一、GPS定位系統是如何定位的

24顆GPS衛星(xing)在離地(di)面1萬2千公(gong)里(li)的(de)高空上(shang)，以12小時的(de)周期環繞地(di)球運行，使得在任(ren)意時刻，在地(di)面上(shang)的(de)任(ren)意一點都可(ke)以同時觀測(ce)到4顆以上(shang)的(de)衛星(xing)。

由(you)于衛(wei)星(xing)的(de)位(wei)置精確可(ke)知，在GPS觀(guan)測中(zhong)，我們可(ke)得到(dao)(dao)衛(wei)星(xing)到(dao)(dao)接收機的(de)距離，利(li)用(yong)三維坐(zuo)標中(zhong)的(de)距離公式，利(li)用(yong)3顆衛(wei)星(xing)，就可(ke)以組(zu)成3個方程(cheng)式，解出觀(guan)測點的(de)位(wei)置(X,Y,Z)。考慮到(dao)(dao)衛(wei)星(xing)的(de)時鐘與(yu)接收機時鐘之(zhi)間的(de)誤差，實(shi)際上有4個未知數，X、Y、Z和時鐘差，因而需要引入第4顆衛(wei)星(xing)，形成4個方程(cheng)式進行求解，從而得到(dao)(dao)觀(guan)測點的(de)經緯度和高(gao)程(cheng)。

事實(shi)上(shang)，接(jie)收機往往可以(yi)鎖(suo)住4顆(ke)以(yi)上(shang)的衛星，這時，接(jie)收機可按衛星的星座分布分成若干組，每組4顆(ke)，然后(hou)通過算(suan)法(fa)挑選出誤差最(zui)小的一組用作定位，從而(er)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)位精度可提高到5米。

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車(che)用導航(hang)系統主(zhu)要由導航(hang)主(zhu)機和導航(hang)顯示終端兩部分構成。內置(zhi)的(de)GPS天線會接收到來自環(huan)繞(rao)地球的(de)24顆GPS衛(wei)星中的(de)至少3顆所傳遞的(de)數據信息，由此測定(ding)(ding)汽(qi)(qi)車(che)當前所處的(de)位置(zhi)。導航(hang)主(zhu)機通過GPS衛(wei)星信號確定(ding)(ding)的(de)位置(zhi)坐標與電(dian)子(zi)地圖數據相匹(pi)配(pei)，便可確定(ding)(ding)汽(qi)(qi)車(che)在電(dian)子(zi)地圖中的(de)準(zhun)確位置(zhi)。

在(zai)此基(ji)礎(chu)上(shang)(shang)，將(jiang)會實現(xian)行車(che)(che)導航、路線推薦、信(xin)息查(cha)詢、播放AV/TV等多種功能(neng)。駕駛者只須通過觀看(kan)顯(xian)示器(qi)上(shang)(shang)的(de)畫(hua)面、收聽(ting)語(yu)音提示，操縱手中的(de)遙控(kong)器(qi)即可實現(xian)上(shang)(shang)述功能(neng)，從而輕松自如地駕車(che)(che)。

全球(qiu)定(ding)(ding)位(wei)系(xi)統(tong)（Global Positioning System）是(shi)美(mei)國第二代衛(wei)(wei)星(xing)導(dao)航系(xi)統(tong)。是(shi)在子午儀衛(wei)(wei)星(xing)導(dao)航系(xi)統(tong)的(de)(de)基礎(chu)上發展起來(lai)的(de)(de)，它采(cai)納了子午儀系(xi)統(tong)的(de)(de)成功經驗(yan)。和子午儀系(xi)統(tong)一樣，全球(qiu)定(ding)(ding)位(wei)系(xi)統(tong)由空間部(bu)分(fen)、地面監控部(bu)分(fen)和用戶(hu)接收機(ji)三大(da)部(bu)分(fen)組(zu)成。

按目前的(de)(de)(de)方案，全(quan)(quan)球(qiu)(qiu)定位系統的(de)(de)(de)空間部(bu)分使用(yong)24顆高度約2.02萬千米的(de)(de)(de)衛星(xing)組成衛星(xing)星(xing)座。21+3顆衛星(xing)均(jun)為近圓形軌道(dao)(dao)，運行周期約為11小(xiao)時(shi)58分，分布在六個軌道(dao)(dao)面(mian)上（每(mei)軌道(dao)(dao)面(mian)四顆），軌道(dao)(dao)傾角為55度。衛星(xing)的(de)(de)(de)分布使得在全(quan)(quan)球(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)任何地方，任何時(shi)間都可觀(guan)測到(dao)四顆以上的(de)(de)(de)衛星(xing)，并能(neng)保持(chi)良好(hao)定位解算精度的(de)(de)(de)幾何圖形（DOP）。這就提供了在時(shi)間上連續的(de)(de)(de)全(quan)(quan)球(qiu)(qiu)導(dao)航能(neng)力。

