一、GPS定位系統是如何定位的

24顆(ke)GPS衛星在(zai)離地(di)面(mian)1萬2千公里的(de)高空上(shang)，以12小時(shi)的(de)周期(qi)環(huan)繞(rao)地(di)球(qiu)運行，使得在(zai)任(ren)意(yi)時(shi)刻，在(zai)地(di)面(mian)上(shang)的(de)任(ren)意(yi)一(yi)點都可(ke)以同時(shi)觀測(ce)到4顆(ke)以上(shang)的(de)衛星。

由于衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)精(jing)確可(ke)知，在GPS觀測(ce)中，我們(men)可(ke)得到(dao)衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)到(dao)接收(shou)機的(de)(de)距離，利用三(san)維坐標中的(de)(de)距離公(gong)式(shi)，利用3顆衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)，就可(ke)以(yi)組成3個方(fang)程式(shi)，解(jie)出觀測(ce)點(dian)的(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)(X,Y,Z)。考慮到(dao)衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)時(shi)鐘與(yu)接收(shou)機時(shi)鐘之間的(de)(de)誤差(cha)，實際上有4個未(wei)知數(shu)，X、Y、Z和時(shi)鐘差(cha)，因而(er)需要引(yin)入第4顆衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)，形成4個方(fang)程式(shi)進行求解(jie)，從而(er)得到(dao)觀測(ce)點(dian)的(de)(de)經緯(wei)度和高程。

事(shi)實上，接(jie)(jie)收機(ji)(ji)往(wang)往(wang)可以鎖住4顆(ke)以上的衛星(xing)，這時，接(jie)(jie)收機(ji)(ji)可按衛星(xing)的星(xing)座分布分成(cheng)若干(gan)組(zu)，每組(zu)4顆(ke)，然后通過算(suan)法挑選(xuan)出誤差最小(xiao)的一組(zu)用(yong)作定位，從(cong)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)位精度可提高(gao)到5米。

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車用(yong)導航系統(tong)主要由導航主機和導航顯(xian)示終端兩部(bu)分構成。內置的(de)GPS天線(xian)會(hui)接收到來自環繞地球(qiu)的(de)24顆(ke)GPS衛(wei)星中的(de)至少(shao)3顆(ke)所傳遞的(de)數據信(xin)息，由此測定汽車當前所處(chu)的(de)位置。導航主機通過(guo)GPS衛(wei)星信(xin)號(hao)確定的(de)位置坐標與電子地圖數據相匹配，便可確定汽車在電子地圖中的(de)準確位置。

在此基礎(chu)上(shang)，將會實現行車導航(hang)、路線推薦(jian)、信息查(cha)詢、播放AV/TV等多種功能(neng)。駕駛(shi)者只須通過觀看(kan)顯示器上(shang)的(de)畫面、收聽(ting)語音(yin)提示，操(cao)縱手(shou)中的(de)遙控(kong)器即可實現上(shang)述功能(neng)，從而輕(qing)松自如地駕車。

全球定(ding)位(wei)系(xi)(xi)統(tong)(tong)（Global Positioning System）是美(mei)國(guo)第二代衛星導(dao)(dao)航系(xi)(xi)統(tong)(tong)。是在子午(wu)儀(yi)衛星導(dao)(dao)航系(xi)(xi)統(tong)(tong)的基礎(chu)上(shang)發展起來(lai)的，它采納了子午(wu)儀(yi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的成(cheng)功經驗。和子午(wu)儀(yi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)一樣，全球定(ding)位(wei)系(xi)(xi)統(tong)(tong)由空間部(bu)分(fen)、地面監控(kong)部(bu)分(fen)和用戶接收機(ji)三(san)大部(bu)分(fen)組成(cheng)。

按目前的方(fang)案，全(quan)(quan)球定位系統的空間(jian)部分使(shi)用24顆(ke)高度(du)(du)約2.02萬千米的衛(wei)(wei)星(xing)組成衛(wei)(wei)星(xing)星(xing)座。21+3顆(ke)衛(wei)(wei)星(xing)均為近(jin)圓形軌(gui)(gui)道(dao)，運行(xing)周期約為11小時58分，分布(bu)在六個軌(gui)(gui)道(dao)面上（每軌(gui)(gui)道(dao)面四顆(ke)），軌(gui)(gui)道(dao)傾角為55度(du)(du)。衛(wei)(wei)星(xing)的分布(bu)使(shi)得在全(quan)(quan)球的任何(he)地方(fang)，任何(he)時間(jian)都可(ke)觀測到四顆(ke)以上的衛(wei)(wei)星(xing)，并能(neng)保持(chi)良好定位解(jie)算精度(du)(du)的幾何(he)圖形（DOP）。這(zhe)就(jiu)提供了(le)在時間(jian)上連(lian)續(xu)的全(quan)(quan)球導(dao)航能(neng)力。

