GPS 系統雜談

krisher

GPS 設備低價化和多樣化的現在, 加上大家漸漸開始重始出遊,
在車上裝 (或 放)一部有導航能力的機器, 也隨著 SUV(LSUV) 的普及而增加.
甚至是騎腳踏車騎機車都能弄一部在上面玩玩.

好吧, 最基本的. 一部能接收天上衛星訊號的接收天線, 加上一個能解析數據並顯示出來的裝置,
再配上方便的界面和台灣地圖圖資, 就可以很方便的帶著我們到達目的地.
這裏提到的就是一部 GPS導航設備所具備的三大部份--接收器, 機體本身和軔體(地圖圖資和導航核心程式)


首先提到的是接收部份. 常聽到什麼 sirf III, 就是指接收器, 這部份影響的是接收精度.
當然有接收裝置就一定有天線, 市售的接收器幾乎都內含天線, 有的天線還能用延長線外接出來.
衛星訊號只能收不能發, 可別以為在車上放個 gps 什麼的, 就能在別的地方打開接收器知道車在哪兒.
這種事要辦到也可以, 只不過要加上 GSM (或其它遠距通訊發射設備) 來做中介,
把車上收到的衛星數據 (那是一串串有特定意義的字串) 轉送到第三方,
這樣第三方才能利用那些數據來解讀位置.

GPS 訊號是用方向/方位和相對速度來計算目前經緯度座標, 而且訊號很弱,
以往只要在接收天線上方有車頂或含金屬障壁的隔熱紙就會收不到,
現在的接收器多半還能參考 "四面八方" 的反射回波 (就是雜訊啦) 來定位.

至於接收器要怎麼和機體連結? 這花樣就多了.
紅外線, SDIO, CF, PCMCIA, RS232, 藍芽, USB(轉 RS232) 等等, 族繁不及備載.
當然也有的機種, 把接收器做成一個模組裝在主機機體內, 或乾脆和主機電路整合一起.


第二部份就是機器本身. 算是平台吧.
這種東西就很多了. 有的是用 PDA, 有的是用手機, 有的用特化的 PDA或專用硬體, 有的用 nb 等等.
它就是單純的計算和顯示. 有的 gps 設備會慢半拍, 除了都卜勒效應 (現在的接收器多半都能克服) 或訊號差之外,
也有可能是機器本身讀地圖圖資太慢, 或者是運算速度太慢所致.
反正這機器就是負責顯示, 手機/PDA/NB/外接螢幕等等都只差在程式運算速度和螢幕大小/解析度.


第三部份是軟體(軔體).
軔體當然就是圖資和操作介面. 台灣圖資大家都差不多就那幾家, 但是解析圖資的軟體就有差.
有的軟體支援自己用掃瞄器或其它方式抓圖檔後, 定好參考座標點也能導航. 軟體本身只負責把
接收進來的數據轉成座標, 然後 overlay 在使用者自己掃的圖檔上. 當然這種導航也沒什麼所謂設定目的地,
就是紙地圖強化版-- 能顯示自己位置的紙地圖, 作用和一般紙地圖完全沒兩樣, 頂多加個會記錄經過的路線.


市面上各式消費性導航機, 有所謂的 "車機" 和 "掌上機".
它們最大的差別就是, 車機上有陀螺儀, 裝在車上時, 需要加裝一條車速線以便讀入行車速度等資料,
這類機種就只能裝在固定區域 (配合車速線), 部份車種因車速線種類還會有安裝問題, 也不能下車就拆著走.
這種以 GPS 為大方向, 陀螺儀為細節修正的裝置, 精度可以強到能準確知道行駛在車道的 "第幾線道".
(當然這需要精度高的圖資配合), 就算車子進了隧道也能正確定位 (利用車行速度和姿勢計算).
有的車機不需要裝車速線, 那種車機就和一般掌上機完全沒兩樣.

krisher

原文由 MCC 於 2007-3-31 09:03 發表
請問大家，有些GPS可以顯示所在高度

而這高度是像經緯度經過衛星訊號計算出來的，還是利用氣壓估計出來的？

都是用衛星訊號估算出, 也有的用氣壓值或參考氣壓值.
不幸的是, 兩樣精度都很低.

krisher

其實 GPS 這種被動定位系統要精確定位, 除了它本身的訊號外,
還要加上更準確 (相對距離更短) 的參考座標才達得到.
說句實在一點的, 要是隨隨便便, 低價就能弄出一套 cm 甚至 mm 等級的定位系統,
那做導彈的都不用混了.

