一、GPS定位系統是如何定位的

24顆GPS衛星在離地面1萬2千公里的高空(kong)上，以12小時(shi)的周期環繞(rao)地球運(yun)行，使得在任意時(shi)刻，在地面上的任意一點都可以同時(shi)觀測(ce)到4顆以上的衛星。

由于(yu)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)的(de)位置(zhi)精確可(ke)知，在GPS觀測中(zhong)，我(wo)們可(ke)得到(dao)(dao)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)到(dao)(dao)接收(shou)機的(de)距離，利用(yong)三維坐(zuo)標中(zhong)的(de)距離公式(shi)，利用(yong)3顆衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)，就可(ke)以組成(cheng)3個(ge)方程(cheng)(cheng)式(shi)，解出觀測點的(de)位置(zhi)(X,Y,Z)。考慮到(dao)(dao)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)的(de)時鐘(zhong)與(yu)接收(shou)機時鐘(zhong)之間的(de)誤差，實際上(shang)有4個(ge)未知數(shu)，X、Y、Z和時鐘(zhong)差，因而需要引入(ru)第4顆衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)，形成(cheng)4個(ge)方程(cheng)(cheng)式(shi)進行求解，從而得到(dao)(dao)觀測點的(de)經緯度和高程(cheng)(cheng)。

事實上，接收機往往可以鎖住(zhu)4顆(ke)以上的(de)衛星(xing)(xing)，這(zhe)時，接收機可按衛星(xing)(xing)的(de)星(xing)(xing)座分布(bu)分成若干組(zu)，每組(zu)4顆(ke)，然后(hou)通過算法(fa)挑選出誤差最小的(de)一(yi)組(zu)用作定位，從而提(ti)高(gao)精度。

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(jing)度可(ke)提(ti)高到5米(mi)。

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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)顯示終(zhong)端(duan)兩(liang)部分(fen)構成(cheng)。內置(zhi)(zhi)的GPS天線會接收到來自環繞地球的24顆GPS衛(wei)星(xing)(xing)中(zhong)的至少3顆所(suo)傳遞的數據信息，由(you)此測定汽車(che)當前所(suo)處的位(wei)置(zhi)(zhi)。導(dao)航(hang)(hang)主(zhu)機(ji)通過GPS衛(wei)星(xing)(xing)信號確定的位(wei)置(zhi)(zhi)坐標與電子地圖數據相匹配，便可確定汽車(che)在電子地圖中(zhong)的準確位(wei)置(zhi)(zhi)。

在此基礎上(shang)，將會(hui)實(shi)現行車導航、路線推(tui)薦、信息查詢、播放AV/TV等多種功(gong)能。駕駛者只須通過(guo)觀看顯示器上(shang)的畫(hua)面、收聽語音提示，操縱(zong)手中的遙控器即可(ke)實(shi)現上(shang)述功(gong)能，從而輕(qing)松自如地駕車。

全球定(ding)位系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)（Global Positioning System）是美(mei)國第二代衛星導(dao)(dao)航(hang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)。是在子午儀衛星導(dao)(dao)航(hang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)基(ji)礎上發(fa)展(zhan)起來的(de)，它采納了子午儀系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)成功經驗。和子午儀系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)一樣(yang)，全球定(ding)位系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)由空間(jian)部(bu)分(fen)、地(di)面監控(kong)部(bu)分(fen)和用戶(hu)接(jie)收機(ji)三大部(bu)分(fen)組成。

按目前(qian)的(de)(de)(de)方案，全球(qiu)定(ding)位系統的(de)(de)(de)空(kong)間(jian)部分(fen)使用24顆(ke)高度(du)約2.02萬(wan)千米的(de)(de)(de)衛(wei)(wei)星組(zu)成衛(wei)(wei)星星座。21+3顆(ke)衛(wei)(wei)星均(jun)為(wei)近圓形軌(gui)(gui)道(dao)(dao)(dao)，運行周期約為(wei)11小時58分(fen)，分(fen)布(bu)在(zai)六(liu)個軌(gui)(gui)道(dao)(dao)(dao)面上(shang)（每軌(gui)(gui)道(dao)(dao)(dao)面四(si)顆(ke)），軌(gui)(gui)道(dao)(dao)(dao)傾角為(wei)55度(du)。衛(wei)(wei)星的(de)(de)(de)分(fen)布(bu)使得在(zai)全球(qiu)的(de)(de)(de)任何(he)地方，任何(he)時間(jian)都可觀(guan)測到四(si)顆(ke)以上(shang)的(de)(de)(de)衛(wei)(wei)星，并(bing)能保(bao)持良好定(ding)位解算(suan)精(jing)度(du)的(de)(de)(de)幾(ji)何(he)圖(tu)形（DOP）。這(zhe)就提供了在(zai)時間(jian)上(shang)連續的(de)(de)(de)全球(qiu)導(dao)航能力。

