一、GPS定位系統是如何定位的

24顆(ke)GPS衛(wei)星在(zai)(zai)離地面1萬(wan)2千公里(li)的(de)高空上，以12小時(shi)(shi)的(de)周期(qi)環繞地球運行(xing)，使(shi)得在(zai)(zai)任(ren)意(yi)時(shi)(shi)刻，在(zai)(zai)地面上的(de)任(ren)意(yi)一點都可以同時(shi)(shi)觀測到(dao)4顆(ke)以上的(de)衛(wei)星。

由于衛(wei)(wei)星的(de)位(wei)置精確可知(zhi)，在GPS觀(guan)測中，我(wo)們(men)可得到(dao)衛(wei)(wei)星到(dao)接(jie)(jie)收機(ji)的(de)距(ju)離(li)，利用三維坐標中的(de)距(ju)離(li)公式(shi)，利用3顆衛(wei)(wei)星，就可以組成3個方程式(shi)，解(jie)(jie)出觀(guan)測點(dian)(dian)的(de)位(wei)置(X,Y,Z)。考(kao)慮到(dao)衛(wei)(wei)星的(de)時鐘與接(jie)(jie)收機(ji)時鐘之間的(de)誤差(cha)，實際(ji)上有4個未知(zhi)數，X、Y、Z和(he)時鐘差(cha)，因而需要引入第4顆衛(wei)(wei)星，形(xing)成4個方程式(shi)進行求解(jie)(jie)，從而得到(dao)觀(guan)測點(dian)(dian)的(de)經緯度和(he)高程。

事實上(shang)，接(jie)收(shou)機(ji)往往可以鎖(suo)住4顆以上(shang)的衛(wei)星，這時，接(jie)收(shou)機(ji)可按衛(wei)星的星座分(fen)布(bu)分(fen)成若干組，每組4顆，然后通過算(suan)法挑選(xuan)出誤差最小的一組用作定位，從而提(ti)高精度(du)。

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(gao)到5米。

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車(che)用導(dao)航(hang)(hang)系統主(zhu)要由(you)導(dao)航(hang)(hang)主(zhu)機(ji)和導(dao)航(hang)(hang)顯(xian)示終端兩部分構(gou)成(cheng)。內置的(de)(de)GPS天線會(hui)接收到來自環繞地球的(de)(de)24顆GPS衛星(xing)(xing)中(zhong)的(de)(de)至(zhi)少3顆所傳遞(di)的(de)(de)數據信息(xi)，由(you)此測定(ding)(ding)汽車(che)當前所處的(de)(de)位(wei)置。導(dao)航(hang)(hang)主(zhu)機(ji)通(tong)過GPS衛星(xing)(xing)信號確(que)定(ding)(ding)的(de)(de)位(wei)置坐(zuo)標(biao)與電子地圖數據相匹配(pei)，便可確(que)定(ding)(ding)汽車(che)在電子地圖中(zhong)的(de)(de)準確(que)位(wei)置。

在此(ci)基礎上，將會實現行車(che)導航、路(lu)線推薦、信(xin)息查詢、播放AV/TV等多種功能(neng)。駕(jia)駛者只須通(tong)過觀看(kan)顯示器上的(de)畫面、收聽語音提示，操縱手中的(de)遙控(kong)器即(ji)可實現上述功能(neng)，從而輕松自如地駕(jia)車(che)。

全球(qiu)定位系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)（Global Positioning System）是美國第(di)二代衛(wei)星(xing)導(dao)航系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)。是在子(zi)(zi)午(wu)儀(yi)(yi)衛(wei)星(xing)導(dao)航系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)基礎上發展(zhan)起來的(de)(de)，它采納了子(zi)(zi)午(wu)儀(yi)(yi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)成功(gong)經驗。和子(zi)(zi)午(wu)儀(yi)(yi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)一樣(yang)，全球(qiu)定位系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)由(you)空間(jian)部分(fen)、地(di)面監控(kong)部分(fen)和用戶接收機三(san)大部分(fen)組成。

按(an)目前的(de)(de)(de)方(fang)案，全球定位系統的(de)(de)(de)空間(jian)部(bu)分使用24顆(ke)高度(du)約(yue)2.02萬千米的(de)(de)(de)衛星組成衛星星座。21+3顆(ke)衛星均為近圓形軌道，運行周期(qi)約(yue)為11小時58分，分布在六個軌道面(mian)(mian)上（每軌道面(mian)(mian)四顆(ke)），軌道傾角為55度(du)。衛星的(de)(de)(de)分布使得(de)在全球的(de)(de)(de)任何(he)地方(fang)，任何(he)時間(jian)都可觀(guan)測到四顆(ke)以上的(de)(de)(de)衛星，并能保(bao)持良好定位解(jie)算精度(du)的(de)(de)(de)幾何(he)圖形（DOP）。這就(jiu)提供了在時間(jian)上連(lian)續的(de)(de)(de)全球導(dao)航(hang)能力。

