一、GPS定位系統是如何定位的

24顆GPS衛(wei)星在離地面1萬(wan)2千(qian)公里的(de)(de)高(gao)空(kong)上，以12小時(shi)(shi)的(de)(de)周期環繞地球運(yun)行，使得(de)在任意(yi)時(shi)(shi)刻，在地面上的(de)(de)任意(yi)一點都可以同時(shi)(shi)觀測到4顆以上的(de)(de)衛(wei)星。

由于(yu)衛星(xing)(xing)的位置精(jing)確可知，在GPS觀測中，我們可得(de)到衛星(xing)(xing)到接(jie)收(shou)機(ji)的距離，利用三維坐標中的距離公式(shi)，利用3顆衛星(xing)(xing)，就可以(yi)組成3個方程式(shi)，解(jie)出觀測點(dian)的位置(X,Y,Z)。考慮到衛星(xing)(xing)的時鐘與接(jie)收(shou)機(ji)時鐘之間的誤差，實際上有4個未(wei)知數，X、Y、Z和時鐘差，因而(er)需要引入(ru)第4顆衛星(xing)(xing)，形成4個方程式(shi)進行(xing)求解(jie)，從而(er)得(de)到觀測點(dian)的經緯度和高程。

事實上，接收(shou)機往往可以鎖住(zhu)4顆以上的(de)衛星(xing)，這時，接收(shou)機可按衛星(xing)的(de)星(xing)座分布分成若干組(zu)，每組(zu)4顆，然后通過算(suan)法(fa)挑(tiao)選出(chu)誤差最小(xiao)的(de)一組(zu)用作定(ding)位，從而提高(gao)精度。

由于衛星運行軌道、衛星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技術，建立基準站(差分臺)進行GPS觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數，并對外發布。接收機收到該修正數后，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。實驗表明，利用差分GPS，定(ding)位精度可(ke)提高到5米。

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車(che)用導航系(xi)統主(zhu)要由(you)導航主(zhu)機和導航顯示終(zhong)端兩(liang)部分構成。內置(zhi)的(de)GPS天線會接收到來(lai)自環繞地(di)球的(de)24顆GPS衛星中的(de)至少3顆所傳遞(di)的(de)數(shu)(shu)據信(xin)(xin)息，由(you)此測定汽(qi)車(che)當前所處的(de)位(wei)置(zhi)。導航主(zhu)機通(tong)過GPS衛星信(xin)(xin)號確(que)定的(de)位(wei)置(zhi)坐標與電(dian)子(zi)地(di)圖數(shu)(shu)據相匹配，便可確(que)定汽(qi)車(che)在電(dian)子(zi)地(di)圖中的(de)準確(que)位(wei)置(zhi)。

在此基礎(chu)上，將(jiang)會實(shi)現行(xing)車(che)導航、路(lu)線推薦、信息(xi)查(cha)詢、播放(fang)AV/TV等(deng)多種功能。駕駛者只須通過觀(guan)看(kan)顯示器上的畫面(mian)、收聽語音提示，操(cao)縱手中(zhong)的遙控器即可(ke)實(shi)現上述功能，從而輕松自如地(di)駕車(che)。

全球(qiu)定位系(xi)統（Global Positioning System）是美國第(di)二代(dai)衛(wei)星(xing)導航系(xi)統。是在子(zi)午(wu)儀衛(wei)星(xing)導航系(xi)統的基礎上發展起來的，它采納了子(zi)午(wu)儀系(xi)統的成功經驗。和(he)子(zi)午(wu)儀系(xi)統一樣，全球(qiu)定位系(xi)統由空間部(bu)分(fen)(fen)、地面監(jian)控部(bu)分(fen)(fen)和(he)用戶(hu)接(jie)收機三大部(bu)分(fen)(fen)組成。

按目前的(de)(de)方案，全球(qiu)(qiu)定(ding)位(wei)系統的(de)(de)空(kong)間部(bu)分使用24顆(ke)高度約2.02萬千米的(de)(de)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)組成(cheng)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)星(xing)(xing)座(zuo)。21+3顆(ke)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)均為近圓(yuan)形(xing)軌(gui)道(dao)，運行周期約為11小時58分，分布在(zai)(zai)六個軌(gui)道(dao)面(mian)上（每軌(gui)道(dao)面(mian)四顆(ke)），軌(gui)道(dao)傾角(jiao)為55度。衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)的(de)(de)分布使得在(zai)(zai)全球(qiu)(qiu)的(de)(de)任何地方，任何時間都(dou)可(ke)觀測到四顆(ke)以(yi)上的(de)(de)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)，并能保(bao)持良好(hao)定(ding)位(wei)解算精度的(de)(de)幾(ji)何圖形(xing)（DOP）。這就提供了(le)在(zai)(zai)時間上連(lian)續的(de)(de)全球(qiu)(qiu)導航能力。