地面監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)部分包括四個(ge)監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)、一個(ge)上行注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)站(zhan)(zhan)和一個(ge)主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)。監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)設(she)有(you)GPS用戶(hu)接(jie)收機、原子(zi)鐘(zhong)、收集當地氣象數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)的(de)傳感器和進行數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)初步(bu)處理的(de)計(ji)算機。監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)的(de)主(zhu)要任(ren)務是取得衛(wei)星(xing)(xing)(xing)觀(guan)測數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)并將這些(xie)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)傳送至主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)。主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)設(she)在范登堡空軍(jun)基(ji)地。它(ta)對(dui)地面監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)部實行全(quan)面控(kong)(kong)(kong)制。主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)主(zhu)要任(ren)務是收集各監(jian)(jian)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)對(dui)GPS衛(wei)星(xing)(xing)(xing)的(de)全(quan)部觀(guan)測數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)，利用這些(xie)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)計(ji)算每(mei)顆GPS衛(wei)星(xing)(xing)(xing)的(de)軌道和衛(wei)星(xing)(xing)(xing)鐘(zhong)改正值(zhi)。上行注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)站(zhan)(zhan)也(ye)設(she)在范登堡空軍(jun)基(ji)地。它(ta)的(de)任(ren)務主(zhu)要是在每(mei)顆衛(wei)星(xing)(xing)(xing)運行至上空時把這類導(dao)航(hang)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)及主(zhu)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)(zhan)的(de)指令注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)到(dao)衛(wei)星(xing)(xing)(xing)。這種(zhong)注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)對(dui)每(mei)顆GPS衛(wei)星(xing)(xing)(xing)每(mei)天進行一次，并在衛(wei)星(xing)(xing)(xing)離(li)開注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)站(zhan)(zhan)作(zuo)用范圍之前進行最后的(de)注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)。

全球(qiu)定位(wei)(wei)系(xi)統具有性能(neng)好、精度(du)高、應用廣(guang)的(de)特(te)點，是(shi)迄今最好的(de)導航(hang)定位(wei)(wei)系(xi)統。隨著全球(qiu)定位(wei)(wei)系(xi)統的(de)不(bu)斷改進(jin)，硬、軟件(jian)的(de)不(bu)斷完善(shan)，應用領域正在不(bu)斷地開(kai)拓，目(mu)前已遍及國(guo)民經(jing)濟各(ge)種部門，并開(kai)始逐(zhu)步(bu)深入人們的(de)日(ri)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(shang)述四個方程式中(zhong)待測點坐標(biao)x、y、z和Vto為未知參(can)數，其中(zhong)di=c△ti(i=1、2、3、4)。

di(i=1、2、3、4)分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4到接收(shou)機之間的距離。

△ti(i=1、2、3、4)分別(bie)為衛星(xing)(xing)1、衛星(xing)(xing)2、衛星(xing)(xing)3、衛星(xing)(xing)4的(de)信號到達接(jie)收(shou)機所(suo)經歷的(de)時間(jian)。

c為GPS信號的傳播速(su)度（即光(guang)速(su)）。

四(si)個方程(cheng)式中各個參數意(yi)義如下(xia)：

x、y、z為待測(ce)點坐(zuo)標(biao)的空間(jian)直(zhi)角(jiao)坐(zuo)標(biao)。

xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分別為衛(wei)(wei)星1、衛(wei)(wei)星2、衛(wei)(wei)星3、衛(wei)(wei)星4在t時刻的空(kong)間直(zhi)角(jiao)坐(zuo)標，可由衛(wei)(wei)星導航(hang)電文(wen)求得。

Vt i(i=1、2、3、4)分別為衛(wei)星(xing)(xing)(xing)1、衛(wei)星(xing)(xing)(xing)2、衛(wei)星(xing)(xing)(xing)3、衛(wei)星(xing)(xing)(xing)4的衛(wei)星(xing)(xing)(xing)鐘的鐘差，由衛(wei)星(xing)(xing)(xing)星(xing)(xing)(xing)歷提供(gong)。

Vto為接收機的鐘(zhong)差。

由以上四個(ge)方程即(ji)可(ke)解算(suan)出待測(ce)點的坐(zuo)標x、y、z和接收機(ji)的鐘(zhong)差Vto。

GPS的基本定(ding)位原理是：衛星(xing)不(bu)間斷地發送自身的星(xing)歷參數和時(shi)間信息，用戶(hu)接收到這(zhe)些信息后，經過計算求(qiu)出(chu)接收機的三(san)維(wei)位置，三(san)維(wei)方(fang)向以(yi)及運動速度(du)和時(shi)間信息。