一、GPS定位系統是如何定位的

24顆(ke)GPS衛(wei)星在(zai)離地(di)面1萬2千公(gong)里的高空上，以12小時的周期環繞地(di)球運行，使得在(zai)任(ren)意時刻，在(zai)地(di)面上的任(ren)意一點(dian)都可以同時觀測(ce)到4顆(ke)以上的衛(wei)星。

由于衛(wei)(wei)星(xing)的(de)位置精確(que)可(ke)知(zhi)，在GPS觀(guan)測中，我們可(ke)得(de)到(dao)衛(wei)(wei)星(xing)到(dao)接收機的(de)距離，利用三(san)維坐標中的(de)距離公式，利用3顆(ke)衛(wei)(wei)星(xing)，就可(ke)以組成3個(ge)方程(cheng)(cheng)式，解出(chu)觀(guan)測點的(de)位置(X,Y,Z)。考慮到(dao)衛(wei)(wei)星(xing)的(de)時(shi)鐘與(yu)接收機時(shi)鐘之間的(de)誤差，實際(ji)上(shang)有4個(ge)未知(zhi)數，X、Y、Z和(he)時(shi)鐘差，因而需(xu)要引入第4顆(ke)衛(wei)(wei)星(xing)，形成4個(ge)方程(cheng)(cheng)式進行求(qiu)解，從而得(de)到(dao)觀(guan)測點的(de)經緯度和(he)高程(cheng)(cheng)。

事實上(shang)，接收(shou)機往(wang)往(wang)可以(yi)鎖(suo)住4顆以(yi)上(shang)的衛(wei)星(xing)，這時，接收(shou)機可按衛(wei)星(xing)的星(xing)座(zuo)分布分成(cheng)若(ruo)干組(zu)，每組(zu)4顆，然(ran)后通(tong)過算法(fa)挑選(xuan)出誤(wu)差最小的一組(zu)用作定位，從而提(ti)高精(jing)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(ke)提高(gao)到5米。

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車用導航(hang)系統主(zhu)(zhu)要由導航(hang)主(zhu)(zhu)機(ji)和導航(hang)顯(xian)示終(zhong)端兩部分構成。內置(zhi)(zhi)的(de)(de)GPS天線(xian)會接收到(dao)來自環繞地球的(de)(de)24顆GPS衛(wei)星中的(de)(de)至少(shao)3顆所(suo)傳(chuan)遞的(de)(de)數據(ju)信息，由此測定(ding)(ding)(ding)汽車當前(qian)所(suo)處的(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)。導航(hang)主(zhu)(zhu)機(ji)通過GPS衛(wei)星信號確定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)坐(zuo)標與電子地圖數據(ju)相匹配，便可確定(ding)(ding)(ding)汽車在電子地圖中的(de)(de)準確位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)。

在此(ci)基礎上，將會實現(xian)(xian)行車導航、路線(xian)推薦、信息查詢、播放AV/TV等多種(zhong)功能(neng)。駕(jia)駛者只須通過觀看(kan)顯示器上的畫面、收聽語音(yin)提示，操縱手中的遙(yao)控器即可實現(xian)(xian)上述功能(neng)，從而輕松自如地駕(jia)車。

全球(qiu)定位(wei)系統(tong)（Global Positioning System）是(shi)美國第二代衛(wei)星導(dao)航系統(tong)。是(shi)在子午儀衛(wei)星導(dao)航系統(tong)的基(ji)礎上發(fa)展(zhan)起來的，它(ta)采納了子午儀系統(tong)的成功經驗。和子午儀系統(tong)一樣，全球(qiu)定位(wei)系統(tong)由空(kong)間部(bu)分(fen)(fen)、地面(mian)監(jian)控部(bu)分(fen)(fen)和用戶接收(shou)機三(san)大部(bu)分(fen)(fen)組成。

按目前(qian)的(de)(de)方案，全(quan)(quan)球(qiu)定位系統的(de)(de)空(kong)間(jian)部分使用24顆高度約2.02萬千米的(de)(de)衛(wei)(wei)星(xing)(xing)組成(cheng)衛(wei)(wei)星(xing)(xing)星(xing)(xing)座。21+3顆衛(wei)(wei)星(xing)(xing)均為近圓形軌道，運(yun)行周期約為11小時58分，分布(bu)在(zai)六個(ge)軌道面(mian)上（每軌道面(mian)四顆），軌道傾角為55度。衛(wei)(wei)星(xing)(xing)的(de)(de)分布(bu)使得在(zai)全(quan)(quan)球(qiu)的(de)(de)任何(he)地方，任何(he)時間(jian)都可觀測(ce)到四顆以上的(de)(de)衛(wei)(wei)星(xing)(xing)，并能(neng)保(bao)持良好定位解算精度的(de)(de)幾何(he)圖形（DOP）。這就提供了在(zai)時間(jian)上連續的(de)(de)全(quan)(quan)球(qiu)導航能(neng)力。

