一、GPS定位系統是如何定位的

24顆GPS衛(wei)星在離(li)地(di)(di)面(mian)1萬2千公里的(de)(de)高空上(shang)，以(yi)12小時(shi)的(de)(de)周期環繞地(di)(di)球運行(xing)，使(shi)得在任意時(shi)刻(ke)，在地(di)(di)面(mian)上(shang)的(de)(de)任意一點都可以(yi)同時(shi)觀測到4顆以(yi)上(shang)的(de)(de)衛(wei)星。

由于衛(wei)星(xing)的(de)位置精確可知，在GPS觀(guan)(guan)測中(zhong)，我們(men)可得(de)(de)到(dao)(dao)衛(wei)星(xing)到(dao)(dao)接收(shou)機的(de)距離，利用(yong)三維坐標中(zhong)的(de)距離公式，利用(yong)3顆(ke)衛(wei)星(xing)，就可以組(zu)成3個(ge)方(fang)程(cheng)式，解出觀(guan)(guan)測點(dian)的(de)位置(X,Y,Z)。考慮(lv)到(dao)(dao)衛(wei)星(xing)的(de)時鐘與接收(shou)機時鐘之間的(de)誤差，實際上有(you)4個(ge)未知數(shu)，X、Y、Z和時鐘差，因而需要引入第4顆(ke)衛(wei)星(xing)，形成4個(ge)方(fang)程(cheng)式進行求解，從而得(de)(de)到(dao)(dao)觀(guan)(guan)測點(dian)的(de)經(jing)緯度(du)和高程(cheng)。

事(shi)實(shi)上(shang)，接收(shou)機往(wang)往(wang)可以鎖住4顆以上(shang)的(de)衛星(xing)，這(zhe)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)法挑選出誤差(cha)最小的(de)一組(zu)用作定位，從而提高(gao)精(jing)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，定位(wei)精度可提高(gao)到5米。

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車(che)(che)用導航(hang)系統主要由導航(hang)主機和導航(hang)顯(xian)示終端兩部分構成(cheng)。內置的(de)(de)GPS天線會接收(shou)到來(lai)自環繞地(di)球的(de)(de)24顆GPS衛星(xing)中的(de)(de)至少3顆所傳遞(di)的(de)(de)數據信息，由此(ci)測定汽(qi)車(che)(che)當前所處的(de)(de)位置。導航(hang)主機通(tong)過(guo)GPS衛星(xing)信號確定的(de)(de)位置坐(zuo)標與電子(zi)地(di)圖(tu)數據相匹配，便可確定汽(qi)車(che)(che)在電子(zi)地(di)圖(tu)中的(de)(de)準(zhun)確位置。

在此(ci)基礎上，將會實現行車導航、路線推薦、信息查(cha)詢、播放AV/TV等多種功能。駕駛者(zhe)只須通過觀看顯(xian)示(shi)器(qi)上的(de)畫面(mian)、收聽語音提示(shi)，操縱手中的(de)遙控器(qi)即(ji)可實現上述(shu)功能，從(cong)而輕(qing)松(song)自如地駕車。

全球定(ding)(ding)位系統(tong)(tong)（Global Positioning System）是美國第二代衛星(xing)導航系統(tong)(tong)。是在(zai)子(zi)午儀衛星(xing)導航系統(tong)(tong)的基礎上發展起來的，它采納了(le)子(zi)午儀系統(tong)(tong)的成功經驗(yan)。和子(zi)午儀系統(tong)(tong)一樣(yang)，全球定(ding)(ding)位系統(tong)(tong)由空(kong)間部(bu)分(fen)、地(di)面監控部(bu)分(fen)和用戶接收機三大部(bu)分(fen)組成。

按目前(qian)的(de)方案，全球定位系(xi)統(tong)的(de)空間部(bu)分(fen)使用24顆(ke)高度(du)約2.02萬千(qian)米的(de)衛(wei)星組成衛(wei)星星座(zuo)。21+3顆(ke)衛(wei)星均為近圓(yuan)形(xing)軌(gui)(gui)道(dao)，運行周(zhou)期約為11小(xiao)時58分(fen)，分(fen)布(bu)在六個軌(gui)(gui)道(dao)面上(shang)（每軌(gui)(gui)道(dao)面四顆(ke)），軌(gui)(gui)道(dao)傾角為55度(du)。衛(wei)星的(de)分(fen)布(bu)使得在全球的(de)任(ren)何(he)地方，任(ren)何(he)時間都可(ke)觀測到四顆(ke)以上(shang)的(de)衛(wei)星，并能保持良好(hao)定位解算(suan)精度(du)的(de)幾何(he)圖(tu)形(xing)（DOP）。這就提供了在時間上(shang)連續(xu)的(de)全球導航能力。

