一、GPS定位系統是如何定位的

24顆(ke)GPS衛星在(zai)離地面1萬2千公里的(de)高空上(shang)(shang)(shang)，以12小時的(de)周期環(huan)繞地球(qiu)運行，使(shi)得在(zai)任意時刻，在(zai)地面上(shang)(shang)(shang)的(de)任意一點都(dou)可以同時觀測到4顆(ke)以上(shang)(shang)(shang)的(de)衛星。

由(you)于衛(wei)星的位置精(jing)確可知，在GPS觀測(ce)中(zhong)，我們可得(de)到衛(wei)星到接(jie)收機(ji)的距離，利(li)(li)用(yong)(yong)三(san)維坐標中(zhong)的距離公式，利(li)(li)用(yong)(yong)3顆衛(wei)星，就可以組成(cheng)3個(ge)方程式，解出觀測(ce)點(dian)的位置(X,Y,Z)。考慮(lv)到衛(wei)星的時鐘與(yu)接(jie)收機(ji)時鐘之間的誤差，實際上有4個(ge)未知數，X、Y、Z和時鐘差，因(yin)而需要引入第4顆衛(wei)星，形成(cheng)4個(ge)方程式進行求解，從而得(de)到觀測(ce)點(dian)的經(jing)緯(wei)度(du)和高程。

事實(shi)上(shang)，接(jie)收機(ji)(ji)往往可以鎖住4顆以上(shang)的衛(wei)星，這(zhe)時(shi)，接(jie)收機(ji)(ji)可按衛(wei)星的星座分布分成若(ruo)干組，每組4顆，然(ran)后通過算法(fa)挑選出(chu)誤差(cha)最小(xiao)的一組用作定位，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，定位精度可提高到5米(mi)。

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車用(yong)導航系統主要由導航主機和導航顯示(shi)終(zhong)端兩(liang)部分構成。內置(zhi)(zhi)的(de)(de)GPS天線會接(jie)收到來自(zi)環繞地(di)球的(de)(de)24顆GPS衛星中的(de)(de)至少3顆所傳遞的(de)(de)數(shu)據信息，由此(ci)測定汽(qi)車當前所處(chu)的(de)(de)位置(zhi)(zhi)。導航主機通過GPS衛星信號確定的(de)(de)位置(zhi)(zhi)坐標與電子地(di)圖(tu)(tu)數(shu)據相匹配，便可確定汽(qi)車在(zai)電子地(di)圖(tu)(tu)中的(de)(de)準確位置(zhi)(zhi)。

在此基(ji)礎上，將會實現(xian)行車(che)導航、路線推(tui)薦、信息查詢、播放AV/TV等多種功能。駕駛(shi)者只須通過觀看顯(xian)示器(qi)上的畫(hua)面(mian)、收聽語音提示，操縱手中的遙控器(qi)即可實現(xian)上述功能，從而輕松自如地駕車(che)。

全球定位系(xi)統（Global Positioning System）是美國第二代衛星導(dao)航系(xi)統。是在子(zi)午(wu)儀衛星導(dao)航系(xi)統的(de)基礎(chu)上發(fa)展起來的(de)，它采(cai)納了子(zi)午(wu)儀系(xi)統的(de)成功經(jing)驗。和(he)子(zi)午(wu)儀系(xi)統一樣，全球定位系(xi)統由空間部分(fen)(fen)、地面監控部分(fen)(fen)和(he)用戶接收機三大部分(fen)(fen)組成。

按目(mu)前的(de)方案，全球定位系統的(de)空間(jian)(jian)部分使用24顆(ke)高度約2.02萬(wan)千(qian)米的(de)衛星(xing)(xing)組成衛星(xing)(xing)星(xing)(xing)座(zuo)。21+3顆(ke)衛星(xing)(xing)均為(wei)近圓形軌(gui)道(dao)，運行周期約為(wei)11小(xiao)時58分，分布在六個軌(gui)道(dao)面上(shang)(shang)(shang)（每軌(gui)道(dao)面四顆(ke)），軌(gui)道(dao)傾角為(wei)55度。衛星(xing)(xing)的(de)分布使得在全球的(de)任何地方，任何時間(jian)(jian)都(dou)可觀測到四顆(ke)以上(shang)(shang)(shang)的(de)衛星(xing)(xing)，并能(neng)保持良好定位解(jie)算精度的(de)幾何圖形（DOP）。這(zhe)就提供了在時間(jian)(jian)上(shang)(shang)(shang)連(lian)續的(de)全球導(dao)航能(neng)力(li)。

