内核和Busybox仍然采用的是uClibc。
在系统平台建立之后，Linux操作系统提供了底层的操作，包括：文件系统的管理、内存分配以及基本闪存的烧录读取，但并没有提供最佳的的显示接口，而再同一时间为了体现出地理数据的显示与导航功能，就需要在操作系统上放入图形用户接口支持系统和地理信息开发平台。
整个软件系统依靠响应不同窗口或者控制组件所发出的讯息，进行一部体现出各式各样的导航系统功能，再透主窗口建立后注册mGIS控件，可以较为方便的实现一些常用的地图操作。主窗口建立后，将会创建许多用于子窗口，包括：用于显示地图经纬度信息、时间。最后，在速度的静态功能上，则可用于实现快速便捷操作的工具栏，用于实现GPS功能关闭和地图数据加载的菜单栏。

△图说：手持式GPS系统电路结构图。GPS的应用范围十分广泛，也必然有其市场的卖点，但要将GPS做到手机当中，仍有不少瓶颈需要突破。手机的GPS应用与车载导航差异甚大，前者要求在行走的环境中能获得精准的定位信息，而手机用户又经常会处于收讯不良的室内或巷弄当中。（www.Edom.com）
「Find My Way」是GPS卫星导航的终极目标
Find My Way嵌入式移动地图导航系统经过最初设计、实现及应用检验，已经具备基本的功能，可初步满足个人移动导航信息系统的需求。能完成数字地图的加载、缩放、拖动、搜索、简易导航、测距、GPS功能开闭等功能。同时必须要针对较为可行的向量地图的制作方法，能依据使用的场合不同，较快速的完成地图数据源的制作及相关信息的添加，有一定的扩展能力。
当然由于时间和能力的有限，这款产品也有其一定的不足，值得进一步的深入研究，例如：在打开GPS接收模块之后，系统的响应速度将有显着的下降，虽然已经对Linux核心和编辑器经过适当的优化过程，但情况并没有显着的改善。问题可能在硬件平台的处理速度和可调用的资源有限，也有可能在软件接收上的程序结构不合理，嵌套过多。GPS接收信号有时会发生信号接收的不稳定，出现信号的偏移，超过标称的误差值。问题可能在开发平台的设计电路中对于数据信号线的排版上，没有使信号线等距，也没有设置合理的信号隔离和保护带，导致最终出现了不应有的误差。但从软件上着手，如何纠正这样的误差也是值得研究的一个方向，不过，在本文中只说明了固定点导航，并不能完成从任意点至任意点的导航，导航功能可以从软件方面继续深入的研究，包括对地图格式的选择等，这些都是未来必须要面对到的问题与挑战。
GPS名词解释
--------------------------------------------------------------------------------
A
Ambiguity不明确值
经由对卫星的连续观测量中，以计算载波相位的未知周期值，其一定为整数。
Ambiguity Function method 不明确值函数法
一种决定不明确值的方法，它使一对接收仪间基线向量解答中的变方因子（Variance factor）为最小。
Argument of latitude 纬度自变量
真近点离角与近地点自变量之和。
--------------------------------------------------------------------------------
B
Bandwidth波段宽
讯号频谱的宽度，以赫兹（Heartz ，频率单位，周／秒）表示。
Baseline基线
由同时接GPS资料之两测站所组成之一基线。
Beat frequency成拍频率
当两不同频率讯号混合时，会产生另两种不同频率，分别为原两频率的和与差。
例如在一式中： cosAcosB=cos(A+B)+cos(A-B)／2，原讯号为 A与B，生成成拍讯号为 A+B与 A-B。
Binary Pulse code moduIation二元脉冲电码调制
利用一列二元电码的脉冲调制。此电码常被加上明确意义的
O和1来示电波相位或方向的改变。
Binary biphase modulotion二元双相位调制
0 度或 180 度固定频率载波的相位改变。其模式为y=Acos(wt+P)，其振幅函数A为一系列 +I与 -I的值(分别表示在 O度与180度之相位改变)。
--------------------------------------------------------------------------------
C
Carrier载波
一种无线电波，其可由已知参考值调制而改变。
Carrier frequency 频率载波
辍线电波发射器中，一种未经调制基本输出波之频率。
Carrier beat phase 载波成拍相位
一种讯号的相位，即接收的都 卜勒卫星载波讯号与接收仪中产生的固定参考频率之成拍频率差相位。
Celescial equator 天球赤道
地球旋转体的地理赤道在天球上投影的大圆，其极为南、北天极。
Chip时间隙
在二元脉冲电码中 0或1的时间段。
C／A Code： C／A电码
粗略／获得(或清晰／接近）之 GPS电码----在时间比率为 2 02 3MHz的 GPS载波上依序产生 I 023次虚拟随机之二元双相位调制。
Code电码
一种用来传讯的系统，其为任意选择之一列具有特定意义的 0与1。
Conventional International Origin（CIO） 传统国际原点
1990年至 I 905年间地球旋转轴的平均位置。
Correlation-type channel关系型频道
一种 GPS接收器频道，利用延迟锁定循环，以保持在接收仪内复制的 GPS电码与接收码间的一致。
