卫星定位原理

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1、GPS如何工作？--五个简单的步骤GPS的基本原理实际上非常简单--尽管系统本身运用了一些已开发出的最高科技的设备。为理解它，我们将系统分为五个概念块，一次一步来分析这些块。我们将“大”的思想开始，忽略一些细节，之后我们再将好的观点添进去。GPS的五步：1．由卫星进行三角测量是系统的基础。2．为进行三角测量，GPS通过无线电信息的传送时间来测量距离。3．为测传送时间，GPS需要有非常准确的时钟。4．一旦你知道到一颗卫星的距离，你就需要知道这颗卫星在太空中的位置。由于GPS信号穿过电离层和地球大气层，它将被延迟。第一步：基本想法

2、--卫星分布GPS是基于卫星分布的，这意味着我们通过测量我们到太空中一组卫星的距离得到我们的位置。卫星对我们而言起到准确的参考点的作用。你可能会问："我们怎么能确切测量我们离太空中的一颗卫星有多远？我们怎么确切地知道一颗移动的卫星在哪儿？"这是我们此时忽略的两个细节。相信我，这些可以计算出来。现在就假设我们能确切地计算出卫星在太空中的位置，我们离它有多远。那么GPS的基本概念就简单了：假设我们迷路了，想为自己定位。如果我们知道我们离卫星A的确切距离，比如说是11，000英里，这确实使我们在整个宇宙中所能处的范围大大缩小了。它告

3、诉我们，我们一定在一个中心在该卫星，半径为11，000英里的假想球面上。现在，如果我们同时知道我们离另一颗卫星，B，相距12，000英里，那将使我们的位置范围缩小得更多，因为宇宙中距离A卫星11，000英里且距离B卫星12，000英里的地方只能在两个球面的相交圆上。那么，如果我们测一下到第三颗卫星的距离我们就能精确地找到我们自己了，因为如果我们同时又知道我们离C卫星有13，000英里，那么宇宙中只有两个点是可能的。那两个点在13，000英里的球面切断11，000英里球面和12，000英里球面的相交圆处。这就对了，通过三颗卫星的

4、分布我们可以将我们所处的位置缩小到两个点。（稍后我们将看到有一个技术原因使我们必须进行另一次测量--但现在，在理论上，三次测量已经足够了。）我们怎么确定这两个点中哪一个是我们真正的位置呢？我们可以进行一个到第四颗卫星的测量。或者我们可以作一个假设。通常，两个点中的一个是非常荒谬的答案，错误的点可能离地球并不近，或者它可能有着不可能的高速度。GPS接收机中的计算机使用多种技术来分辨正确点和错误点。有时，如果你确知你所处的高度，像海员那样（他们知道他们在海平面上），你可以减少一次卫星测量。在我们所绘的球面中，其中一个可以由一个中心

5、在地球球心，半径等于你到地球中心的距离的球面所代替。总之，如果你想绝对精确，三角学告诉我们，必须知道四颗卫星的分布才能毫不含糊地为我们自己定位。但在实际应用中，我们可以仅由三颗得到答案，如果我们舍去那个荒谬的解。这就是GPS的基本原理：将卫星作为参考点，三角测量确定你在地球上的位置。系统的其他东西仅仅是技术细节，用来实现分布处理过程--使得它更准确，更容易实现。现在让我们来看一看这些细节。第五节 GPS卫星定位原理　   GPS测量定位涉及很复杂的数学计算，而这些计算都由专门的软件来处理，所以面对非测绘专业的读者，以下只列出简

6、单的原理公式。5.1GPS卫星定位基本原理 利用三个以上卫星的已知空间位置，用空间距离交会法，求得地面待定点（接收机）的位置，这就是GPS卫星定位的基本原理（图2—23）但考虑到各种误差的影响，为了达到定位精度要求，至少需要同步观测4颗以上的卫星。 卫星是高速运行的动态已知点，卫星的实时位置是由导航电文解算的，只要实时测量出测站（接受机天线中心）至卫星间的距离，就可以进行测站点的定位。公式如下：式中（xJ，yJ，zJ）为三个卫星某时刻的位置（j=1,2,3）； (xP，yP，zP)为测站点P点坐标；(ρ1，ρ2，ρ3)为卫星到

7、接收机天线的距离。依据测距原理，其定位方法可分为：伪距法定位、载波相位定位和差分定位等。根据待定点运动状态可分为静态定位和动态定位。单机定位又叫绝对定位，若至少两台以上接收机同时观测，确定两点间相对位置，又叫相对定位。5.2伪距测量定位原理1）伪距测量 伪距测量通常用C/A码或P码进行，在图2-24中，卫星到接收机的距离是通过测定信号从卫星到接收机的延迟时间乘以光速C来求得，延迟时间是通过码相关技术来求得。 GPS卫星发射的测距码是按一定的规律排列的，在同一周期内每个码对应着某一特定的时间，识别每个码的形状特征，即用每个码的某

8、一标志可推算时延值τ，由于τ及各种误差的影响，实际测得的距离ρ′与卫星到接收机天线的几何距离ρ有一定差值Δρ，所以ρ′称为伪距：ρ=ρ′+Δρ。考虑到卫星钟差C•δtk，接收机钟差C•δtj，电离层延迟δp1，大气对流层延迟δp2，则      2）伪距测量绝对定位（图2-2