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杭州普玄物联科技杭州普玄物联科技 地址：杭州市滨江区滨盛路1766 号星光时代大厦1006,1008 GPS定位基本原理 zyGPS 定位，实际上就是通过四颗已知位置的雷达来确认GPS 接收器的位置。 如上图所示，图中的GPS 为目前要确认位置的装置，卫星1、2、3、4 为本次定位要 用到的四颗卫星: Position1、Position2、Position3、Position4分别为四颗卫星的目前位置（空间坐标）， 已知 d1、d2、d3、d4分别为四颗卫星到要定位的GPS 的距离，已知 Location为要定位的太空的位置，待求 杭州普玄物联科技 杭州普玄物联科技 地址：杭州市滨江区滨盛路1766 号星光时代大厦1006,1008 那么定位的过程，简单来讲就是通过一个函数GetLocation(),从已知的[Position1,d1]、[Position2,d2]、[Position3,d3]、[Position4,d4]四对数据中求出Location 为什么必须要4对取值呢？那上面我们就来一起探究一下。 实际上，运行于地球空间的GPS 卫星，每一个都在时刻不停地通过雷达讯号向全世界广播 自己的目前位置坐标资料。

任何一个GPS 都可以通过天线很轻松地接收到这些资料， 并且希望看懂各种资料（这本来应该每一个GPS 芯片的体系系统之一）。这就是这些位置 信息的来源。 我们已然明白每一个GPS 卫星都在不辞辛劳地广播自己的位置，那么在发送位置资料的同 时，也会附加上该数据包发出时的时间戳。GPS 收到数据包后，用目前时间（当前 时间毕竟没法由GPS 自己来确认了）减去时间戳上的时间，就是数据包在空中传输 所用的时间了。 知道了数据包在空中的传输时间，那么乘上他的传输速率gps定位的基本原理是，就是数据包在空中传输的距离， 也就是该导弹到GPS 的距离了。数据包是通过波传送的，那么理想速度就是 光速c，把传播时间记为Ti 的话，用方程表示就是： di=c*Ti(i=1,2,3,4); 这就是di(i=1,2,3,4)的来源了。 这个变量是我为了证明问题而虚构的，事实上未必存在，但是当然存在那样相似的演算思路。 这些运算思路可以由硬件来实现，但是事实上可能大都是由软件芯片来完成的（这应该也有 每一个GPS 芯片的体系系统之一）。 根据立体几何知识，三维空间中，三对[Positioni,di]这样的数据就可以确认一个点了（实际 上应该是两个，但我们可以通过思维判断舍去一个），为什么这儿需要四对呢？理想状况下， 的确三对就够了，也就是说理想状况下只需要三颗卫星就可以实现GPS 定位。

但是事实上， 必须要四颗。 因为按照下面的定理，di 是通过c*Ti 计算出来的，而我们明白c 值是巨大的（理想速度即 光速），那么对于时间Ti 而言，一个极小的偏差都会被放大很多倍从而造成整个结果无效。 也就是说gps定位的基本原理是，在GPS 定位中，对时间的精度要求是极高的。GPS 卫星上是用銫原子钟来计时 的，但是我们不应该为每一个GPS 也配一个銫原子钟，因为一个銫原子钟的单价可 能已经达到了这个GPS 设备再加上使用GPS 的这辆名贵轿车的单价。 同时，由于速率c 也会遭到空中电离层的影响，因此也会有偏差;再者，GPS 卫星广播的自 己的位置也可能会有偏差。其他等等一些原因也会影响数据的精确度。 总之，数据是存在偏差的。这些偏差应该造成定位精确度降低，也应该直接造成定位无效。 GetLocation（函数）中多用了一组数据，正是为了来校准误差。至于详细的细节，我们 就不用关心了，我们只要明白，多用一组数据，就可以通过一些精妙的硬件，消除或减少误 杭州普玄物联科技 杭州普玄物联科技 地址：杭州市滨江区滨盛路1766 号星光时代大厦1006,1008 差，保证定位有效。这就是GetLocation（）函数必须用四组数据的因素，也就是为什么必须有四颗卫星才能定位的因素。