--------------------------------------------------------------------------------
D
Data Consistency资料一致性
意指控制资料输入，以确保接收资料的正确性。
Data Consistency资料完整 为任何数据管理系统的基本要求，其三个主部份是：资料一致性、资料安全与数据保护。
Data management数据管理
包含贮存、除去、修改、保护及恢复资料，在观念上、技术上与结构上所有需要的工作。
Data protection数据保护
意指保护资料免于误用。
Data Security资料安全
意指保护资料免于损坏和遗失。
Deflection of the vertical垂线偏差
椭球体之法线与对应于地球表面同一点之垂线问夹角，其常化为两个分量：一在子午圈方向上，另一在卯酉圈方向上。
Delay lock延迟锁定
其是由卫星时表所产生的接收码与由接收仪时表产生的内部码进行比较，并由后者时间之移位直到两码相合。延迟锁定迥圈能以数种方式完成。
DeIta pseudorange虚拟距离差
见重建载波相位（Reconstructed carrier phase）。
Differenced measurement 差分量测
GPS量测能由所使用之接收仪、接收之卫星和时间等方式求得其间之差异。虽然有多种组合，目前 GPS相位测量惯于下述程序进行：先通过接收仪，次通过卫星，再通过时间
1﹒Single difference measurement ：单差量测 由两接收仪同时观测一颗卫星，而测得所接收讯号间实时相位差。
2﹒ Double difference measurement：双 差 量测 由一卫星之单差与对应于所选参考卫星之单差相减而获得。
3﹒ Triple difference measurement：三差量测 在一段时间内之双差与先前等时间段之双差问之差异。
Differential positioning 差分定位 同时追踪相同 GPS讯号之两个（或以上）接收仪间相对坐标位置之决定。
Dynamic differential GPS动态差分 GPS
是藉一个或多个控制站（或参考站）传送讯号改正值，以提供使用者进行实时改正之技术。 Dilution of precision（DOP）精度的强弱度
由于观测成果的好坏与被测量的人造卫星和接收仪间的几何形状有关且影响基巨。用来计算上述所引起的误差量称为精度的强弱度。
DOP值是依固定位置的参数而定，可分为下列六种：
GDOP三维坐标与时间（即几何形状）之精度强弱度。为纬度、经度、高程和时间等误差平方和的开根号值，所以
GDOP2=PDOP 2+TDOP 2
PDOP位置之精度强弱度：为纬度、经度和高程等 误差平方和的开根号值。
PDOP 2=HDOP 2+VDOP 2
HDOP水平（即二维）坐标之精度强弱度：为纬度和经度等误差平方和的开根号值。
VDOP垂直（即高程）坐标之精度强弱度：为高程的误差值。
TDOP时间之精度强弱度：为接收仪内时表偏移误差值。
HTDOP水平坐标与时间之精度强弱度：为纬度、经度和时间等误差平方和的开根号值，所以
HTDOP 2 =HDOP 2+TDOP 2
Dopple shift都 卜勒位移
发射器与接收仪问因距离改变之频率改变量，见重建载波相位（Reconstructed carrier phase）。
Dynamic positioning
应用一已知坐标之测点为控制点或参考点，实时算出每一时间之位置改正数，并对运动状态中之接收仪进行改正，以决定出高精度之坐标。
--------------------------------------------------------------------------------
E
Eccentricity离心率
e2=(1-b2/a2)，其中 a是椭球体长半径， b是短半径。
亦就是从椭球体中心至其焦点之距离与长半径比率。
Ellpsoid椭球体
除特别规定外，在大地测量学中或卫星测量学中，椭球体是以椭圆短轴旋转形成之数学形状。
在理想状况下其与球体可互换使用。由下述两个量可定义出一个椭球体：长半径 a与扁平率 f=（a-b）/a，其中 b为半径。
Ephemeris天体位置推算历
以时间函数表示之天体位置表。
--------------------------------------------------------------------------------
F
Fast switching channeI快速转换频道
一种转换频道，能以极快的速度经由软件预测恢复载波成拍相位的整数部份。
Frequency band频率波段
在电磁频谱特定区域中之一段频率范围。
Frequency sepctrum 频谱
在讯号中以组成波频率函数的振幅分布。
FundamentaI frequency F基本频率 F
F=10.23MHz，而载波频率 L1与 L2是此基本频率的 倍数：
L1=154F=1575.42MHz，
L2=120F=1227.60MHz。
--------------------------------------------------------------------------------
G
Geodetic datum大地基准面
设计用为最密合部份或全部大地水准面之数学模式。它由椭球体本身及椭球体和地表上一点视为原点间之关系来定义。此关系能以 6个量来定义，通常（但非必然）是大地纬度、大地经度、原点高度、原点高度、原点垂线偏差之两分量及原点至某点的大地方位角。
