一、GPS定位系統是如何定位的

24顆GPS衛星(xing)在離地(di)面1萬2千(qian)公里的(de)高空上，以12小時的(de)周期環繞地(di)球運行，使得在任(ren)(ren)意時刻(ke)，在地(di)面上的(de)任(ren)(ren)意一點都(dou)可以同時觀測到4顆以上的(de)衛星(xing)。

由于(yu)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)位(wei)置精確(que)可(ke)知，在GPS觀測中，我們可(ke)得到衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)到接(jie)收(shou)(shou)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)距離，利(li)用三維坐標中的(de)(de)(de)距離公式(shi)，利(li)用3顆衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)，就(jiu)可(ke)以組成3個方程(cheng)(cheng)式(shi)，解(jie)出觀測點(dian)的(de)(de)(de)位(wei)置(X,Y,Z)。考(kao)慮到衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)時鐘(zhong)(zhong)與接(jie)收(shou)(shou)機(ji)(ji)時鐘(zhong)(zhong)之間(jian)的(de)(de)(de)誤差(cha)，實際上有4個未知數，X、Y、Z和時鐘(zhong)(zhong)差(cha)，因而(er)需(xu)要引入第4顆衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)，形成4個方程(cheng)(cheng)式(shi)進行求解(jie)，從而(er)得到觀測點(dian)的(de)(de)(de)經緯度和高程(cheng)(cheng)。

事實上，接收(shou)機(ji)往(wang)(wang)往(wang)(wang)可以鎖住4顆(ke)以上的(de)衛星(xing)，這時(shi)，接收(shou)機(ji)可按(an)衛星(xing)的(de)星(xing)座分(fen)布分(fen)成(cheng)若干組，每組4顆(ke)，然后通過算法(fa)挑選出誤差(cha)最小的(de)一組用作定(ding)位(wei)，從而提高精度。

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，定位精度可提高到5米(mi)。

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車(che)(che)用導航(hang)(hang)系(xi)統(tong)主要由導航(hang)(hang)主機和導航(hang)(hang)顯示(shi)終端兩(liang)部(bu)分構(gou)成。內置的(de)GPS天線會接收到(dao)來自環繞地(di)球的(de)24顆(ke)GPS衛星中的(de)至少3顆(ke)所傳(chuan)遞的(de)數(shu)據(ju)信息，由此測定汽車(che)(che)當前所處的(de)位(wei)置。導航(hang)(hang)主機通過GPS衛星信號確定的(de)位(wei)置坐標與電子地(di)圖數(shu)據(ju)相匹配，便可確定汽車(che)(che)在電子地(di)圖中的(de)準確位(wei)置。

在(zai)此(ci)基礎(chu)上，將會(hui)實現(xian)行車(che)導(dao)航、路線(xian)推薦、信(xin)息查詢、播放AV/TV等(deng)多種功能。駕駛者只須通過觀看顯示器上的畫面、收聽語(yu)音提示，操縱手中的遙(yao)控器即可實現(xian)上述功能，從而輕(qing)松自如(ru)地駕車(che)。

全球(qiu)定位系統(tong)（Global Positioning System）是美國(guo)第二代衛星導航(hang)系統(tong)。是在(zai)子(zi)午(wu)(wu)儀(yi)(yi)衛星導航(hang)系統(tong)的(de)基礎上發展起來(lai)的(de)，它采(cai)納(na)了子(zi)午(wu)(wu)儀(yi)(yi)系統(tong)的(de)成功經驗(yan)。和子(zi)午(wu)(wu)儀(yi)(yi)系統(tong)一樣，全球(qiu)定位系統(tong)由空間部分(fen)、地(di)面監控(kong)部分(fen)和用戶接收(shou)機三大(da)部分(fen)組(zu)成。

按目(mu)前的(de)(de)方案，全(quan)球定位(wei)系統的(de)(de)空間(jian)(jian)部分(fen)使用(yong)24顆高度約(yue)2.02萬千(qian)米的(de)(de)衛星組成衛星星座。21+3顆衛星均為(wei)近圓形軌(gui)道(dao)，運(yun)行周期約(yue)為(wei)11小(xiao)時58分(fen)，分(fen)布(bu)在六個(ge)軌(gui)道(dao)面上(shang)(shang)（每軌(gui)道(dao)面四(si)顆），軌(gui)道(dao)傾角為(wei)55度。衛星的(de)(de)分(fen)布(bu)使得在全(quan)球的(de)(de)任何(he)地方，任何(he)時間(jian)(jian)都(dou)可觀測到四(si)顆以(yi)上(shang)(shang)的(de)(de)衛星，并能保持良好定位(wei)解(jie)算精度的(de)(de)幾何(he)圖(tu)形（DOP）。這(zhe)就(jiu)提供了在時間(jian)(jian)上(shang)(shang)連續的(de)(de)全(quan)球導航能力(li)。