地(di)面(mian)監(jian)(jian)控(kong)部分包括四(si)個監(jian)(jian)控(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)、一個上(shang)行(xing)(xing)(xing)(xing)注(zhu)入站(zhan)(zhan)(zhan)和一個主(zhu)(zhu)控(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)。監(jian)(jian)控(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)設(she)(she)有GPS用戶接收(shou)機(ji)、原子(zi)鐘、收(shou)集當地(di)氣象數(shu)(shu)據(ju)的(de)(de)(de)傳感器和進行(xing)(xing)(xing)(xing)數(shu)(shu)據(ju)初步處理(li)的(de)(de)(de)計算機(ji)。監(jian)(jian)控(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)要(yao)任務(wu)(wu)是取得衛星(xing)(xing)(xing)(xing)觀(guan)測數(shu)(shu)據(ju)并將這些數(shu)(shu)據(ju)傳送至(zhi)主(zhu)(zhu)控(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)。主(zhu)(zhu)控(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)設(she)(she)在(zai)范(fan)登(deng)堡空軍(jun)基地(di)。它(ta)對地(di)面(mian)監(jian)(jian)控(kong)部實行(xing)(xing)(xing)(xing)全(quan)面(mian)控(kong)制。主(zhu)(zhu)控(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)主(zhu)(zhu)要(yao)任務(wu)(wu)是收(shou)集各監(jian)(jian)控(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)對GPS衛星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)全(quan)部觀(guan)測數(shu)(shu)據(ju)，利用這些數(shu)(shu)據(ju)計算每顆GPS衛星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)軌道和衛星(xing)(xing)(xing)(xing)鐘改正值。上(shang)行(xing)(xing)(xing)(xing)注(zhu)入站(zhan)(zhan)(zhan)也設(she)(she)在(zai)范(fan)登(deng)堡空軍(jun)基地(di)。它(ta)的(de)(de)(de)任務(wu)(wu)主(zhu)(zhu)要(yao)是在(zai)每顆衛星(xing)(xing)(xing)(xing)運行(xing)(xing)(xing)(xing)至(zhi)上(shang)空時把這類導航數(shu)(shu)據(ju)及主(zhu)(zhu)控(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)指令注(zhu)入到衛星(xing)(xing)(xing)(xing)。這種注(zhu)入對每顆GPS衛星(xing)(xing)(xing)(xing)每天進行(xing)(xing)(xing)(xing)一次，并在(zai)衛星(xing)(xing)(xing)(xing)離開注(zhu)入站(zhan)(zhan)(zhan)作用范(fan)圍(wei)之前(qian)進行(xing)(xing)(xing)(xing)最(zui)后的(de)(de)(de)注(zhu)入。

全球(qiu)定(ding)(ding)位系(xi)統(tong)具有(you)性(xing)能(neng)好、精度(du)高(gao)、應(ying)(ying)用廣(guang)的特(te)點，是迄今最好的導航定(ding)(ding)位系(xi)統(tong)。隨著全球(qiu)定(ding)(ding)位系(xi)統(tong)的不(bu)斷改進，硬(ying)、軟件的不(bu)斷完善，應(ying)(ying)用領域(yu)正在不(bu)斷地開拓，目前已(yi)遍及國民(min)經濟各種部(bu)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)

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

di(i=1、2、3、4)分(fen)別為衛(wei)星1、衛(wei)星2、衛(wei)星3、衛(wei)星4到接收機之間(jian)的距離(li)。

△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(xin)號到達(da)接收機所經(jing)歷(li)的時間。

c為GPS信號(hao)的傳播速(su)度（即光速(su)）。

四個方(fang)程(cheng)式中(zhong)各個參數意義如下：

x、y、z為待(dai)測點(dian)坐標的空(kong)間(jian)直角(jiao)坐標。

xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分別為(wei)衛星1、衛星2、衛星3、衛星4在t時(shi)刻的空間直角坐標，可由(you)衛星導航(hang)電(dian)文求得。

Vt i(i=1、2、3、4)分(fen)別為衛星(xing)1、衛星(xing)2、衛星(xing)3、衛星(xing)4的衛星(xing)鐘的鐘差(cha)，由衛星(xing)星(xing)歷提供。

Vto為接收機的鐘差(cha)。

由以上四個方(fang)程即(ji)可解(jie)算出待(dai)測點的(de)坐標(biao)x、y、z和接收機的(de)鐘差Vto。

GPS的基本定位原理是(shi)：衛星不間斷(duan)地(di)發送自身的星歷參數和(he)時(shi)間信息，用戶接(jie)收到這些信息后，經過計(ji)算求出接(jie)收機的三維位置，三維方向以(yi)及(ji)運動(dong)速度和(he)時(shi)間信息。