Geoid大地水准面
与平均海水面相合之特殊等位面。此面可被想象成延伸至陆地且在任何地方皆与重力线方向垂直。
Group delay群延迟
群延迟，视电离层的分散性且会影响讯号调制（电码）。相位延迟及群延迟大小相同，但符号相反。
--------------------------------------------------------------------------------
H
Handover word传递字
在 GPS讯息中包含了从 C／A电码传到 P电码时间同步资料的字。
--------------------------------------------------------------------------------
I
Inclination倾角
天体的轨道面和地球赤道面问所夹的角度。
Ionospheric deIay 电离层延迟
波经过电离层（为不均匀且有散布性的介质）时，传播会受到延迟。
--------------------------------------------------------------------------------
L
Lane 带
由载波成拍成相位讯号或两讯号差之零相位邻接线（或表面）围成之面积（或体积）。在地表上零相位线是完全实时相位测量真正整数观测值所有点之所在，在三向度中,其所在则形成表面。
L-band L波段
从 390MHz延伸到 I 550MHz之无线电波频率波段。
--------------------------------------------------------------------------------
M
Mean anomaly平近点离角
M=n(t-T)， n为平均运动， t为时间， T为过近地点之瞬时。
Mean motion平均运动
n=2/p， p为旋转之周期。
Multipth error多路径误差
由发射器到接收仪，经由不同长度两路径的无线电波间互相干扰形成定位误差
Multichannel receiver多频道接收（仪具多频道之接收仪）。
Multiplepxing channel复合频道
一接收仪的频道是依一些与卫星讯息（每秒 50 bit s或 bit 20毫秒）bit比率同步比率的卫星讯号排列。因此一完整系列以 20毫秒之倍数完成。
--------------------------------------------------------------------------------
O
Observing session观测时段
同时由二个或更多接收仪接收 GPS资料的时段。
Outage超状态
在 GPS时间及空间上之精度释度值发生了超过特定的最大值。 　 --------------------------------------------------------------------------------
P
Phase delay 相位延迟
其视电离层之电子含量且会影响载波讯号。
Perigee近地点
在地心轨道上当距离地心为最短时之点。
Phase lock 相位锁定
一种由参考讯号真正相位制成之发频器讯号相位的技术。借着先比较二种讯号之相位，再以比较结果之相位差讯号去修正参考发频器率并消除其相位差。
Phase observable相位观测
见重建载波相位（Reconstructed carrier phase）。
P- code P电码
精确（或受保护的）GPS电码----10. 23 MHz GP S载波上虚拟随机之双相位调制的一甚长系列（约10的14次方bits）,其大约 267天重复一次。每一 GPS卫星 P电码的每周部份是特定唯一的，且每周重新设定。
Polar motion极动
对应于地球固体之地球瞬时旋转轴的运动。不规则以约1 5公尺的振幅作圆运动，其主要周期为 430天。
Precise positioning service (PPS)精确定位服务
利用双频道 P电码， GPS所能提供动态定位精度之最高等级。
Pseudolite虚拟站
地面差分 GPS测站，能发射与真正卫星类似结构的讯号。
Pseudorandom noise (PRN) code虚拟随机杂电码
二进制系列群中的任何一组，其呈现似噪声的性质。重要的是此系列具有最小值之自动关联，零延迟（Zero Lag）除外。
Pseudorange 虚拟距离
时间位移需在接收仪中产生 GPS电码的复制，然后与接收仪之 GPS电码排列（相关）。时间位移是讯号，在接收仪时系中测得之接收时间与在卫星时系中测得之发射时间，两者间之差。
Pseudorange difference 虚拟距离差
（参考重建载波相位 Reconstructed carrier Phase）。
--------------------------------------------------------------------------------
R
Receiver channel 接收仪频道
在 GPS接收仪中，电波频率、数值硬件与软件需从一 GPS卫星上追踪两 GPS载波频率之一的讯号。
Reconstructed carrier phase重建载波相位
输入的（经都 卜勒位移的）GPS载波相位与接收仪产生的（名为固定的）参考频率相位，两者之的差。
对动态定位而言，重建载波相位取样于接收讯息电码之时系，而在重建载波相位中连贯的电码时系间之差为,这些电码时系在卫星到接收仪间距离改变的量测，常称为虚拟距离差（Pseudorange
