GPS定位的基本原理

d1、d2、d3、d4分别为四颗卫星到要定位的GPS接收器的距离，已知

Location 为要定位的卫星的位置，待求

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的值。用程序员熟悉的函数调用来表示就是：

d1, d2, d3, d4: in std_logic。component suocunqi port(d1, d2, d3, d4: in std_logic。 component zhuanhuan port(d1, d2, d3, d4: in std_logic。

一看到这个函数调用，程序员们就该来劲了：这些参数从哪里来？这个函数又是如何执行？由谁来执行的呢？立体几何还没有忘干净的可能还要问：为什么必须要4对参数呢？那下面我们就来一起探究一下。

1.Position1、Position2、Position3、Position4这些位置信息从哪里来？

程序跟踪是指将卫星星历数据和天线平台坐标一并输入计算机，得出卫星轨道和天线实际角度的指向角度差，然后驱动天线，消除指向角度差对准卫星。一个vlan中的广播信息可以被该vlan中的站点接收，该vlan之外的站点接收不到该广播信息，因此vlan和传统局域网一样可以隔离广播信息。按用户接收机天线在测量中所处状态分为：(转载自： 教 师联盟 网:东奥会计视频课件破解工具)（1）静态功能：通过接收到的卫星信息，确定地面某点的三维坐标。

2.d1、d2、d3、d4这些距离信息从哪里来？

我们已经知道每一个GPS卫星都在不辞辛劳地广播自己的位置，那么在发送位置信息的同时，也会附加上该数据包发出时的时间戳。GPS收到数据包后，用当前时间（当前时间当然只能由GPS自己来确定了）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度，就是数据包在空中传输的距离，也就是该卫星到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，用公式表示就是：

di=c*Ti(i=1,2,3,4);

这就是di(i=1,2,3,4)的了。

3.GetLocation()函数是如何执行的？

这个函数是我为了说明问题而虚构的，事实上未必存在，但是一定存在这样类似的运算逻辑。这些运算逻辑可以由软件来实现，但是事实上可能大都是由硬件芯片来完成的（这可能也是每一个GPS芯片的核心功能之一）。

4.为什么要必须要四对参数？

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定一个点了（实际上可能是两个，但我们可以通过逻辑判断舍去一个），为什么这里需要四对呢？理想情况下，的确三对就够了，也就是说理想情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。

近几十年来，人类时间度量仪器不断向高精尖发展，每100万年才误差一秒的原子钟已经成为用的计时系统，而光钟甚至脉冲星计时也有望在不远的将来出现。它是由一组高精度铯原子钟通过精密比对和计算实现，并通过gps共视比对、卫星双向法（twstft）比对等手段与国际原子时间标准相联系，对国际原子时的保持做出贡献，目前的稳定度为10^-14，准确度为10^-13。它是由一组高精度铯原子钟通过精密比对和计算实现，并通过gps共视比对、卫星双向法（twstft）比对等手段与国际原子时间标准相联系，对国际原子时的保持做出贡献，目前的稳定度为10-14，准确度为10-13。

同时，由于速度c也会受到空中电离层的影响，因此也会有误差;再者，GPS卫星广播的自己的位置也可能会有误差。其他等等一些因素也会影响数据的精确度。

总之，数据是存在误差的。这些误差可能导致定位精确度降低，也可能直接导致定位无效。GetLocation（函数）中多用了一组数据，正是为了来校正误差。至于具体的细节，我们就不用关心了，我们只要知道，多用一组数据，就可以通过一些巧妙的算法，消除或减小误差，保证定位有效。这就是GetLocation（）函数必须用四组数据的原因，也就是为什么必须有四颗卫星才能定位的原因。

5.GetLocation（）函数返回的位置信息怎样被GPS设备识别呢？

前面说在进行位置计算时都是用的空间坐标形式表示，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]这样的位置信息。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形式到经纬度形式的转换，我们不妨假设存在一个Convert(经纬度，空间坐标)这样的函数来进行这个转换。