地(di)面(mian)監(jian)控(kong)(kong)部(bu)(bu)分包括四個(ge)監(jian)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)、一(yi)(yi)個(ge)上(shang)(shang)行(xing)(xing)(xing)注(zhu)入(ru)(ru)(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)和一(yi)(yi)個(ge)主(zhu)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)。監(jian)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)設有GPS用戶接收機、原子鐘、收集(ji)當地(di)氣象數(shu)(shu)(shu)據(ju)的(de)傳(chuan)感器(qi)和進(jin)行(xing)(xing)(xing)數(shu)(shu)(shu)據(ju)初(chu)步處(chu)理(li)的(de)計算(suan)機。監(jian)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)的(de)主(zhu)要任(ren)(ren)務是取得衛(wei)(wei)(wei)星(xing)觀測(ce)數(shu)(shu)(shu)據(ju)并將這些(xie)數(shu)(shu)(shu)據(ju)傳(chuan)送至(zhi)主(zhu)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)。主(zhu)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)設在范登堡空軍基(ji)(ji)地(di)。它對地(di)面(mian)監(jian)控(kong)(kong)部(bu)(bu)實行(xing)(xing)(xing)全面(mian)控(kong)(kong)制。主(zhu)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)主(zhu)要任(ren)(ren)務是收集(ji)各監(jian)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)對GPS衛(wei)(wei)(wei)星(xing)的(de)全部(bu)(bu)觀測(ce)數(shu)(shu)(shu)據(ju)，利用這些(xie)數(shu)(shu)(shu)據(ju)計算(suan)每顆(ke)GPS衛(wei)(wei)(wei)星(xing)的(de)軌(gui)道和衛(wei)(wei)(wei)星(xing)鐘改(gai)正值。上(shang)(shang)行(xing)(xing)(xing)注(zhu)入(ru)(ru)(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)也設在范登堡空軍基(ji)(ji)地(di)。它的(de)任(ren)(ren)務主(zhu)要是在每顆(ke)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)運行(xing)(xing)(xing)至(zhi)上(shang)(shang)空時(shi)把(ba)這類導(dao)航數(shu)(shu)(shu)據(ju)及主(zhu)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)的(de)指令注(zhu)入(ru)(ru)(ru)到衛(wei)(wei)(wei)星(xing)。這種(zhong)注(zhu)入(ru)(ru)(ru)對每顆(ke)GPS衛(wei)(wei)(wei)星(xing)每天進(jin)行(xing)(xing)(xing)一(yi)(yi)次，并在衛(wei)(wei)(wei)星(xing)離開(kai)注(zhu)入(ru)(ru)(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)作用范圍之(zhi)前進(jin)行(xing)(xing)(xing)最后的(de)注(zhu)入(ru)(ru)(ru)。

全球(qiu)定位(wei)系統具有(you)性能好(hao)、精度高、應用(yong)廣(guang)的特點(dian)，是迄今最好(hao)的導航定位(wei)系統。隨著全球(qiu)定位(wei)系統的不(bu)(bu)斷(duan)(duan)改進(jin)，硬、軟(ruan)件的不(bu)(bu)斷(duan)(duan)完善(shan)，應用(yong)領域(yu)正在(zai)不(bu)(bu)斷(duan)(duan)地開(kai)拓，目(mu)前已(yi)遍及國民(min)經濟各種部門，并開(kai)始逐步深(shen)入人們的日(ri)常(chang)生活。

二、GPS導航的定位原理

d1=[(x1-x2)^2+（y1-y2）^2+（z1-z2）^2]^1/2+c(Vt1-Vt0)

d2=[(x2-x)^2+（y2-y）^2+（z2-z）^2]^1/2+c(Vt2-Vt0)

d3=[(x3-x)^2+（y3-y）^2+（z3-z）^2]^1/2+c(Vt3-Vt0)

d4=[(x4-x)^2+（y4-y）^2+（z4-z）^2]^1/2+c(Vt4-Vt0)

上述四(si)個方程式中待測點坐標x、y、z和Vto為未知參數，其中di=c△ti(i=1、2、3、4)。

di(i=1、2、3、4)分(fen)別為衛星(xing)(xing)(xing)1、衛星(xing)(xing)(xing)2、衛星(xing)(xing)(xing)3、衛星(xing)(xing)(xing)4到接收機(ji)之間的(de)距(ju)離(li)。

△ti(i=1、2、3、4)分別為(wei)衛(wei)星1、衛(wei)星2、衛(wei)星3、衛(wei)星4的信號到達(da)接收機所(suo)經歷(li)的時間(jian)。

c為GPS信號的傳播(bo)速度（即光速）。

四個(ge)方程式中各個(ge)參(can)數意義如(ru)下(xia)：

x、y、z為待測點(dian)坐標的空間直角(jiao)坐標。

xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分別為衛(wei)星(xing)1、衛(wei)星(xing)2、衛(wei)星(xing)3、衛(wei)星(xing)4在t時刻的空間直角坐標，可由衛(wei)星(xing)導航電(dian)文求得。

Vt i(i=1、2、3、4)分別為衛(wei)(wei)星(xing)1、衛(wei)(wei)星(xing)2、衛(wei)(wei)星(xing)3、衛(wei)(wei)星(xing)4的(de)衛(wei)(wei)星(xing)鐘的(de)鐘差(cha)，由衛(wei)(wei)星(xing)星(xing)歷提(ti)供。

Vto為接收機的鐘差。

由以(yi)上四個方程(cheng)即可解算出待測點的(de)坐標x、y、z和接收機的(de)鐘差Vto。

GPS的基本定位原理是：衛星不間(jian)斷地發送(song)自身的星歷參數和(he)時(shi)間(jian)信息(xi)(xi)，用戶接收到這些信息(xi)(xi)后，經過(guo)計(ji)算(suan)求(qiu)出接收機(ji)的三維位置，三維方向(xiang)以及運動速度和(he)時(shi)間(jian)信息(xi)(xi)。