difference 或 Delta pseudorange）。对静态定位而言，重建载波相位取样于接收仪时表中决定之时系。
重建载波相位是依连续整合输入讯号的都 卜勒位移而改变，其整合是基于卫星与接收仪参考发频器间频率偏移而整合。一旦原始距离（或相位不明确值）决定了，重建载波相位能与卫星至接收仪间距离相关。在 GPS载波（L1为19公分）一波长之距离变化会造成在重建载波相位中一循环的改变。
Relative positioning 相对定位
见差分定位(Differential positioning)
--------------------------------------------------------------------------------
S
S-code S电码
参考 C/A电码（C／A Code）。
Static differential GPS静态差分 GPS
由两个（含）以上接收仪，进行较长时间（通常为半小时以上）之测量，其包含了一组接收仪问基线向量之决定。
Satellite constellation卫星分布
一个系统（如GPS系统）的整组卫星在太空中的安排。
Satellite configuration卫星配置
对某一特定或一组使用者，在某一时刻卫星分布的状态。
Siderial day 恒星日
春分点连续两次过上中天的时间段。
Simultaneous measurement同时观测
在时系完全相等的基础上做的观测，或时系非常接近以至时间误差差可藉观测方程式中之改正项调整，而不须借着参数估算：
Slow switching channel慢速转换频道
一转换频道其继起之期间太长，以致不允许载波合成成拍相位整数部份的恢复。
Solar day太阳日
太阳连续两次过上中天的时间段。
Spheroid旋转球体
参考旋转椭球体（Ellipsoid）。
Spread specctrum systems散开光谱系统
一种传送讯号分散在一频率波段的系统。其波段比传送资料需之最小波段宽更宽。
Squaring-type channel 乘方型频道
一种 GPS接收仪频道是将接收讯号本身相乘，以获得无电码调制之载波的第二次调和。
Standard positioning servise (SPS)标准定位服务
用单频 C／A电码， GPS所能提供之动态定位精度水准。
Static positioning静态定位
不考虑轨道之有无，决定点位置的定位应用。
Switching channel 转换频道
藉由一些将讯息资料速率较慢或相等的卫星讯号，依序排列之一种接收仪频道。
--------------------------------------------------------------------------------
T
Translocation 转位 参考差分定位（DifferentiaI positioning）。
True anomaly真近点离角
在轨道面上，从地心量起，由近地点到卫星瞬时位置之角距离。
--------------------------------------------------------------------------------
U
Use equivalent range error (UERE)使用者等距离差
假设误差来源与其它误差来源不相关,从个别误差来源转换成距离单位之距离量测误差。
Universal time世界时（格林威治子午圈之地方太阳时）
UT世界时之缩写。
UTO直接由星体观测和世界时、恒星革之间固定的数值关系导出之世界时。
UT1 UT0经过极动改正。
UT2 UT1经过在地球转速上季节性变化之改正。
UTC世界时坐标，统一的原子时间系统藉补偿与 UT2保持非常接近。
--------------------------------------------------------------------------------
V
Vernal equinox春分点
即天球赤道与黄道的交点。由此点起太阳赤纬开始增加。
Vertical垂线
任意一点与大地水准面垂直的线，其为重力线的方向。
--------------------------------------------------------------------------------
Z
Z-count word 2 Z-计数字
在 GPS传送讯号中，下一个资料子结构〔 Data Subframe）前缘之 GPS卫星时表时间，通常以 6秒之整数表之。
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
GPS官方资料
90年开始，随着GPS从海湾战争逐渐走向民用市场，它在众多领域表现出的巨大优势与适应性吸引了大批公司纷纷涌入这一市场，大量技术人员争相研究这一课题。通信技术与计算机技术对卫星导航技术应用推波助澜，以GPS为核心的卫星导航定位技术应用在中国经过15年左右的历程，正向更高层次、更广阔领域发展。
应用领域极其广泛
中国卫星导航定位技术的应用，始于GPS卫星系统。虽然中国同欧洲一样在努力营建自己的卫星导航系统，2000年中国已成功发射北斗一号双星系统，成为世界上第三个拥有卫星导航系统的国家，欧洲也正在实施Galileo计划，但目前在中国，绝大多数应用仍然以GPS为核心，应用相关市场至少95%以上，这种情况在短期内不会改变。