地面監(jian)(jian)控(kong)部分(fen)包括四(si)個(ge)監(jian)(jian)控(kong)站(zhan)、一(yi)個(ge)上行(xing)(xing)注(zhu)入(ru)(ru)站(zhan)和(he)一(yi)個(ge)主控(kong)站(zhan)。監(jian)(jian)控(kong)站(zhan)設(she)有GPS用(yong)戶接收(shou)機(ji)、原子(zi)鐘(zhong)、收(shou)集當地氣象(xiang)數(shu)據(ju)(ju)的(de)(de)(de)傳感器和(he)進行(xing)(xing)數(shu)據(ju)(ju)初步(bu)處理的(de)(de)(de)計(ji)算機(ji)。監(jian)(jian)控(kong)站(zhan)的(de)(de)(de)主要任務(wu)(wu)是取得(de)衛星觀測(ce)數(shu)據(ju)(ju)并將這(zhe)(zhe)些數(shu)據(ju)(ju)傳送至主控(kong)站(zhan)。主控(kong)站(zhan)設(she)在范(fan)登(deng)堡(bao)空(kong)軍基地。它對(dui)地面監(jian)(jian)控(kong)部實行(xing)(xing)全(quan)面控(kong)制。主控(kong)站(zhan)主要任務(wu)(wu)是收(shou)集各監(jian)(jian)控(kong)站(zhan)對(dui)GPS衛星的(de)(de)(de)全(quan)部觀測(ce)數(shu)據(ju)(ju)，利(li)用(yong)這(zhe)(zhe)些數(shu)據(ju)(ju)計(ji)算每(mei)(mei)顆GPS衛星的(de)(de)(de)軌道和(he)衛星鐘(zhong)改正值。上行(xing)(xing)注(zhu)入(ru)(ru)站(zhan)也設(she)在范(fan)登(deng)堡(bao)空(kong)軍基地。它的(de)(de)(de)任務(wu)(wu)主要是在每(mei)(mei)顆衛星運行(xing)(xing)至上空(kong)時把這(zhe)(zhe)類導航數(shu)據(ju)(ju)及(ji)主控(kong)站(zhan)的(de)(de)(de)指令注(zhu)入(ru)(ru)到衛星。這(zhe)(zhe)種注(zhu)入(ru)(ru)對(dui)每(mei)(mei)顆GPS衛星每(mei)(mei)天進行(xing)(xing)一(yi)次，并在衛星離開注(zhu)入(ru)(ru)站(zhan)作(zuo)用(yong)范(fan)圍(wei)之前進行(xing)(xing)最(zui)后(hou)的(de)(de)(de)注(zhu)入(ru)(ru)。

全球定位(wei)系統具有性(xing)能好、精度高、應用廣(guang)的(de)特點(dian)，是迄今最好的(de)導(dao)航定位(wei)系統。隨著全球定位(wei)系統的(de)不斷(duan)(duan)改進，硬、軟(ruan)件的(de)不斷(duan)(duan)完善，應用領域(yu)正在(zai)不斷(duan)(duan)地開拓，目前已遍(bian)及(ji)國民經濟各(ge)種(zhong)部(bu)門，并開始逐(zhu)步深入人(ren)們(men)的(de)日常(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)

上述四個方(fang)程式中(zhong)待測點(dian)坐標x、y、z和Vto為未知參數(shu)，其中(zhong)di=c△ti(i=1、2、3、4)。

di(i=1、2、3、4)分別為衛(wei)星1、衛(wei)星2、衛(wei)星3、衛(wei)星4到接收(shou)機之間(jian)的距離。

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

c為GPS信號(hao)的傳播(bo)速度（即光速）。

四個方程式中各個參數意義如下：

x、y、z為待測點坐標的空間直(zhi)角坐標。

xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分別(bie)為(wei)衛(wei)(wei)(wei)星1、衛(wei)(wei)(wei)星2、衛(wei)(wei)(wei)星3、衛(wei)(wei)(wei)星4在t時刻的空間直(zhi)角(jiao)坐標，可(ke)由衛(wei)(wei)(wei)星導航電文求得。

Vt i(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的衛(wei)星(xing)鐘(zhong)的鐘(zhong)差(cha)，由衛(wei)星(xing)星(xing)歷提供。

Vto為接收機的鐘差。

由以上四個方程即可解算出待測點的坐標x、y、z和接收(shou)機的鐘(zhong)差Vto。

GPS的基本定位原(yuan)理(li)是：衛星(xing)不間(jian)(jian)斷地發(fa)送自身的星(xing)歷參數和時間(jian)(jian)信(xin)(xin)息，用(yong)戶接(jie)收到這些信(xin)(xin)息后，經過計(ji)算(suan)求出接(jie)收機(ji)的三維(wei)位置，三維(wei)方向以及(ji)運動(dong)速度和時間(jian)(jian)信(xin)(xin)息。