地(di)面(mian)監控(kong)(kong)(kong)部(bu)分包括四(si)個監控(kong)(kong)(kong)站(zhan)、一個上行注(zhu)入(ru)站(zhan)和(he)一個主(zhu)(zhu)(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)。監控(kong)(kong)(kong)站(zhan)設(she)有GPS用戶接收機、原子(zi)鐘(zhong)、收集當地(di)氣象數據的(de)傳(chuan)感器和(he)進行數據初步處理的(de)計算(suan)機。監控(kong)(kong)(kong)站(zhan)的(de)主(zhu)(zhu)(zhu)要任(ren)(ren)務(wu)是(shi)取得衛星(xing)觀測(ce)數據并將這(zhe)(zhe)些數據傳(chuan)送至主(zhu)(zhu)(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)。主(zhu)(zhu)(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)設(she)在(zai)范(fan)登堡空(kong)軍(jun)(jun)基(ji)地(di)。它對(dui)地(di)面(mian)監控(kong)(kong)(kong)部(bu)實行全面(mian)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)。主(zhu)(zhu)(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)主(zhu)(zhu)(zhu)要任(ren)(ren)務(wu)是(shi)收集各監控(kong)(kong)(kong)站(zhan)對(dui)GPS衛星(xing)的(de)全部(bu)觀測(ce)數據，利(li)用這(zhe)(zhe)些數據計算(suan)每(mei)顆(ke)GPS衛星(xing)的(de)軌道和(he)衛星(xing)鐘(zhong)改正(zheng)值。上行注(zhu)入(ru)站(zhan)也設(she)在(zai)范(fan)登堡空(kong)軍(jun)(jun)基(ji)地(di)。它的(de)任(ren)(ren)務(wu)主(zhu)(zhu)(zhu)要是(shi)在(zai)每(mei)顆(ke)衛星(xing)運行至上空(kong)時把這(zhe)(zhe)類導航數據及(ji)主(zhu)(zhu)(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)的(de)指令注(zhu)入(ru)到衛星(xing)。這(zhe)(zhe)種注(zhu)入(ru)對(dui)每(mei)顆(ke)GPS衛星(xing)每(mei)天進行一次，并在(zai)衛星(xing)離開(kai)注(zhu)入(ru)站(zhan)作用范(fan)圍之前進行最后的(de)注(zhu)入(ru)。

全球(qiu)定位(wei)系(xi)統具有(you)性(xing)能好、精度高、應(ying)用(yong)廣的特點，是(shi)迄今(jin)最好的導(dao)航(hang)定位(wei)系(xi)統。隨著全球(qiu)定位(wei)系(xi)統的不斷改進(jin)，硬、軟件(jian)的不斷完善(shan)，應(ying)用(yong)領域正在不斷地(di)開拓(tuo)，目前已遍及(ji)國民經濟各(ge)種部(bu)門，并(bing)開始逐(zhu)步深入人們的日(ri)常生活。

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)程式中待測點坐(zuo)標x、y、z和Vto為(wei)未知(zhi)參數，其(qi)中di=c△ti(i=1、2、3、4)。

di(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到(dao)接收機(ji)之間的距離(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的信號到達接收機所經歷(li)的時(shi)間。

c為GPS信號(hao)的(de)傳播速度（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)分別為衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)1、衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)2、衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)3、衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)4在t時刻(ke)的空間直角坐標，可由衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)導航(hang)電文求得。

Vt i(i=1、2、3、4)分別為(wei)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)歷提供(gong)。

Vto為接收(shou)機的(de)鐘差。

由以上四(si)個方程即可解(jie)算出(chu)待測點(dian)的(de)坐標(biao)x、y、z和接收機(ji)的(de)鐘差Vto。

GPS的基(ji)本定位原理是：衛星(xing)不間(jian)斷地發(fa)送自身的星(xing)歷參數和(he)時間(jian)信息(xi)，用戶接(jie)收(shou)到這些信息(xi)后，經過(guo)計(ji)算求出(chu)接(jie)收(shou)機的三(san)維位置，三(san)維方向(xiang)以(yi)及運動速度(du)和(he)時間(jian)信息(xi)。