目前，中国卫星导航技术应用领域十分广阔，已渗透到许多崭新的行业。通信行业用GPS做时间同步测控；电力、有线电视、城市地下管道采用GPS布设线路；交通、运输部门用GPS等相关集成技术营建ITS系统和监控系统；公安、银行、医疗、消防等用GPS营建紧急救援或报警系统；汽车、船舶用GPS导航；GIS数据提供商用GPS采集地理信息相关数据，并提供位置信息相关服务（LBS）；广播电视行业用GPS与罗盘制造卫星电视定向接收天线；电子商务领域，GPS甚至应用于CRM客户管理和物流配送体系中；而电脑制造商、通讯设备商正在推动通讯、电脑、GPS一体化的各类移动信息终端应用。现实的应用已经使卫星导航技术从专业化领域走向了大众化应用的广阔前景，这也使得卫星导航技术逐渐成为通信、互联网之后的第三个IT新增长点。
据有关部门统计，GPS接收机相关产品的拥有量8万台左右，航海型约有5万台左右，应用数量最多；车载型以每年200%的速度递增，发展最快；手持型各类个人消费终端产品形态极为丰富，最具诱惑力。
据北斗星通公司市场的研究结果，目前中国市场中从事卫星导航定位产品与服务的公司约500家左右，市场容量在98年之前每年约30%的速度递增，98年之后每年以50%左右的速度递增，2000年市场总量约有10亿人民币，2001年预计15亿左右，到2003年市场总量将达到32亿左右。其中，在今年的市场中，至少有50%左右的市场份额不是传统的卫星导航定位产品，而是软件、系统集成等增值服务。
市场定位逐渐细化
中国卫星导航领域在产品与技术服务的发展方向上，已逐渐细分，初步出现市场定位上的差异：GIS数据供应商和地图供应商提供位置相关数据和数字地图服务；服务运营商以各种应用服务系统为基础提供基于位置的相关信息综合服务；产品供应商和服务系统集成商提供产品、技术和系统集成服务。作为一个新兴产业，其层次分明的价值链分化与完善，标志着这个极具生命力的产业正走向成熟。
技术集成和资源整合是应用的关键
GPS的应用深入，与逐年来通信技术和计算机技术的速猛发展息息相关，通信网络的完善，移动通信技术如3G、蓝牙、WLAN等的发展，INTERNET的普及，嵌入式移动芯片、嵌入式操作系统及移动数据库技术发展等等，都为GPS的应用奠定了基础。
充分利用各种卫星系统、各种通信网络和INTERNET网络所提供的丰富资源，把各种资源进行恰当的整合；消化和吸收多元化跨专业技术，把各种技术无缝集成服务于用户，这是卫星导航技术更加深入应用的关键。
目前存在的主要问题
1电子地图成为制约卫星导航应用发展的瓶颈 我国目前还没有颁布统一的地理信息标准，导航产品生产厂商大多使用自己开发生产的电子地图。这些电子地图一般相互不兼容；由于保密、主权、产权等方面的原因，利用电子信息制作电子地图，要受到诸多限制，地理信息系统（GIS）的制作成本高，且时间周期较长，难以适应城市建设发展较快的客观情况，造成地理信息难以适时颁布，这已成为卫星导航技术在各领域推广应用中进一步发展的瓶颈。
2频率资源有限，利用极不合理 移动载体动态管理系统需要占用无线电频率资源，由于没有统一规划，每建立一个系统，就要占用一些频率资源，而在地区和行业重复建设，频率资源不能共享，造成无线电频率资源的浪费。更严重的是由于频率使用的不合理，有些卫星导航定位系统对民航通信和其它通信系统的正常通讯造成严重干扰，给国家财产和人民的生命安全构成巨大威胁。
3产品市场没有形成标准，无序无展 相关产品，特别是软件产品没有形成统一的标准规范，各部门间、各行业间各行其是，以小作坊的方式自己搞产品，需要什么就临时做一个，既形不成规模，也对应用不利，质量和售后维护都无法控制。 在众多的应用中，最近几年提的最多的、应用发展潜力最大的有三个方向：一是以车载导航为核心的移动目标监控、管理与服务市场，二是以差分定位技术为核心的差分网建设，三是以个性化移动信息终端为核心的移动导航产品市场，以下分别对其论述。
1 移动目标监控、管理与服务市场的应用与发展
1.1 应用市场概况：
据不完全统计，近年来我国各地建设的移动目标跟踪系统达到数百个，入网车辆达到5~6万辆，还包括一定数量的船舶监控系统。从行业上划分，广泛应用于公共安全、医疗急救、消防救灾、公路管理、交通运输、财产防盗以及其他相关部门。由于集成了实时定位能力，有效地提高了上述部门的效率、避免了大量错误决策带来的损失、带来了可观的经济及社会效益。经过多年的培育与探索，移动目标监控管理系统的批量需求市场已经显现，开始进入快速发展的指数增长期。一旦这个巨大的市场启动，预计将是每年数十亿记的市场规模。
1.2 移动通信和地图是应用的基础
中国移动目标监控管理系统的建设具有鲜明的中国特色。例如，在关键的数据通信技术方面，中国的发展融合了欧美各国发展的特点。中国具有世界上最大的移动通信市场，移动通信技术的研究与开发极大地促进了依托于移动通信网络的监控系统的发展。根据系统规模不同，中国建设了依托常规电台（VHF/UHF）、集群通信系统、蜂窝系统（GSM、CDPD）以及卫星系统等各具特色的监控系统。未来的GPRS、3G的应用预计也将很快提上议事日程。
此外，本地化的GIS技术的发展也是中国移动目标监控管理系统的一个亮点。适应大规模、广大地域移动目标监控的需要，中国的地理信息系统技术研究从传统GIS向多维GIS、Web GIS、嵌入式GIS等方向发展。
1.3 基于位置的综合信息服务是未来发展的方向
由于政府、企业的信息化管理水平不断提高，以及个性化信息服务需求的增长，一些先进企业已经从单一功能的移动目标监控、报警管理转向功能更加丰富、面向市场更加广阔的基于位置的管理与服务技术研究及系统开发建设，无疑这顺应了国际上先进的技术潮流。以2000年以来中国发展最快的物流领域为例，许多为大型物流企业服务的移动目标监控系统已经与企业内部其他管理数据库（如仓储、货源）结合，形成统一的基于位置的职能管理平台。在中国，已有一些以地理信息系统及数据库业务为主的公司进行了大量的工作，并出现了一些示范系统。基于位置的智能管理（Location Based Intelligence）扩大了卫星导航定位技术的应用领域。