地(di)面(mian)(mian)監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)部(bu)分包括(kuo)四個(ge)監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)、一(yi)個(ge)上行注(zhu)(zhu)入(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)和(he)(he)一(yi)個(ge)主(zhu)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)。監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)設有GPS用(yong)戶接收(shou)機(ji)、原子鐘、收(shou)集當(dang)地(di)氣象(xiang)數據(ju)的傳感器和(he)(he)進(jin)行數據(ju)初步處理的計算機(ji)。監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)的主(zhu)要任務是取得衛(wei)(wei)星(xing)觀(guan)測數據(ju)并將這些(xie)數據(ju)傳送至(zhi)主(zhu)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)。主(zhu)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)設在范登堡空(kong)軍基地(di)。它對地(di)面(mian)(mian)監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)部(bu)實行全面(mian)(mian)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制。主(zhu)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)主(zhu)要任務是收(shou)集各監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)對GPS衛(wei)(wei)星(xing)的全部(bu)觀(guan)測數據(ju)，利用(yong)這些(xie)數據(ju)計算每顆GPS衛(wei)(wei)星(xing)的軌(gui)道(dao)和(he)(he)衛(wei)(wei)星(xing)鐘改正值。上行注(zhu)(zhu)入(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)也設在范登堡空(kong)軍基地(di)。它的任務主(zhu)要是在每顆衛(wei)(wei)星(xing)運行至(zhi)上空(kong)時把(ba)這類導航數據(ju)及主(zhu)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)的指令注(zhu)(zhu)入(ru)到(dao)衛(wei)(wei)星(xing)。這種注(zhu)(zhu)入(ru)對每顆GPS衛(wei)(wei)星(xing)每天(tian)進(jin)行一(yi)次，并在衛(wei)(wei)星(xing)離開(kai)注(zhu)(zhu)入(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)作用(yong)范圍之前進(jin)行最后的注(zhu)(zhu)入(ru)。

全球定(ding)位系統具有性能好(hao)、精度高(gao)、應(ying)(ying)用廣(guang)的(de)特(te)點，是迄今最好(hao)的(de)導(dao)航定(ding)位系統。隨(sui)著全球定(ding)位系統的(de)不(bu)(bu)(bu)斷改(gai)進(jin)，硬、軟件的(de)不(bu)(bu)(bu)斷完善，應(ying)(ying)用領域正在不(bu)(bu)(bu)斷地開拓，目前已遍及國民經濟(ji)各種(zhong)部門(men)，并開始逐步深(shen)入人(ren)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)

上述四個方(fang)程式中(zhong)待測點坐標x、y、z和Vto為(wei)未(wei)知參(can)數(shu)，其中(zhong)di=c△ti(i=1、2、3、4)。

di(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到接(jie)收機之間的距離。

△ti(i=1、2、3、4)分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4的信號到達(da)接收機所(suo)經(jing)歷的時(shi)間。

c為GPS信號(hao)的傳播(bo)速(su)度（即光速(su)）。

四個(ge)方程式中各個(ge)參數意義如下：

x、y、z為待測(ce)點坐標(biao)的(de)空間(jian)直(zhi)角(jiao)坐標(biao)。

xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分別為衛星(xing)1、衛星(xing)2、衛星(xing)3、衛星(xing)4在t時(shi)刻的空間直(zhi)角坐標，可由衛星(xing)導航電文(wen)求(qiu)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，由衛(wei)星(xing)星(xing)歷(li)提(ti)供。

Vto為接收機(ji)的鐘差(cha)。

由以上四個方程即可(ke)解算出待(dai)測點的坐標x、y、z和接(jie)收機的鐘差Vto。

GPS的基本定(ding)位原理是(shi)：衛星不間斷(duan)地發送自身(shen)的星歷參數和時(shi)間信息，用戶接收(shou)到(dao)這(zhe)些信息后，經過計(ji)算(suan)求出接收(shou)機的三維位置，三維方(fang)向以及運(yun)動速度和時(shi)間信息。