地(di)(di)(di)面(mian)(mian)監控(kong)(kong)(kong)部(bu)分包括四個監控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)、一個上(shang)行(xing)注(zhu)入(ru)(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)和一個主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)。監控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)設有GPS用(yong)戶接收(shou)機、原子鐘(zhong)(zhong)、收(shou)集當地(di)(di)(di)氣象數(shu)據的(de)(de)(de)傳(chuan)感(gan)器和進行(xing)數(shu)據初步處(chu)理(li)的(de)(de)(de)計(ji)算機。監控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)主(zhu)要任(ren)務是取得衛(wei)星觀測數(shu)據并(bing)將這些(xie)數(shu)據傳(chuan)送至主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)。主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)設在(zai)(zai)范(fan)登堡空軍基(ji)地(di)(di)(di)。它(ta)對地(di)(di)(di)面(mian)(mian)監控(kong)(kong)(kong)部(bu)實行(xing)全面(mian)(mian)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)。主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)主(zhu)要任(ren)務是收(shou)集各監控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)對GPS衛(wei)星的(de)(de)(de)全部(bu)觀測數(shu)據，利用(yong)這些(xie)數(shu)據計(ji)算每(mei)顆GPS衛(wei)星的(de)(de)(de)軌道和衛(wei)星鐘(zhong)(zhong)改正值。上(shang)行(xing)注(zhu)入(ru)(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)也設在(zai)(zai)范(fan)登堡空軍基(ji)地(di)(di)(di)。它(ta)的(de)(de)(de)任(ren)務主(zhu)要是在(zai)(zai)每(mei)顆衛(wei)星運行(xing)至上(shang)空時(shi)把這類導航數(shu)據及(ji)主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)指(zhi)令注(zhu)入(ru)(ru)到(dao)衛(wei)星。這種注(zhu)入(ru)(ru)對每(mei)顆GPS衛(wei)星每(mei)天進行(xing)一次，并(bing)在(zai)(zai)衛(wei)星離開注(zhu)入(ru)(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)作用(yong)范(fan)圍之前進行(xing)最(zui)后的(de)(de)(de)注(zhu)入(ru)(ru)。

全(quan)(quan)球定(ding)位(wei)系(xi)(xi)統(tong)具(ju)有性能好、精度高、應用(yong)廣的(de)(de)特點，是迄今最好的(de)(de)導航定(ding)位(wei)系(xi)(xi)統(tong)。隨(sui)著全(quan)(quan)球定(ding)位(wei)系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)不斷改進，硬、軟件(jian)的(de)(de)不斷完(wan)善，應用(yong)領域正在不斷地開拓，目(mu)前已遍(bian)及國(guo)民經濟各種部(bu)門，并開始逐(zhu)步深入人(ren)們的(de)(de)日常生(sheng)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(shang)述四個方程式中待(dai)測點坐標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)分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4的信號(hao)到(dao)達(da)接收(shou)機(ji)所經(jing)歷的時(shi)間(jian)。

c為(wei)GPS信號的傳播速(su)度（即光(guang)速(su)）。

四個(ge)方程式中各個(ge)參數意義如下：

x、y、z為待測點坐(zuo)(zuo)標的空間(jian)直角坐(zuo)(zuo)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(zai)t時刻的空間直角坐標，可(ke)由衛(wei)星導(dao)航電文求得。

Vt i(i=1、2、3、4)分別為衛(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)鐘的鐘差，由衛(wei)星(xing)(xing)星(xing)(xing)歷(li)提供。

Vto為接收機的鐘(zhong)差。

由以上四個方程即可解算出待測(ce)點的坐標x、y、z和(he)接收機的鐘差(cha)Vto。

GPS的(de)(de)基本定(ding)位原(yuan)理(li)是(shi)：衛星(xing)不間(jian)斷地發送自身的(de)(de)星(xing)歷參(can)數和時間(jian)信息，用戶(hu)接收(shou)到這些信息后，經過計算求出接收(shou)機的(de)(de)三維位置，三維方向以及(ji)運動(dong)速度和時間(jian)信息。