6.单点定位与差分定位

实际上上面所说的只是定位原理中的其中一种，称为单点定位gps定位工作原理，或绝对定位。就是通过唯一的一个GPS来确定位置。

目前定位精度最高的是差分定位，或称相对定位。就是通过增加一个参考GPS来提高定位精度。

上面我们已经围绕一个虚拟的GetLocation()函数基本搞清楚了GPS定位的基本数学模型，对于编程而言，知道这些就足够了（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相关的背景知识。

二、GPS卫星是哪里来的？

（废话，当然是人发射的！地球人发射的！）

全球定位系统gps(globalpositioningsystem)是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。 gps测量原理 目录 面 板开关 全球定位系统 gps测量原理 gps的组成 gps应用 知识点导航 全球定位系统及其应用 / / gps定位原理 课堂巩固 导航、授时和测距全球定位系统由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面上绕地球运转，接收并传递信息。如果要确定一个人（或船只、车辆、飞机等）所处的位置，使用的卫星不能少于（ ） a. 一颗 b. 两颗 c. 三颗 d. 六颗 c 目录 面 板开关 全球定位系统 gps测量原理 gps的组成 gps应用 知识点导航 全球定位系统及其应用 / / gps定位原理 在海湾战争中，美国获取轰炸的信息资料主要应用了（ ） ① 遥感技术 ② 地理信息系统 ③ 全球定位技术 ④ 多媒体合成技术 a. ①③ b. ②④ c. ①② d. ③④ a 目录 面 板开关 全球定位系统 gps测量原理 gps的组成 gps应用 知识点导航 三、全球定位系统组成 全球定位系统及其应用 / / 全球定位系统组成 空间部分 24颗卫星星座 用 户 设 备 地 面 控 制 1个主控站 3个注入站 5个监控站 目录 面 板开关 全球定位系统 gps测量原理 gps的组成 gps应用 知识点导航 全球定位系统及其应用 / / 全球定位系统组成 车载gps 目录 面 板开关 全球定位系统 gps测量原理 gps的组成 gps应用 知识点导航 全球定位系统及其应用 / / 全球定位系统组成 型测地型接收机 天线单元 接收单元 目录 面 板开关 全球定位系统 gps测量原理 gps的组成 gps应用 知识点导航 全球定位系统及其应用 / / 全球定位系统组成 gps最初是为军事应用而建立的，至今仍然由美国国防部控制。

1.GPS发展历程

1957年10月第一颗人造地球卫星SputnikⅠ发射成功，空基导航定位由此开始

1958年开始设计NNSS-TRANSIT,即子午卫星系统；

1964年该系统正式运行；

1967年该系统解密以供民用。

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全部建成投入使用；

2000年，克林顿宣布，GPS取消实施SA(对民用GPS精度的一种人为限制策略)。

2.美国政府的的GPS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措施(保障国家利益不受侵害)：

测量转子各端面的瓢偏度转子的叶轮、推力盘和联轴节等部件的端面应与轴线相垂直，这些端面与转子中心线的垂直程度可用瓢偏度来表示。当以定位基准作为测量基准不利于保证测量的精度或不便于测量操作时,就应本着能使测量准确,操作方便的原则,重新选择合适的点,线,面作为测量基准.如图5-1中所示的工字梁,其腹板平面是腹板与翼板垂直定位的基准,但以此平面作为测量基准去测量腹板与翼板的垂直度,则不是很方便,也不利于获得精确的测量值.此时,若按图5-1所示采用以装配平台面作为测量基准,用90°角尺测量翼板与平台的垂直度,既容易测量,又能保证测量的准确性.。德国mahr马尔gmx275齿轮测量中心--总代理 详细说明：gmx 275 齿轮测量仪 万能齿轮测量仪 gmx 275, 为齿轮分析提供精确和快速的解决方案.gmx 275 应用于小于275 mm外径的齿轮测量，涵盖了广域的形状和参数测量. 应用 gmx 275, 通用齿轮和特殊齿轮制造商的理想测量解决方案. 可用于生产线测量和精密实验室测量. 并可配置为网络控制系统, 用于测量结果和测量修正的高效和快速数据传输. 应用于变速箱齿轮和转轴测量 与伞齿轮生产线联网，实现闭环测量系统 能对一般和专用齿轮参数进行分析控制 齿轮工具软件用于生产线或来货质量控制 测量工作站元件 测量系统: 多种功能配置适用于多样的测量任务 3d 扫描测头 每个测量系统均有独立的应用软件 计算机控制 计算机, 显示器, 打印机带一级齿轮的高精度齿轮测量仪. 内置计算机控制实现快速高效测量 广泛的齿轮和齿轮工具测量应用，成功的理想保证. 特点 gmx 275, 我们最新一代的全自动齿轮测量机.优异高效的齿轮分析和齿轮工具检测设备. 高精度、全自动检测齿轮及其传动装置。

