一、GPS定位系統是如何定位的

24顆(ke)GPS衛(wei)星(xing)在(zai)離地(di)面1萬2千公里(li)的高空上(shang)(shang)，以(yi)12小(xiao)時(shi)的周期環繞地(di)球運行，使得在(zai)任意(yi)時(shi)刻，在(zai)地(di)面上(shang)(shang)的任意(yi)一(yi)點都可以(yi)同時(shi)觀測到4顆(ke)以(yi)上(shang)(shang)的衛(wei)星(xing)。

由于衛星(xing)的位(wei)置(zhi)精確可知，在GPS觀測中，我們可得到(dao)衛星(xing)到(dao)接(jie)收機(ji)的距離，利(li)用三(san)維坐(zuo)標中的距離公式(shi)，利(li)用3顆衛星(xing)，就可以組成3個方程式(shi)，解出觀測點的位(wei)置(zhi)(X,Y,Z)。考慮到(dao)衛星(xing)的時鐘與(yu)接(jie)收機(ji)時鐘之(zhi)間的誤差(cha)(cha)，實際上有(you)4個未知數，X、Y、Z和時鐘差(cha)(cha)，因而需要(yao)引入第(di)4顆衛星(xing)，形成4個方程式(shi)進(jin)行求解，從而得到(dao)觀測點的經緯度和高程。

事(shi)實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的(de)衛星(xing)，這時，接收機可按衛星(xing)的(de)星(xing)座分布分成(cheng)若干組，每組4顆，然后(hou)通(tong)過算法挑選出誤差(cha)最小的(de)一(yi)組用作定位，從而(er)提高精度(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(ding)位(wei)精度(du)可提高到5米。

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車用導(dao)航系(xi)統主要由(you)導(dao)航主機和導(dao)航顯示終(zhong)端(duan)兩部分構成。內置(zhi)(zhi)的(de)(de)GPS天線會接收到來自環繞地(di)(di)球(qiu)的(de)(de)24顆GPS衛星(xing)中的(de)(de)至少3顆所傳遞的(de)(de)數據信息(xi)，由(you)此測(ce)定(ding)(ding)汽(qi)車當(dang)前所處的(de)(de)位置(zhi)(zhi)。導(dao)航主機通(tong)過(guo)GPS衛星(xing)信號(hao)確定(ding)(ding)的(de)(de)位置(zhi)(zhi)坐標與電(dian)子地(di)(di)圖數據相匹配，便可(ke)確定(ding)(ding)汽(qi)車在電(dian)子地(di)(di)圖中的(de)(de)準確位置(zhi)(zhi)。

在此基礎上，將(jiang)會實(shi)現(xian)行車(che)導航、路(lu)線推薦、信息(xi)查詢、播放AV/TV等多種功能(neng)。駕駛者只須通(tong)過觀看顯(xian)示器(qi)上的畫面、收聽語(yu)音提示，操縱手中(zhong)的遙控器(qi)即可實(shi)現(xian)上述(shu)功能(neng)，從而輕松自如地駕車(che)。

全球定位系(xi)(xi)統（Global Positioning System）是美國第(di)二(er)代衛(wei)(wei)星(xing)導航系(xi)(xi)統。是在子(zi)(zi)午(wu)儀(yi)衛(wei)(wei)星(xing)導航系(xi)(xi)統的(de)基礎上(shang)發(fa)展起來的(de)，它采納了子(zi)(zi)午(wu)儀(yi)系(xi)(xi)統的(de)成功經驗。和子(zi)(zi)午(wu)儀(yi)系(xi)(xi)統一樣(yang)，全球定位系(xi)(xi)統由(you)空間(jian)部分(fen)、地(di)面(mian)監(jian)控(kong)部分(fen)和用戶接收(shou)機三大部分(fen)組成。

按目前的(de)方(fang)案(an)，全(quan)球定位(wei)系統(tong)的(de)空間部分(fen)使用(yong)24顆高度(du)約2.02萬千(qian)米的(de)衛(wei)星(xing)組(zu)成衛(wei)星(xing)星(xing)座。21+3顆衛(wei)星(xing)均(jun)為(wei)近圓形軌道(dao)，運行(xing)周(zhou)期約為(wei)11小時58分(fen)，分(fen)布(bu)在(zai)六(liu)個軌道(dao)面上(shang)（每軌道(dao)面四(si)顆），軌道(dao)傾角為(wei)55度(du)。衛(wei)星(xing)的(de)分(fen)布(bu)使得在(zai)全(quan)球的(de)任何地方(fang)，任何時間都可(ke)觀測到(dao)四(si)顆以上(shang)的(de)衛(wei)星(xing)，并(bing)能(neng)保持良好定位(wei)解(jie)算(suan)精度(du)的(de)幾何圖形（DOP）。這就(jiu)提供(gong)了在(zai)時間上(shang)連續的(de)全(quan)球導航能(neng)力。

