一、GPS定位系統是如何定位的

24顆(ke)GPS衛(wei)星(xing)在(zai)離(li)地面1萬(wan)2千公里的(de)高(gao)空上(shang)，以(yi)12小時的(de)周期環(huan)繞地球運行，使(shi)得在(zai)任意(yi)時刻，在(zai)地面上(shang)的(de)任意(yi)一點都可以(yi)同時觀(guan)測到4顆(ke)以(yi)上(shang)的(de)衛(wei)星(xing)。

由(you)于(yu)衛星(xing)的(de)位(wei)置(zhi)精(jing)確可知(zhi)，在GPS觀測中，我們可得到衛星(xing)到接(jie)收(shou)機(ji)(ji)的(de)距(ju)離(li)，利(li)(li)用三維坐標中的(de)距(ju)離(li)公式(shi)，利(li)(li)用3顆(ke)衛星(xing)，就(jiu)可以組成3個方程式(shi)，解出(chu)觀測點的(de)位(wei)置(zhi)(X,Y,Z)。考慮到衛星(xing)的(de)時鐘與(yu)接(jie)收(shou)機(ji)(ji)時鐘之間的(de)誤差(cha)(cha)，實(shi)際(ji)上有(you)4個未(wei)知(zhi)數，X、Y、Z和時鐘差(cha)(cha)，因(yin)而需(xu)要(yao)引入第4顆(ke)衛星(xing)，形成4個方程式(shi)進行求解，從而得到觀測點的(de)經緯(wei)度(du)和高程。

事實上，接收機往往可(ke)以(yi)鎖住4顆以(yi)上的(de)衛星，這時(shi)，接收機可(ke)按衛星的(de)星座分布分成(cheng)若干組(zu)，每組(zu)4顆，然后通過算(suan)法挑(tiao)選出(chu)誤(wu)差最小(xiao)的(de)一組(zu)用作(zuo)定位，從而提高精(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(ding)位精度可提高到5米(mi)。

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車用導(dao)航系統主要由導(dao)航主機和導(dao)航顯示終(zhong)端(duan)兩部(bu)分構(gou)成。內置的(de)(de)(de)(de)GPS天線會接收到來自環繞地球的(de)(de)(de)(de)24顆GPS衛星中的(de)(de)(de)(de)至少(shao)3顆所傳遞的(de)(de)(de)(de)數(shu)據信息，由此(ci)測(ce)定(ding)汽車當前所處的(de)(de)(de)(de)位置。導(dao)航主機通過GPS衛星信號(hao)確(que)定(ding)的(de)(de)(de)(de)位置坐標與電子(zi)地圖數(shu)據相匹配(pei)，便可確(que)定(ding)汽車在電子(zi)地圖中的(de)(de)(de)(de)準確(que)位置。

在此基礎(chu)上，將會實現(xian)行車導航、路線(xian)推(tui)薦、信息查詢(xun)、播(bo)放AV/TV等多種功(gong)能。駕駛者只須通過觀看顯(xian)示(shi)(shi)器上的(de)畫(hua)面、收(shou)聽語音提示(shi)(shi)，操縱手中(zhong)的(de)遙控器即可實現(xian)上述功(gong)能，從(cong)而(er)輕松自如地駕車。

全球定位系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)（Global Positioning System）是美國第(di)二代(dai)衛星導航(hang)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)。是在(zai)子(zi)午儀(yi)衛星導航(hang)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)基礎上發展起來的(de)，它(ta)采納了子(zi)午儀(yi)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)成功(gong)經驗。和(he)子(zi)午儀(yi)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)一樣，全球定位系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)由空(kong)間部(bu)分(fen)、地(di)面監控部(bu)分(fen)和(he)用(yong)戶接收機(ji)三大部(bu)分(fen)組成。

按目前的(de)(de)(de)方案，全球定位系統的(de)(de)(de)空間(jian)(jian)部分使用(yong)24顆(ke)高度約(yue)2.02萬千(qian)米(mi)的(de)(de)(de)衛星組成(cheng)衛星星座。21+3顆(ke)衛星均為(wei)近圓(yuan)形軌道，運(yun)行周期約(yue)為(wei)11小時58分，分布在六(liu)個軌道面(mian)上（每軌道面(mian)四(si)顆(ke)），軌道傾角為(wei)55度。衛星的(de)(de)(de)分布使得在全球的(de)(de)(de)任何地方，任何時間(jian)(jian)都可(ke)觀測到四(si)顆(ke)以上的(de)(de)(de)衛星，并能(neng)保持良(liang)好定位解算精度的(de)(de)(de)幾(ji)何圖形（DOP）。這(zhe)就提(ti)供了在時間(jian)(jian)上連(lian)續的(de)(de)(de)全球導航能(neng)力。