更广阔的市场在于面向公众的服务领域，基于位置的信息服务（Location Based Service）无疑将是未来卫星导航定位技术最广阔、最具潜力和最引人注目的发展方向之一。这方面的系统在中国也已开始酝酿，并出现了一些类似Telematics概念的系统雏形，为汽车拥有者提供财产监控、导航服务、报警寻车等服务，并考虑了娱乐、交通信息提供、信息定制、移动办公等应用框架。
1.4 导航定位综合信息服务系统的应用模式
目前，在中国一批有远见、有实力的公司已经充分认识到这一远大前景。以信息服务产业为牵动，提出推动丰富的信息增值服务、建立国家级信息服务平台体系的宏大构想。这种大规模信息服务系统的总体框架围绕着公用移动通信网络和卫星通信两个方向均已有了长足进展。
首先，基于GSM网络的Telematics综合信息服务系统正在国内各地兴起，这些类似于欧洲体制的系统已不同于以往面向单一应用群体的小规模系统，而是整合各种信息资源，可以大规模地为不同用户提供个性化的信息服务。例如新近建立的招商迪辰系统，以Web GIS应用为基础，整合了物流管理的各方面相关资源，向企业物流、第三方物流以及城市配送企业提供可定制的个性化整体解决方案及信息服务。随着城市应用需求的增加，此类系统预计数年内用户将达到数百万的规模，并且可能随着技术的进步，转向依*更加先进的GPRS、CDMA乃至3G网络。
另一方面，北斗星通公司也正在与中国的北斗系统运营部门密切合作，建立"集团用户网络信息服务系统"的公用卫星导航定位信息服务平台，主要面向北斗导航定位卫星覆盖范围内的长途运输车辆、船舶等，提供导航、通信服务，同时也可作为公用服务平台，面向社会其他领域提供个性化的系统服务。
上述第一种系统是基于中国移动通信网络的大规模布设，以及移动通信系统服务能力的不断完善，其应用主要集中在城市及其周边、发达地区等，以城市内部、小范围服务区域为主要特色，提供大信息量的密集服务。第二种系统主要基于中国北斗导航试验卫星的成功发射，服务主要面向城间及海上大范围应用。相信在可以预见的将来，基于移动通信网以及卫星通信网络的两类系统互相补充，甚至互相合作，联合运营，将成为中国移动目标监控管理与信息服务系统的发展特色与主要模式。
2 广域、局域、微型差分网建设
20世纪90年代以来，随着GPS用户对定位精度要求的不断提高，有关科研院所加强了对GPS差分定位技术的研究，并取得了较好的结果，因此，GPS技术的应用得到了迅速的发展，高精度的静态定位结果已达到了0.01ppm，实时动态定位精度也达到了1cm+1ppm。1998年，北斗星通公司根据对GPS技术应用的理解，提出了广域、局域、微型差分网的概念，这与许多专家的观点和见解不谋而合。
2.1 微型差分网
目前，GPS用户通常使用微型差分网的方式来进行监控定位，它由1个基准站和若干个移动站组成，一般作用距离50km左右，不超过100km。使用该方式工作，配置灵活，投资较少，实时相对定位精度从米到厘米级，事后处理的相对精度甚至可达毫米级，进行实时差分时，数据通讯通常采用单频点的数传电台。
多年来北斗星通的NovAtel 高精度产品使用微型网的方式在众多的领域得到了广泛的应用，这些领域包括：地质矿产勘探、港口管理、飞机校飞、GIS数据采集、香港青马大桥的监测、水库大坝监测、精细农业、交通管理、工程测量、大地测量和军事领域等。
我们认为，随着GPS接收机性能的不断改进和软件算法的不断优化，GPS微型差分网这种工作模式将在更多的领域得到广泛的应用。
2.2 局域网
局域差分（LADGPS）是在局部区域内布设一个GPS差分网，网内由若干个差分GPS基准站组成，通常还包含至少1个监控站。处于该局域内的用户可根据多个基准站提供的改正信息，经平差后求得自己的改正数。它的作用距离一般在200~300km内，如我国沿海建设的信标差分网。
目前，随着数字城市概念的提出，GPS信息已成为数字城市的最基本信息，因此，如何综合管理和利用城市GPS信息已成为数字城市建设的一件紧迫性的工作。根据我们的理解，原来意义的局域ＧＰＳ网就已开始向局域ＧＰＳ综合应用网方向发展，它将当前卫星导航技术、气象学、测绘学、地理信息系统与现代通讯技术等有机结合在一起，这种新型局域综合网，不仅可以改进城市区域气象数值预报的效果、积累精确的地壳变形和地面实测数据，对监测预报局部地区天气和环境的气候演变、防御海侵等自然灾害具有深远意义，同时综合局域网的建立还将使城市大地测量控制网的精度达厘米量级，这将为城市市政建设、工程建设、交通运输等各行各业的ＧＰＳ定位和导航系统的建立，提供强有力的技术支持和全方位的日常服务。
2001年国家建设部已确定了12个城市为数字化试点城市，目前，我国的深圳、上海和重庆等地作为试点城市已部分建成和正在建设这样的城市综合GPS网，北京等其它城市也已开始进行方案的论证，相信随着GPS相关技术的发展和数字化城市试点的成功，未来的GPS综合局域网的建设将在中国的城市建设中发挥越来越重要的作用。
2.3 广域网
广域差分（Wide Area DGPS,WADGPS）技术的基本思想是对GPS观测量的误差源加以区分，并对每一个误差源分别加以"模型化"，然后将计算出来的每一个误差源的误差修正值（差分改正值），通过数据通讯链传输给用户，对用户GPS接收机的观测误差加以改正，以达到削弱这些误差源的影响，改善用户GPS定位精度的目的。