地面監(jian)(jian)控(kong)(kong)部分包括(kuo)四個監(jian)(jian)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)、一個上行(xing)(xing)(xing)注(zhu)入站(zhan)(zhan)和一個主(zhu)(zhu)(zhu)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)。監(jian)(jian)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)設有GPS用(yong)戶接收(shou)機(ji)、原子(zi)鐘(zhong)、收(shou)集(ji)當地氣象數據(ju)的(de)(de)(de)傳感器和進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)數據(ju)初步(bu)處理(li)的(de)(de)(de)計算機(ji)。監(jian)(jian)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)(zhu)要任(ren)務(wu)是(shi)取得衛(wei)星(xing)(xing)觀測數據(ju)并將這(zhe)些數據(ju)傳送至(zhi)主(zhu)(zhu)(zhu)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)。主(zhu)(zhu)(zhu)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)設在(zai)范登堡空(kong)軍(jun)基(ji)地。它對(dui)(dui)地面監(jian)(jian)控(kong)(kong)部實行(xing)(xing)(xing)全面控(kong)(kong)制。主(zhu)(zhu)(zhu)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)主(zhu)(zhu)(zhu)要任(ren)務(wu)是(shi)收(shou)集(ji)各監(jian)(jian)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)對(dui)(dui)GPS衛(wei)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)全部觀測數據(ju)，利用(yong)這(zhe)些數據(ju)計算每顆(ke)GPS衛(wei)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)軌道和衛(wei)星(xing)(xing)鐘(zhong)改正值。上行(xing)(xing)(xing)注(zhu)入站(zhan)(zhan)也設在(zai)范登堡空(kong)軍(jun)基(ji)地。它的(de)(de)(de)任(ren)務(wu)主(zhu)(zhu)(zhu)要是(shi)在(zai)每顆(ke)衛(wei)星(xing)(xing)運行(xing)(xing)(xing)至(zhi)上空(kong)時把這(zhe)類導(dao)航數據(ju)及(ji)主(zhu)(zhu)(zhu)控(kong)(kong)站(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)指令注(zhu)入到衛(wei)星(xing)(xing)。這(zhe)種注(zhu)入對(dui)(dui)每顆(ke)GPS衛(wei)星(xing)(xing)每天(tian)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)一次，并在(zai)衛(wei)星(xing)(xing)離開注(zhu)入站(zhan)(zhan)作用(yong)范圍之前進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)最后(hou)的(de)(de)(de)注(zhu)入。

全(quan)球定位系統具有性能(neng)好、精度(du)高、應用廣的特點，是迄今最好的導航定位系統。隨著全(quan)球定位系統的不斷(duan)改進，硬、軟件的不斷(duan)完(wan)善，應用領域正(zheng)在(zai)不斷(duan)地(di)開拓，目前已遍及(ji)國民經濟各種(zhong)部門，并開始逐步深入人們的日常生活。

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(si)個方程式中待(dai)測點(dian)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)分別(bie)為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4到接收(shou)機之間的距(ju)離(li)。

△ti(i=1、2、3、4)分(fen)別為衛星(xing)(xing)1、衛星(xing)(xing)2、衛星(xing)(xing)3、衛星(xing)(xing)4的信號到(dao)達接收機所經歷的時間。

c為GPS信號的傳播速度（即光速）。

四個方程式中各個參數意(yi)義如下：

x、y、z為(wei)待測(ce)點坐標的空間直(zhi)角坐標。

xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分別為衛(wei)星1、衛(wei)星2、衛(wei)星3、衛(wei)星4在t時刻(ke)的空(kong)間(jian)直角(jiao)坐標，可由衛(wei)星導航電(dian)文求得。

Vt i(i=1、2、3、4)分(fen)別(bie)為衛(wei)星(xing)(xing)1、衛(wei)星(xing)(xing)2、衛(wei)星(xing)(xing)3、衛(wei)星(xing)(xing)4的衛(wei)星(xing)(xing)鐘(zhong)的鐘(zhong)差(cha)，由衛(wei)星(xing)(xing)星(xing)(xing)歷提供。

Vto為接收機的鐘差。

由以(yi)上四(si)個(ge)方(fang)程即(ji)可(ke)解(jie)算出待測(ce)點的(de)(de)坐標(biao)x、y、z和接收機的(de)(de)鐘差Vto。

GPS的(de)(de)基本定(ding)位原理(li)是：衛星不(bu)間(jian)斷(duan)地發送自身的(de)(de)星歷參(can)數和時間(jian)信(xin)息(xi)，用戶接收(shou)(shou)到這些(xie)信(xin)息(xi)后，經過計(ji)算求(qiu)出(chu)接收(shou)(shou)機的(de)(de)三維(wei)位置，三維(wei)方向以(yi)及運(yun)動速(su)度和時間(jian)信(xin)息(xi)。