地面監(jian)(jian)控部(bu)分包(bao)括四(si)個監(jian)(jian)控站(zhan)(zhan)(zhan)、一個上(shang)(shang)行注(zhu)(zhu)入(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)和(he)一個主(zhu)控站(zhan)(zhan)(zhan)。監(jian)(jian)控站(zhan)(zhan)(zhan)設(she)有GPS用(yong)戶(hu)接(jie)收機、原(yuan)子鐘、收集當地氣象數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)的(de)(de)傳(chuan)感器和(he)進(jin)行數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)初步處(chu)理的(de)(de)計算機。監(jian)(jian)控站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)主(zhu)要(yao)(yao)任(ren)(ren)務是取得衛(wei)星(xing)觀測數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)并將這(zhe)些數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)傳(chuan)送(song)至(zhi)(zhi)主(zhu)控站(zhan)(zhan)(zhan)。主(zhu)控站(zhan)(zhan)(zhan)設(she)在(zai)范(fan)登(deng)堡空軍(jun)基地。它對(dui)地面監(jian)(jian)控部(bu)實行全面控制。主(zhu)控站(zhan)(zhan)(zhan)主(zhu)要(yao)(yao)任(ren)(ren)務是收集各監(jian)(jian)控站(zhan)(zhan)(zhan)對(dui)GPS衛(wei)星(xing)的(de)(de)全部(bu)觀測數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，利用(yong)這(zhe)些數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)計算每(mei)顆(ke)GPS衛(wei)星(xing)的(de)(de)軌道和(he)衛(wei)星(xing)鐘改正值。上(shang)(shang)行注(zhu)(zhu)入(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)也設(she)在(zai)范(fan)登(deng)堡空軍(jun)基地。它的(de)(de)任(ren)(ren)務主(zhu)要(yao)(yao)是在(zai)每(mei)顆(ke)衛(wei)星(xing)運(yun)行至(zhi)(zhi)上(shang)(shang)空時把這(zhe)類導航數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)及主(zhu)控站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)指令注(zhu)(zhu)入(ru)到(dao)衛(wei)星(xing)。這(zhe)種注(zhu)(zhu)入(ru)對(dui)每(mei)顆(ke)GPS衛(wei)星(xing)每(mei)天進(jin)行一次，并在(zai)衛(wei)星(xing)離(li)開注(zhu)(zhu)入(ru)站(zhan)(zhan)(zhan)作用(yong)范(fan)圍之(zhi)前進(jin)行最后的(de)(de)注(zhu)(zhu)入(ru)。

全(quan)球定(ding)(ding)位(wei)(wei)系(xi)(xi)統具(ju)有性能(neng)好(hao)、精(jing)度高、應(ying)用廣(guang)的(de)特點，是迄今最好(hao)的(de)導航定(ding)(ding)位(wei)(wei)系(xi)(xi)統。隨(sui)著全(quan)球定(ding)(ding)位(wei)(wei)系(xi)(xi)統的(de)不斷改進，硬、軟(ruan)件的(de)不斷完(wan)善(shan)，應(ying)用領域正在(zai)不斷地開拓，目前已遍及(ji)國(guo)民經(jing)濟各種部門，并(bing)開始逐步(bu)深(shen)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)

上述四個方程式中(zhong)待測點坐標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)分別為衛星(xing)1、衛星(xing)2、衛星(xing)3、衛星(xing)4到接收機之(zhi)間的距(ju)離(li)。

△ti(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的信(xin)號到達接收機所經歷的時間。

c為GPS信號的傳播(bo)速(su)(su)度（即光速(su)(su)）。

四個方程式中各個參數意義如下：

x、y、z為待測點坐(zuo)標的(de)空間直角坐(zuo)標。

xi、yi、zi(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在t時刻的空間直角坐標，可由衛(wei)星(xing)(xing)導航電(dian)文求(qiu)得。

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

Vto為接(jie)收機的鐘差。

由以上(shang)四(si)個方(fang)程(cheng)即可解算出(chu)待測點的坐標x、y、z和接收機的鐘差Vto。

GPS的基本定(ding)位(wei)原理是(shi)：衛星不間斷地發送自身的星歷參數和時(shi)間信息(xi)(xi)，用戶接(jie)收(shou)到這(zhe)些(xie)信息(xi)(xi)后，經(jing)過計算求出接(jie)收(shou)機的三(san)維位(wei)置，三(san)維方向以及運動速(su)度和時(shi)間信息(xi)(xi)。