一、GPS定位系統(tǒng)是如何定位的

24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上,，以12小時的周期環(huán)繞地球運(yùn)行,，使得在任意時刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星,。

由于衛(wèi)星的位置精確可知,，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離,，利用三維坐標(biāo)中的距離公式,，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個方程式,，解出觀測點(diǎn)的位置(X,Y,Z),。考慮到衛(wèi)星的時鐘與接收機(jī)時鐘之間的誤差,，實(shí)際上有4個未知數(shù),，X、Y,、Z和時鐘差,，因而需要引入第4顆衛(wèi)星,，形成4個方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程,。

事實(shí)上,，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時,，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組,，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位,，從而提高精度,。

由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道,、衛(wèi)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(hù)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(shù),，建立基準(zhǔn)站(差分臺)進(jìn)行GPS觀測，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo),，與觀測值進(jìn)行比較,，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布,。接收機(jī)收到該修正數(shù)后,，與自身的觀測值進(jìn)行比較，消去大部分誤差,，得到一個比較準(zhǔn)確的位置,。實(shí)驗表明，利用差分GPS,，定位精度可提高到5米,。

車用導(dǎo)航系統(tǒng)主要由導(dǎo)航主機(jī)和導(dǎo)航顯示終端兩部分構(gòu)成。內(nèi)置的GPS天線會接收到來自環(huán)繞地球的24顆GPS衛(wèi)星中的至少3顆所傳遞的數(shù)據(jù)信息,，由此測定汽車當(dāng)前所處的位置,。導(dǎo)航主機(jī)通過GPS衛(wèi)星信號確定的位置坐標(biāo)與電子地圖數(shù)據(jù)相匹配，便可確定汽車在電子地圖中的準(zhǔn)確位置,。

在此基礎(chǔ)上,，將會實(shí)現(xiàn)行車導(dǎo)航、路線推薦,、信息查詢,、播放AV/TV等多種功能,。駕駛者只須通過觀看顯示器上的畫面、收聽語音提示,，操縱手中的遙控器即可實(shí)現(xiàn)上述功能,，從而輕松自如地駕車。

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),。是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗。和子午儀系統(tǒng)一樣,，全球定位系統(tǒng)由空間部分,、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。

按目前的方案,，全球定位系統(tǒng)的空間部分使用24顆高度約2.02萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座,。21 3顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運(yùn)行周期約為11小時58分,，分布在六個軌道面上（每軌道面四顆）,，軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方,，任何時間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星,，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（DOP）。這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?/p>

地面監(jiān)控部分包括四個監(jiān)控站,、一個上行注入站和一個主控站,。監(jiān)控站設(shè)有GPS用戶接收機(jī)、原子鐘,、收集當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)的傳感器和進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理的計算機(jī),。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。主控站設(shè)在范登堡空軍基地,。它對地面監(jiān)控部實(shí)行全面控制,。主控站主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對GPS衛(wèi)星的全部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值,。上行注入站也設(shè)在范登堡空軍基地,。它的任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時把這類導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站的指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS衛(wèi)星每天進(jìn)行一次,，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入,。

全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高,、應(yīng)用廣的特點(diǎn),，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn),，硬,、軟件的不斷完善,，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經(jīng)濟(jì)各種部門,，并開始逐步深入人們的日常生活,。

二、GPS導(dǎo)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)

上述四個方程式中待測點(diǎn)坐標(biāo)x,、y,、z和Vto為未知參數(shù)，其中di=c△ti(i=1,、2,、3、4),。

di(i=1,、2、3,、4)分別為衛(wèi)星1,、衛(wèi)星2,、衛(wèi)星3,、衛(wèi)星4到接收機(jī)之間的距離。

△ti(i=1,、2,、3、4)分別為衛(wèi)星1,、衛(wèi)星2,、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的信號到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)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(shù)意義如下：

x、y,、z為待測點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo),。

xi、yi,、zi(i=1,、2、3,、4)分別為衛(wèi)星1,、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3,、衛(wèi)星4在t時刻的空間直角坐標(biāo),，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得,。

Vt i(i=1、2,、3,、4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2,、衛(wèi)星3,、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供,。

Vto為接收機(jī)的鐘差,。

由以上四個方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標(biāo)x、y,、z和接收機(jī)的鐘差Vto,。

GPS的基本定位原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后,，經(jīng)過計算求出接收機(jī)的三維位置,，三維方向以及運(yùn)動速度和時間信息。

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