一、GPS定位系統是如何定位的

24顆(ke)GPS衛星在(zai)離地(di)面1萬2千公里的(de)高(gao)空上，以12小時(shi)的(de)周期(qi)環繞地(di)球(qiu)運行，使得在(zai)任意時(shi)刻，在(zai)地(di)面上的(de)任意一點(dian)都可以同時(shi)觀測到4顆(ke)以上的(de)衛星。

由于衛(wei)(wei)星(xing)(xing)的位置精確可知，在GPS觀(guan)測(ce)中(zhong)，我們可得到衛(wei)(wei)星(xing)(xing)到接收(shou)機的距離，利用三維坐標中(zhong)的距離公(gong)式，利用3顆衛(wei)(wei)星(xing)(xing)，就(jiu)可以組(zu)成3個方程(cheng)式，解出(chu)觀(guan)測(ce)點的位置(X,Y,Z)。考慮到衛(wei)(wei)星(xing)(xing)的時(shi)鐘與接收(shou)機時(shi)鐘之間的誤差(cha)，實際上有4個未知數，X、Y、Z和(he)時(shi)鐘差(cha)，因而需要引入第(di)4顆衛(wei)(wei)星(xing)(xing)，形成4個方程(cheng)式進行求解，從而得到觀(guan)測(ce)點的經緯度(du)和(he)高程(cheng)。

事(shi)實上(shang)，接收機(ji)往往可以鎖(suo)住4顆(ke)以上(shang)的衛(wei)(wei)星，這(zhe)時，接收機(ji)可按(an)衛(wei)(wei)星的星座(zuo)分(fen)布(bu)分(fen)成若干組，每組4顆(ke)，然后通(tong)過算法挑選出誤(wu)差最小的一組用作定位，從而提高精度(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，定位精度可(ke)提高到5米。

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車用(yong)導航(hang)(hang)系統主(zhu)(zhu)要由導航(hang)(hang)主(zhu)(zhu)機(ji)和導航(hang)(hang)顯示終端兩(liang)部分構成。內(nei)置(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)GPS天線會接收到來自環繞(rao)地(di)球(qiu)的(de)(de)24顆GPS衛星中的(de)(de)至少(shao)3顆所傳遞(di)的(de)(de)數據信(xin)息，由此測定汽車當前所處的(de)(de)位置(zhi)(zhi)(zhi)。導航(hang)(hang)主(zhu)(zhu)機(ji)通(tong)過GPS衛星信(xin)號確定的(de)(de)位置(zhi)(zhi)(zhi)坐標與電(dian)子地(di)圖(tu)數據相匹配，便可(ke)確定汽車在電(dian)子地(di)圖(tu)中的(de)(de)準確位置(zhi)(zhi)(zhi)。

在此基礎上，將會(hui)實(shi)現行(xing)車(che)導航、路線推薦、信息查詢、播(bo)放AV/TV等(deng)多種功能(neng)。駕駛者只(zhi)須通(tong)過觀(guan)看顯示(shi)(shi)器上的畫面(mian)、收聽(ting)語音提示(shi)(shi)，操縱手中的遙控器即(ji)可實(shi)現上述功能(neng)，從而輕松自如地駕車(che)。

全球定(ding)位系統(tong)(tong)（Global Positioning System）是美國第二代衛星(xing)導航(hang)(hang)系統(tong)(tong)。是在子(zi)午儀衛星(xing)導航(hang)(hang)系統(tong)(tong)的基礎上發展起來的，它采(cai)納了(le)子(zi)午儀系統(tong)(tong)的成(cheng)功(gong)經(jing)驗(yan)。和(he)子(zi)午儀系統(tong)(tong)一樣，全球定(ding)位系統(tong)(tong)由空間部(bu)分、地(di)面監(jian)控部(bu)分和(he)用戶接(jie)收機三大(da)部(bu)分組成(cheng)。

按目前的(de)方案，全(quan)球定位系統的(de)空間部分(fen)使用(yong)24顆(ke)高度約2.02萬(wan)千米的(de)衛(wei)星(xing)組成衛(wei)星(xing)星(xing)座(zuo)。21+3顆(ke)衛(wei)星(xing)均為(wei)近圓(yuan)形(xing)軌道(dao)，運(yun)行(xing)周期約為(wei)11小時58分(fen)，分(fen)布(bu)在(zai)六個軌道(dao)面上（每軌道(dao)面四顆(ke)），軌道(dao)傾角為(wei)55度。衛(wei)星(xing)的(de)分(fen)布(bu)使得在(zai)全(quan)球的(de)任何地方，任何時間都可觀測到四顆(ke)以上的(de)衛(wei)星(xing)，并(bing)能保持良好定位解算精度的(de)幾何圖形(xing)（DOP）。這(zhe)就(jiu)提供了在(zai)時間上連續(xu)的(de)全(quan)球導航能力。