AS--反电子欺骗。

3.其他卫星导航系统

GLONASS（全球轨道导航卫星系统），前苏联

Galileo-ENSS（欧洲导航卫星系统，即伽利略计划），欧盟

北斗导航系统，中国

三、GPS系统的构成

GPS系统=空间部分+控制部分+用户部分

1.空间部分

GPS空间部分主要由24颗GPS卫星构成，其中21颗工作卫星，3颗备用卫星。24颗卫星运行在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度以上都能够观测到4颗以上的卫星。

主要作用：发送用于导航定位的卫星信号。

构成：24颗卫星=21颗工作卫星+3颗备用卫星

2.控制部分

GPS控制部分由1个主控站，5个检测站和3个注入站组成。

组成：GPS控制部分=主控站（1个）+监测站（5个）+注入站（3个）

作用：监测和控制卫星运行，编算卫星星历（导航电文），保持系统时间。

主控站：从各个监控站收集卫星数据，计算出卫星的星历和时钟修正参数等，并通过注入站注入卫星；向卫星发布指令，控制卫星，当卫星出现故障时，调度备用卫星。

监控站：接收卫星信号，检测卫星运行状态，收集天气数据，并将这些信息传送给主控站。

注入站：将主控站计算的卫星星历及时钟修正参数等注入卫星。

分布情况：

主控站：位于美国科罗拉多州（Calorado）的法尔孔（Falcon）空军基地。

监控站：现有5个地面站均具有监控站的功能，除主控站，其余4个分别设在、阿松森群岛、迭哥加西亚、卡瓦加兰。分布于印度-太平洋海域，从红海、非洲东部延伸至科摩罗群岛、马达加斯加、塞舌尔、印度、斯里兰卡再到印度尼西亚、澳大利亚、巴布亚新几内亚、汤加以及日本北部。卡瓦酒在南太平洋群岛斐济、萨摩亚、汤加、瓦努阿图等国家有着悠久的历史，卡瓦酒的传说也神乎其神，斐济人把卡瓦酒盛在椰子壳中，似同甘露，并定为国饮。

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。

3.用户部分

GPS用户设备部分包含GPS及相关设备。GPS主要由GPS芯片构成。

如车载、船载GPS导航仪，内置GPS功能的移动设备，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信号的设备，GPS系统的消费者。

关于精确授时、精确导航、gps定位都是复杂的技术问题，需要足够精确的应用领域都采取相对论修正。导航定位功能可自动扫描室内环境精准定位、精确建图，智能规划清洁路径，并有仿生运算法则将清洁环境智能分区，使清洁方式更加科学高效， 不论你房子的空间大小，它在清扫的过程中都能不留下遗漏。gps除了用于导航、定位、测量外gps定位工作原理，由于gps系统的空间卫星上载有的精确时钟可以发布时间和频率信息，因此，以空间卫星上的精确时钟为基础，在地面监测站的监控下，传送精确时间和频率是gps的另一重要应用，应用该功能可进行精确时间或频率的控制，可为许多工程实验服务。

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