地(di)面(mian)監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)部(bu)分包(bao)括四個(ge)監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)、一(yi)個(ge)上行(xing)(xing)注(zhu)(zhu)(zhu)入(ru)(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)和一(yi)個(ge)主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)。監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)設有GPS用戶接(jie)收機(ji)(ji)、原子(zi)鐘、收集當地(di)氣象數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)的傳(chuan)(chuan)感器(qi)和進行(xing)(xing)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)初步處理的計算機(ji)(ji)。監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)的主(zhu)要(yao)任(ren)務(wu)(wu)是(shi)(shi)取得衛(wei)(wei)星(xing)(xing)觀測(ce)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)并將這(zhe)些數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)傳(chuan)(chuan)送至(zhi)主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)。主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)設在范登堡空(kong)軍基地(di)。它對(dui)地(di)面(mian)監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)部(bu)實行(xing)(xing)全(quan)面(mian)控(kong)(kong)(kong)制。主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)主(zhu)要(yao)任(ren)務(wu)(wu)是(shi)(shi)收集各監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)對(dui)GPS衛(wei)(wei)星(xing)(xing)的全(quan)部(bu)觀測(ce)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，利用這(zhe)些數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)計算每(mei)顆GPS衛(wei)(wei)星(xing)(xing)的軌道和衛(wei)(wei)星(xing)(xing)鐘改正值。上行(xing)(xing)注(zhu)(zhu)(zhu)入(ru)(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)也設在范登堡空(kong)軍基地(di)。它的任(ren)務(wu)(wu)主(zhu)要(yao)是(shi)(shi)在每(mei)顆衛(wei)(wei)星(xing)(xing)運行(xing)(xing)至(zhi)上空(kong)時把這(zhe)類(lei)導航數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)及(ji)主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)的指令注(zhu)(zhu)(zhu)入(ru)(ru)到衛(wei)(wei)星(xing)(xing)。這(zhe)種注(zhu)(zhu)(zhu)入(ru)(ru)對(dui)每(mei)顆GPS衛(wei)(wei)星(xing)(xing)每(mei)天進行(xing)(xing)一(yi)次，并在衛(wei)(wei)星(xing)(xing)離(li)開注(zhu)(zhu)(zhu)入(ru)(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)作用范圍之前進行(xing)(xing)最后的注(zhu)(zhu)(zhu)入(ru)(ru)。

全(quan)球定位系統(tong)(tong)具有性能好、精度(du)高、應(ying)(ying)用(yong)廣的(de)特點(dian)，是迄今最好的(de)導航定位系統(tong)(tong)。隨著全(quan)球定位系統(tong)(tong)的(de)不斷改進(jin)，硬、軟(ruan)件的(de)不斷完善(shan)，應(ying)(ying)用(yong)領域正(zheng)在不斷地開(kai)(kai)拓，目(mu)前(qian)已遍及國(guo)民經(jing)濟各種部門，并開(kai)(kai)始逐(zhu)步深入人們的(de)日常生(sheng)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(shang)述四個方程式中待測點坐標x、y、z和Vto為未知(zhi)參數，其中di=c△ti(i=1、2、3、4)。

di(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到接收機之間的距(ju)離。

△ti(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的信號到達(da)接收機所經(jing)歷的時間。

c為GPS信號的(de)傳播速度(du)（即光速）。

四(si)個方(fang)程式中各個參(can)數意義如下：

x、y、z為(wei)待測(ce)點坐(zuo)標的空間直(zhi)角坐(zuo)標。

xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分別為衛(wei)(wei)星1、衛(wei)(wei)星2、衛(wei)(wei)星3、衛(wei)(wei)星4在t時刻的(de)空間直(zhi)角坐標，可由衛(wei)(wei)星導(dao)航電文求得。

Vt i(i=1、2、3、4)分別為(wei)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)1、衛(wei)(wei)(wei)星(xing)2、衛(wei)(wei)(wei)星(xing)3、衛(wei)(wei)(wei)星(xing)4的衛(wei)(wei)(wei)星(xing)鐘(zhong)的鐘(zhong)差，由衛(wei)(wei)(wei)星(xing)星(xing)歷(li)提供。

Vto為接收機的鐘(zhong)差。

由(you)以上四(si)個(ge)方程(cheng)即可解算出待測(ce)點(dian)的坐標x、y、z和接收機的鐘差(cha)Vto。

GPS的(de)(de)基本定(ding)位原(yuan)理是：衛星不間(jian)(jian)斷地發送(song)自身的(de)(de)星歷(li)參數(shu)和(he)時(shi)間(jian)(jian)信息，用戶(hu)接收到(dao)這些(xie)信息后，經過計算求出接收機(ji)的(de)(de)三維位置，三維方向以及運動速度和(he)時(shi)間(jian)(jian)信息。