地(di)面監(jian)(jian)控部(bu)分(fen)包(bao)括四個監(jian)(jian)控站(zhan)、一個上(shang)行(xing)(xing)注(zhu)入(ru)(ru)(ru)站(zhan)和(he)一個主控站(zhan)。監(jian)(jian)控站(zhan)設有GPS用(yong)戶接收機、原子鐘、收集(ji)當地(di)氣象(xiang)數(shu)據(ju)(ju)(ju)的(de)(de)傳感器和(he)進行(xing)(xing)數(shu)據(ju)(ju)(ju)初步處理的(de)(de)計算機。監(jian)(jian)控站(zhan)的(de)(de)主要任(ren)(ren)務是取得(de)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)觀測數(shu)據(ju)(ju)(ju)并將這(zhe)(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)(ju)(ju)傳送至(zhi)主控站(zhan)。主控站(zhan)設在范(fan)登堡空軍(jun)基(ji)地(di)。它對(dui)地(di)面監(jian)(jian)控部(bu)實(shi)行(xing)(xing)全面控制(zhi)。主控站(zhan)主要任(ren)(ren)務是收集(ji)各(ge)監(jian)(jian)控站(zhan)對(dui)GPS衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)的(de)(de)全部(bu)觀測數(shu)據(ju)(ju)(ju)，利用(yong)這(zhe)(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)(ju)(ju)計算每顆GPS衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)的(de)(de)軌道和(he)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)鐘改(gai)正(zheng)值。上(shang)行(xing)(xing)注(zhu)入(ru)(ru)(ru)站(zhan)也設在范(fan)登堡空軍(jun)基(ji)地(di)。它的(de)(de)任(ren)(ren)務主要是在每顆衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)運(yun)行(xing)(xing)至(zhi)上(shang)空時把這(zhe)(zhe)類(lei)導航(hang)數(shu)據(ju)(ju)(ju)及主控站(zhan)的(de)(de)指令注(zhu)入(ru)(ru)(ru)到(dao)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)。這(zhe)(zhe)種(zhong)注(zhu)入(ru)(ru)(ru)對(dui)每顆GPS衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)每天進行(xing)(xing)一次，并在衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)離開注(zhu)入(ru)(ru)(ru)站(zhan)作用(yong)范(fan)圍(wei)之前進行(xing)(xing)最后的(de)(de)注(zhu)入(ru)(ru)(ru)。

全(quan)球(qiu)定位系(xi)統具有性能(neng)好、精度高、應(ying)用廣的(de)特點，是迄今(jin)最好的(de)導航定位系(xi)統。隨著全(quan)球(qiu)定位系(xi)統的(de)不斷改(gai)進，硬、軟件的(de)不斷完(wan)善(shan)，應(ying)用領域正在不斷地(di)開拓(tuo)，目前已(yi)遍及國民(min)經濟(ji)各種部門(men)，并開始逐步深入(ru)人們(men)的(de)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(shu)四個方程式(shi)中(zhong)待測點坐標x、y、z和Vto為未知參數(shu)，其中(zhong)di=c△ti(i=1、2、3、4)。

di(i=1、2、3、4)分別為衛星(xing)1、衛星(xing)2、衛星(xing)3、衛星(xing)4到(dao)接(jie)收機之間的(de)距離。

△ti(i=1、2、3、4)分別(bie)為(wei)衛(wei)(wei)星(xing)1、衛(wei)(wei)星(xing)2、衛(wei)(wei)星(xing)3、衛(wei)(wei)星(xing)4的信號到達接收機所(suo)經歷(li)的時間。

c為GPS信號的傳(chuan)播速度（即光(guang)速）。

四個方程(cheng)式中(zhong)各個參數意義如下(xia)：

x、y、z為(wei)待測點坐(zuo)標的空間直(zhi)角坐(zuo)標。

xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分(fen)別為衛(wei)(wei)星(xing)1、衛(wei)(wei)星(xing)2、衛(wei)(wei)星(xing)3、衛(wei)(wei)星(xing)4在t時刻的空間(jian)直(zhi)角坐(zuo)標，可由衛(wei)(wei)星(xing)導航電文(wen)求(qiu)得。

Vt i(i=1、2、3、4)分別為衛(wei)星1、衛(wei)星2、衛(wei)星3、衛(wei)星4的(de)衛(wei)星鐘(zhong)的(de)鐘(zhong)差，由衛(wei)星星歷提供(gong)。

Vto為接收機的鐘差(cha)。

由以上四(si)個方程即可解(jie)算出待(dai)測點的坐(zuo)標x、y、z和接收機(ji)的鐘差Vto。

GPS的基本定位原理是：衛星(xing)(xing)不間斷地發送自身的星(xing)(xing)歷參數和時間信(xin)息(xi)，用戶接收到(dao)這(zhe)些信(xin)息(xi)后(hou)，經過計算求出接收機(ji)的三維(wei)位置，三維(wei)方向以及運動速度和時間信(xin)息(xi)。