由于广域差分主要是远距离的GPS差分应用，它的作用距离一般在1000km以上，广域网的建设应当属于国家投资行为。
2.4 广域增强系统
北斗星通参与了中国的WAAS项目的前期工作，对广域增强系统（WAAS）的技术及应用有较好的理解。广域增强系统是为民航航线飞行及最终着陆阶段飞行而建立的一个高精度导航系统。如诺瓦泰公司的WAAS接收机是专门为WAAS系统的参考站而设计的，它可以满足WAAS系统的精度和功能要求。
它的主要工作方式是将主控站所计算得到的广域差分改正信息，通过地球同步卫星，该同步卫星以GPS的L1频率为载波，将上述差分改正信息当作GPS导航电文转发给用户站，由于数据传输链所采用的载波频率和GPS卫星的信号一致，因此用户GPS接收机可以直接接收到WAAS中的差分改正信息而无需外加同步卫星信号的实时传输能力强，而且可以覆盖很大的区域，从而较好地解决了主控站与播发站，播发站与用户站间的数据传输问题。
广域增强系统建成后，除向用户提供导航定位信息外，还能给用户提供定位系统的完整性和可*性信息，从而可确保用户使用导航定位的安全可*，这点对飞行导航尤其重要，另外，数据处理中心站存储的大量数据还可为GPS气象学、地球形变监测、高精度的GPS控制网的建立等应用提供大量宝贵的原始资料。
3 各类移动信息终端产品的应用与发展
社会及技术的进步，信息的加速流动，极大地提高了人们的活动范围，也刺激了对位置相关信息的需求，嵌入定位功能的移动信息终端产品逐渐走入人们的视线。
随着卫星导航定位设备的小型化甚至芯片化，各种嵌入式电子产品种类极大丰富，并与人们的生活越来越紧密地结合在一起。其中代表性的产品有以下三种形态：
3.1 车载自主导航产品
车载自主导航系统是卫星导航定位产品最大的应用领域。美国、欧洲和日本的车载导航仪产品已经日益走向成熟，形成了规模化的市场需求。相比之下，中国的车载自主导航产品市场刚刚启动，许多产品尚处于实验室研发阶段。但是中国地域辽阔、人口众多，又具有巨大的潜在汽车消费市场，因此随着未来经济的发展，中国的车载自主导航产品具有广阔的市场空间。
3.2 移动监控终端产品
集成了卫星定位设备与移动通信组件的移动监控终端产品是一类特殊的应用产品，是移动目标监控系统的关键部分。根据应用场合的不同，也具有不同的设计形式。既有用于集装箱等货物跟踪的隐蔽式安装产品，也有集成了语音通信、数据报告、报警、遥控等功能的综合车载平台。
随着产品成本的不断降低，未来甚至可能很快出现供儿童、老人等特殊人群使用的可佩带监控终端产品。
3.3 各种生活消费类电子产品
如果说车载导航仪与移动监控终端还属于应用方向比较单一的产品，那么各种生活消费类电子产品却可以用"百花齐放"来形容。国际上先进的产品在中国都已出现和应用，加深了中国大众对于卫星导航定位产品的市场认识。
3.4 移动信息终端的发展趋势
定位功能大有嵌入各种人们日常用品的趋势。传统的手持GPS接收机功能与种类不断丰富，例如Garmin公司去年推出的Garmin eMap，开始集成了数字地图。新的形态也不断出现，有集成了GPS和数字地图的手机产品，有随身携带的GPS手表，以及更多的基于Pocket-PC、PDA的集成产品。由于受到芯片技术、集成技术水平的限制，目前国内在信息终端产品方面的工作主要集中以软件开发为主，集中在车载自主导航以及基于Pocket-PC的移动信息终端方面，并通过积极的国际合作，引进、消化和吸收国际先进技术，取得了一批先进的技术成果，为此类产品进一步的自主设计开发打下了坚实的基础。
信息终端不仅仅是个性化应用的独立设备，也是未来随身信息服务系统的基础与载体。可以预期，在中国市场上移动信息终端设备的发展方向也会紧随国际发展的大趋势，向着卫星定位、Pocket-PC、嵌入式导航系统等综合集成的方向发展。同时，适应车辆导航、货物跟踪、个性化信息服务、安全产品等不同领域的需求，将出现各种不同组合、不同形态的产品系列，以满足市场需求。相信随着大框架的移动信息服务系统的建立，移动信息终端产品将更加丰富、更加普及。显然，设备的小型化、易用性、低成本是嵌入式卫星定位设备在移动信息终端中成功发展与应用的必备条件。
综上所述，卫星导航定位应用市场在中国有着巨大的发展潜力，已逐步走向专业分工、产业价值链分化、服务内容不断丰富的大产业之路。随着中国北斗一号试验卫星成功发射和正在着力研究开发的第二代中国导航卫星系统（CNSS），中国将成为世界导航强国，卫星导航市场的发展前景将更为广阔。
希望政府部门、卫星导航产业界同仁、各行各业用户及国外同行加强合作、广泛沟通，让我们共同推动这一美好产业的发展。中国卫星导航事业前途无量！
手持式GPS的主要作用：
1． 定位：即通过接收卫星信号来确定该地的经/纬度、高度等信息，在GPS中把所定位的坐标点称作“航点”。这些“航点”你可以命名后储存在GPS上。
2． 航线的绘制：储存在GPS上的一些“航点”用直线相互连接起来的一条线条，我们称其为“航线”。绘制一条“航线”其实就是引用部分“航点”的集合。
3． 航迹图的绘制：所谓“航迹图”也就是GPS移动轨迹的水平投影图。一般手持式GPS均具备实时自动地记录航迹图的功能。
4． 单点导航：GPS可以快速地显示出与目标“航点”的直线距离及方位角等参数，利用这些参数就可以起到单点导航的作用。
5． 航线导航：航线导航其实是由多个单点导航所组成的，每次GPS只显示下一个“航点”的距离及方位角，直至到达目标“航点”为止。
6． 原路返回功能：先由GPS实时自动地记录所走路线的“航迹图”，然后GPS可以自动地将所记录的不规则的“航迹图”，简化成由若干个临时航点（转折点）与直线相互接起来的临时航线。再利用“航线导航”的方法就可以准确地返回原路了。