政府機關花一堆錢和人力, 是要強化測量出來的結果. 這個和 gps 系統其實沒什麼大相關.
而且它使用的測量方法/工具, 絕對不是只用了 GPS. 又不是說今天政府花錢弄出了
台灣用的 WAAS (現在只有日本的 #42/#50), 或是其它免費/免別的接收機的 DGPS 方案.

至於陀螺儀, 除了它有安裝水平問題, 它只能偵測姿勢. 真要當輔助還要加上移動速度 (例如車速)
才能配合 GPS 達到更精確的定位. 只有陀螺儀頂多只能知道現在轉了多少度 (二軸)或俯仰角 (三軸).
其實玩具級的陀螺儀很便宜, 有的還能加上加速度規 (wii 的把手 ), 甚至我老婆的手機上都有,
不少消費相機上也有. 用在定位上, 最大的問題是只裝上它幾乎沒什麼幫助. (當很準的電子羅盤用?)

krisher

現在又一堆怪名詞出現了.
所謂的 "陀螺儀", 指的是 gyrometer, 它使用角動量守衡原理來偵測角加速度改變,
(替阿伯宣傳一下, 台中科博館裏有這個可以玩).
而 "加速度規" 指的是 Accelerometer, 它偵測的是線性速度的改變.
這兩者不能混為一談.

簡單來說, 陀螺儀是用來偵測水平左右旋轉角(yaw, 繞軸的旋轉量)/左右傾斜(roll)/前後傾斜(pitch)的變化;
而加速度規用來偵測直線速度改變, 所以只能用來測傾斜/震動(tilt)用.
這兩個儀器, 由於體積關係, 一般消費性 3c 用的是 gyrometer 比較多.
可以用 google 找一下 gyro-sensor, 會發現不少有趣的東西.
想看多一點這兩種儀器的介紹, 可以參考
http://en.wikipedia.org/wiki/Gyroscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Accelerometer

當然啦, 玩具級(消費性電子產品級) 沒辦法有太多精度, 所以我的gyration 滑鼠實在不是很準,
然後 wii remote 還要搭上 sensorbar 才能做很精細的定位.
但是用到消費產品上, 尤其是搭配 GPS 定位, 這種精度算是 "神準級" 的了.

還有有人提到的 MEMS (Microelectromechanical systems) 指的是微機電技術,
用現代的菜市場名詞, 多半會把它套上 "阿這個就是奈米科技的啦".
(其實還真的有, 叫 "N"EMS, Nanoelectromechanical systems)
其實說的只是把原來大大的東西把它微小化但功能不變的技術.

在電影裏也有拍過 "聯合縮小軍" 和 "驚異大奇航", 就是以微小機器為主的故事.
想了解深入一點, 可以參考這個:
http://en.wikipedia.org/wiki/Microelectromechanical_systems

krisher

原文由 millerliu 於 2007-10-15 17:18 發表
正確, 60CS有氣壓高度計與GPS高度計交互校正. 我想說的是其實民用版 GPS的高度顯示已經可以滿足一般人需要了! Garmin系列中60CSx(現役), Vista HCx(4Q上市)都是這類的選擇!

我只是不知道PDA機種是否有這樣功 ...

我看 garmin 網站, 這支不是用 "GPS 高度計" 吧?

而GPSMAP 60CS還具有電子羅盤及氣壓式高度計的功能，以輔助高地地區的使用，讓使用者就算在靜止或慢速移動的狀態下，依舊可以利用電子羅盤得到方位資訊，並藉由氣壓式高度計獲得大氣氣壓變化與所在位置的海拔高度。

它丈量高度用的是氣壓式高度計.
沒任何輔助系統的純 GPS 高度計實用性太差.