地面(mian)(mian)監控部(bu)分包括四(si)個監控站(zhan)(zhan)(zhan)、一(yi)(yi)個上行注入(ru)(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)和一(yi)(yi)個主控站(zhan)(zhan)(zhan)。監控站(zhan)(zhan)(zhan)設有GPS用戶接(jie)收機(ji)、原(yuan)子鐘、收集當地氣象數(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)傳(chuan)感器和進(jin)行數(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)初步處理的(de)(de)(de)計算機(ji)。監控站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)主要任(ren)務是取得衛(wei)星(xing)(xing)觀測數(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)并將這些(xie)數(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)傳(chuan)送至(zhi)主控站(zhan)(zhan)(zhan)。主控站(zhan)(zhan)(zhan)設在(zai)范(fan)(fan)登堡空(kong)軍基(ji)地。它對地面(mian)(mian)監控部(bu)實行全(quan)面(mian)(mian)控制。主控站(zhan)(zhan)(zhan)主要任(ren)務是收集各監控站(zhan)(zhan)(zhan)對GPS衛(wei)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)全(quan)部(bu)觀測數(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)，利用這些(xie)數(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)計算每(mei)顆GPS衛(wei)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)軌道和衛(wei)星(xing)(xing)鐘改正值。上行注入(ru)(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)也設在(zai)范(fan)(fan)登堡空(kong)軍基(ji)地。它的(de)(de)(de)任(ren)務主要是在(zai)每(mei)顆衛(wei)星(xing)(xing)運行至(zhi)上空(kong)時(shi)把(ba)這類導(dao)航(hang)數(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)及主控站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)指(zhi)令注入(ru)(ru)到(dao)衛(wei)星(xing)(xing)。這種注入(ru)(ru)對每(mei)顆GPS衛(wei)星(xing)(xing)每(mei)天進(jin)行一(yi)(yi)次(ci)，并在(zai)衛(wei)星(xing)(xing)離開注入(ru)(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)作(zuo)用范(fan)(fan)圍之前進(jin)行最后(hou)的(de)(de)(de)注入(ru)(ru)。

全球定位系統(tong)具有(you)性能好、精(jing)度高、應用廣的(de)特點，是迄今(jin)最(zui)好的(de)導航定位系統(tong)。隨著全球定位系統(tong)的(de)不斷改進，硬、軟件的(de)不斷完善，應用領(ling)域正在不斷地開拓，目前(qian)已遍及國民經(jing)濟(ji)各種(zhong)部門，并開始逐步深入人們(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(si)個方(fang)程式中(zhong)待測點(dian)坐標x、y、z和Vto為未知(zhi)參數，其中(zhong)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(zhi)間的(de)距離。

△ti(i=1、2、3、4)分(fen)別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4的(de)信號到(dao)達接(jie)收機(ji)所經歷(li)的(de)時(shi)間。

c為(wei)GPS信號的傳播速(su)度（即(ji)光速(su)）。

四個方程(cheng)式中各個參數意義如下：

x、y、z為待測(ce)點坐標(biao)(biao)的空(kong)間直角坐標(biao)(biao)。

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時刻的(de)空間直角坐標，可由衛(wei)星導航電文求得。

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(de)衛(wei)星(xing)(xing)鐘的(de)鐘差，由衛(wei)星(xing)(xing)星(xing)(xing)歷提供。

Vto為接收機(ji)的(de)鐘差(cha)。

由以上(shang)四個方(fang)程即可解算出(chu)待測點的(de)坐標(biao)x、y、z和接收機的(de)鐘(zhong)差(cha)Vto。

GPS的基本(ben)定位原(yuan)理是：衛星不間(jian)斷地發(fa)送自身的星歷參數和(he)時間(jian)信息(xi)，用戶(hu)接收到這些信息(xi)后，經(jing)過計算求出(chu)接收機的三維位置，三維方向以(yi)及運動速(su)度和(he)時間(jian)信息(xi)。