手持式GPS的一些功能解释
GPS全球定位系统是由美国政府上个世纪70年代开始筹划，上世纪90年代开始逐步完善并投入商业服务。整个GPS系统是由24颗卫星组成的，其中3颗卫星是备用的。由于地球是个球体，并且还在不停地自转，所以在理论上，同一时刻GPS最多只能接收到12颗卫星。一般在空旷的野外实际使用中，手持式GPS可以接收到8颗左右的卫星信号，白天和晚上差别并不大。手持式GPS一般只适用于室外，如果你想在车内、室内等场所使用的话，则必须加装外接天线。GPS接收卫星信号是免费的，这点有别于卫星电话、手机、卫星电视（部分）的收费使用。
GPS如果只能接收到2颗以下的卫星信号，则无法进行定位。如接收到3颗卫星信号，则可以进行二维定位，这时能确定经度和纬度的座标。如接收到4颗以上的卫星信号，则就可以进行三维定位，三维定位除了能确定经度、纬度座标以外，还可以确定海拔高度。GPS接收到的卫星数目越多、信号越强，则定位精度就越高。由于从去年开始美国已经把SA功能给关闭了，所以现在的水平定位精度大概在15米左右，海拔高度的误差会大一点，据说是水平误差的2—3倍。
SA其实是美国政府为了限制民用GPS的精度而故意增设的一个功能，在SA开启的情况下，GPS的水平精度只能达到100米左右，由于各方反对等原因，从去年开始SA功能已经关闭，但不能排除战争期间SA功能重新开启的可能性。
GPS本身并没有指北针功能，也就是说在静止的状态下，GPS并不知道自己的方位，只有在作直线运动时，GPS才能显示出运动的方向。GPS是每隔1秒钟自动更新一次信息。
普通的手持式GPS可以存储“航点”500个以上，“航迹点”1024个以上，“航迹图”1—20幅，“航线”1—20条，而每条“航线”最大航点数是有限制的，一般在50个“航点”左右。当然GPS的内存越大，可记录的内容就越多，价格也越昂贵。
GPS除了上面所讲到的六大基本功能以外，它还可以快速计算出两个“航点”之间的直线距离，航行（运动）速度，航行（运动）时间，航迹或航线所包围的大地面积（水平投影），日出/日落时间等等。我们知道由于地球表面的不规则性，所以GPS所显示的这些数据是有误差，只能起到参考的作用。
在实际使用中，只有GPS在接收良好的状态下，航迹图记录才会是一条连续的曲线。事实上航迹图往往会出现断裂，这是因为有可能你穿越了立交桥、隧道，或进入了室内、茂密的森林、高楼的遮挡等等，这点需特别注意。GPS除了正常的供电电池，机内还会有个电池用于内存资料的保存，其寿命一般在10年左右。
有些高档的手持式GPS还带有大比例尺地图功能，带有地图功能的GPS必须配有大容量的内存，高分辨率的显示屏，并且能与电脑进行连接。有了大比例尺地图的GPS后，你就可以很直观地知道自己随时随地所处的位置了。但目前国内大比例尺的城市地图非常缺少，而且需要另外购买，价格昂贵，这样就显得华而不实。针对真正的户外运动者来说，带地图的GPS其实用处并不大。
还有些品牌的手持式GPS内置了气压计，这样做的目的据说是有助于提高海拔高度的测量精度。（一般来说非专业用途的海拔表，几乎都是利用气压变化的原理来估算海拔高度，随着海拔高度的升高，大气气压以及环境温度就会降低，而这种测量方法的精度是令人担心的。）
大多数的手持式GPS均可与电脑的RS-232接口（串口）相连接，用于上/下载城市地图、航迹图、航线图及航点等资料。而一般GPS与电脑的连接线只是作为可选配件，你需要另外花钱购买的。GPS所显示的时间均为卫星发送的标准时钟信号，校对时间可是绝对精确哦。
另外，市场上所售的中文GPS机，可分为中文汉化机和带中文字库机两种，后者可以输入中文字，这样就可以用中文来命名“航点”了，这点非常类似手机。
手持式GPS的选购要点
手持式GPS目前在国内市场上主要有GARMIN（高明）、MAGELLAN（麦哲伦）两大公司的产品，CASIO（卡西欧）公司有一款手表型GPS机。另外，还有配合掌上电脑用的GPS接收头，品牌好象比较杂。
大多数的手持式GPS均具有防水、防震、防冻、耐高温等功能，有些甚至还可以浮在水面上。如果你用的是掌上电脑配GPS接收头的话，那这方面的功能就要差很多，这主要是受到掌上电脑的限制。当然，从另一方面来说，用掌上电脑配GPS的优点也是很明显的，内存大，可扩充性，与电脑连接方便，上/下载地图等资料更容易。
GPS定位时间一般会有几个参数
（1）自动定位时间：新机开机、长期不用或地理位置有很大变化重新开机后，GPS需要自动定位，一般时间在5分钟左右。
（2）冷启动时间：这也是最常用到的卫星定位方法。一般时间在1分钟之内。
（3）热启动时间：在距离上次冷启动不超过4小时内再开机需要定位的时间。时间一般在15秒左右。
GPS的接收灵敏度很重要，有些GPS在车内、室内、飞机的窗边也能进行卫星定位。在茂密的森林中能准确地进行卫星定位，这点对户外运动爱好者尤为重要。
手持式GPS机一般使用的是5号电池2节或4节，耗电量在1W左右，用碱性电池一般可使用5—10小时，如果打开显示屏的背光功能，则使用时间会大大缩短。
不带地图的手持式GPS目前国内价格在1500元—3000元左右，带地图的手持式GPS 价格在3000元以上，电脑连接线500元左右，配掌上电脑用的GPS接收头价格约2000多元。现在国内销售的手持式GPS的定位精度一般都差不多，至于内存当然是越大越好，耗电差别也不是很大。如果你从未接触过GPS，英语的能力又一般，建议可以去买个中文机；如果你对GPS已经有了一定的认识，并且使用过GPS，那就建议你买个英文机吧，毕竟会省不少银子啊。