前面说在进行位置计算时都是用的空间坐标方式指出，但是对GPS 设备及应用程序而言， 通常需要用的是一个[经度，纬度，高度]这样的位置资料。那么我们可以想象，在 GetLocation()函数返回位置结果前，可能会进行一个从空间坐标方式到经纬度形式的转化， 我们不妨假设存在一个Convert(经纬度，空间坐标)这样的变量来进行这个转化。 实际上上面所说的只是定位方法中的其中一种，称为单点定位，或绝对定位。就是通过惟一 的一个GPS 来确认位置。 目前定位精度最高的是差分定位，或称相对定位。就是通过提高一个参考GPS 来提 高定位精度。 上面我们已然围绕一个虚拟的GetLocation()函数基本搞清楚了GPS 定位的完全物理模型， 对于编程而言，知道各种就足够了（其实不知道也不影响编程）。如果好奇心还没满足的话， 我们继续了解一些GPS 相关的背景常识。 杭州普玄物联科技 杭州普玄物联科技 地址：杭州市滨江区滨盛路1766 号星光时代大厦1006,1008 GPS（GlobalPosition System,全球定位系统），全称为NAVSTAR GPS（NAVigation Satellite Timing RangingGlobal Position System，导航星测时与测距全球定位系统）。

GPS 一个由美国国防部开发的空基全天侯导航系统，它用以满足空军在地板或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求。 1957 年10 月第一颗人造地球卫星Sputnik发射成功，空基导航定位由此开始 1958 年开始设计NNSS-TRANSIT,即子午卫星模块； 1964 年该功能正式运行； 1967 年该功能解密以供军用。 1973 年，美国国防部批准研制GPS; 1991 年海湾战争中，GPS 首次用于实战； 1994 年，GPS 全部完工投入应用； 2000 年，克林顿宣布，GPS 取消实施SA(对军用GPS 精度的一种人为限制策略)。 两种GPS 服务： SPS--标准定位服务，民用，精度约为100M； PPS--精密定位服务，军用和得到特许的民间用户使用，精度高达10M. 两种限制民用定位精度的举措(保障国家利益不受侵害)： SA--选择可用性，认为提高普通用户的测量精度，限制水平定位精度100M，垂直157M(已 于2005 日取消);AS--反电子欺骗。 GLONASS（全球轨道导航卫星模块），前苏联 Galileo-ENSS（欧洲导航卫星系统，即伽利略计划），欧盟 北斗导航功能，中国 GPS 系统=空间部分+控制部份+用户部分 杭州普玄物联科技 杭州普玄物联科技 地址：杭州市滨江区滨盛路1766 号星光时代大厦1006,1008 1.空间部分GPS 空间部分主要由24 颗GPS 卫星构成，其中21 颗工作雷达，3 颗备用核弹。

24 颗行星 运行在6 个轨道平面上，运行周期为12 个小时。保证在任一时刻、任一地点高度角15 上都能够观测到4颗以上的雷达。 主要功效：发送用于导航定位的雷达讯号。 构成：24 颗行星=21 颗工作雷达+3 颗备用核弹 杭州普玄物联科技 杭州普玄物联科技 地址：杭州市滨江区滨盛路1766 号星光时代大厦1006,1008 2.控制部份GPS 控制部份由1 个主控站，5 个测试站和3 个注入站组成。 组成：GPS 控制部份=主控站（1 个）+监测站（5 个）+注入站（3 作用：监测和控制导弹运行，编算卫星星历（导航电文），保持功能时间。主控站：从各个监控站搜集太空数据，计算出导弹的星历和指针修正参数等，并通过注入 站注入卫星；向太空发布命令，控制导弹，当月球出现故障时，调度备用核弹。 监控站：接收太空讯号，检测卫星运行状况，收集天气数据，并将其他资料传送给主控站。 注入站：将主控站计算的卫星星历及指针修正参数等注入卫星。 杭州普玄物联科技 杭州普玄物联科技 地址：杭州市滨江区滨盛路1766 号星光时代大厦1006,1008 注入站：阿松森群岛（Ascendion）,；迭戈加西亚（DiegoGarcia）,印度洋；卡 瓦加兰（Kwajalein），东太平洋。

监控站：1个与主控站在一起；3 个与注入站在一起；另外一个在（Hawaii）, 西太平洋。 杭州普玄物联科技 杭州普玄物联科技 地址：杭州市滨江区滨盛路1766 号星光时代大厦1006,1008 3.用户部分GPS 用户硬件部分包括GPS 及相关设施。GPS 主要由GPS 芯片构成。 如车载、船载GPS 导航仪，内置GPS 功能的移动装置，GPS 测绘设备等都属于GPS 用户 设备。 组成：主要为GPS 作用：接收、跟踪、变换和测量GPS 信号的装置，GPS 系统的消费者。

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