GPS定位的原理是什么

多年以前写的博客，我个人认为它相对容易理解，并转发给您以供参考.

MagicBoy110的2010-12-09 22:12阅读86496次，有32条评论

定位服务已成为越来越热门的技术，并将在将来成为所有移动设备的标准. 在定位和导航技术中，一种精度最高gps定位的基本原理是，应用最广泛的技术自然就是GPS. 有许多资料介绍Internet上GPS的原理. 本文试图以最明显的方式解释GPS定位的基本原理.

首先，GPS定位数学模型

首先介绍数学模型的原因是因为我认为该数学模型可能是整个系统的核心问题. 当然，预先声明该模型只是我根据一些GPS数据总结的简化模型. 细节可能不现实. 有关详细信息，请参阅的GPS解释材料.

GPS定位实际上是通过具有已知位置的四颗卫星来确定GPS的位置.

如上图所示，图中的GPS是当前要确定位置的设备，卫星1、2、3和4是用于此定位的四颗卫星:

定位过程只是一个功能GetLocation（），从已知的[Position1，d1]，[Position2，d2]，[Position3，d3]，[Position4，d4]四对数据中查找Location的值. 使用函数调用来表达:

Location = GetLocation（[Position1，d1]，[Position2，d2]，[Position3，d3]，[Position4，d4]）;

那么，这些参数从何而来？该函数如何执行？谁来表演？如果您还没有忘记实体几何，您可能会问: 为什么需要4对参数？然后，让我们一起探索.

1. 位置1，位置2，位置3和位置4的位置信息从哪里来？

实际上，在宇宙中运行的GPS卫星始终都通过卫星信号向世界广播其当前位置坐标信息. 任何GPS都可以通过天线轻松接收此信息，并且可以读取此信息（这实际上是每个GPS芯片的核心功能之一）. 这是位置信息的来源.

2. 来自d1，d2，d3和d4的距离信息从哪里来？

我们已经知道每个GPS卫星都会不懈地广播其位置，因此，在发送位置信息时，在发送数据包时还将附加一个时间戳. GPS接收到数据包后，会从当前时间中减去时间戳上的时间，这是数据包通过空中传输所花费的时间.

知道数据包在空中的传输时间，乘以他的传输速度就是数据包在空中传输的距离，即从卫星到GPS的距离. 数据包通过波传输，则理想速度是光速c. 如果传播时间为Ti，则公式为:

di = c * Ti（i = 1,2,3,4）;

这是di（i = 1,2,3,4）的来源.

3. GetLocation（）函数如何执行？

此功能由我执行以说明问题. 实际上，它可能不存在，但是必须有类似的操作逻辑. 这些算术逻辑可以通过软件来实现，但实际上它们中的大多数都可以由硬件芯片来完成（这也可能是每个GPS芯片的核心功能之一）.

4. 为什么需要四对参数？

根据实体几何的知识，在三维空间中，三对[Positioni，di]数据可以确定一个点（实际上可能是两个，但是我们可以通过逻辑判断丢弃一个），为什么有必要四对吗？理想情况下，三对确实足够，这意味着理想情况下仅需要三颗卫星即可实现GPS定位. 但实际上，必须是四个.

因为根据上面的公式，di是通过c * Ti计算的，我们知道c的值非常大（理想速度是光速），那么对于时间Ti来说，很小的误差是放大很多次结果是无效的. 也就是说，在GPS定位中，时间的精度非常高. GPS卫星使用铯原子钟来计时，但是我们不能为每个GPS配备铯原子钟，因为铯原子钟的价格可能已经超过了该GPS设备加上这辆使用GPS价格的珍贵汽车.

同时，由于速度c也将受到空气中电离层的影响，因此会产生误差；另外，GPS卫星广播自身的位置也可能有误差. 诸如此类的其他因素也会影响数据的准确性.

简而言之，数据中有错误. 这些错误可能会导致定位精度降低，或者可能直接导致无效定位. GetLocation（函数）中使用了另一组数据来更正错误. 至于具体细节，我们不需要关心. 只要我们知道使用一组数据，就可以使用一些聪明的算法来消除或减少错误，以确保定位有效. 这就是为什么GetLocation（）函数必须使用四组数据的原因，这就是为什么必须要定位四颗卫星的原因.

5. GPS设备如何识别GetLocation（）函数返回的位置信息？

如前所述，在计算位置时，它以空间坐标的形式表示，但是对于GPS设备和应用程序，通常需要使用[经度，纬度，高度]这样的位置信息. 然后我们可以想象在GetLocation（）函数返回定位结果之前，可能会执行从空间坐标形式到经纬度形式的转换. 我们可以假设存在诸如Convert（纬度，经度，空间坐标）之类的函数来执行此转换.

6. 单点定位和差分定位

实际上，以上只是定位原理之一，称为单点定位或绝对定位. 它是通过唯一的GPS确定位置的.

目前，最高的定位精度是差分定位或相对定位. 通过添加参考GPS来提高定位精度.

在上面，我们已经基本找到了围绕虚拟GetLocation（）函数进行GPS定位的基本数学模型. 如果不满足好奇心，我们将继续了解一些与GPS相关的背景知识.

两个gps定位的基本原理是，GPS卫星来自哪里？

（无意义，当然是由人类发射的！由人类发射！）

GPS（全球定位系统）被称为NAVSTAR GPS（NAVigation卫星定时和测距全球定位系统）. GPS是美国国防部开发的天基全天候导航系统. 它用于满足军方在地面或近地空间的通用参考系统中获取位置，速度和时间信息的要求.

1. GPS发展史

2. 美国政府的GPS战略

3. 其他卫星导航系统

三，GPS系统的组成

1. 空格部分

GPS空间部分主要由24颗GPS卫星组成，其中包括21颗工作卫星和3颗备用卫星. 24颗卫星在6个轨道平面上运行，运行时间为12小时. 确保在任何时间和任何高度角超过15度的位置都能观察到4颗以上的卫星.

主要功能: 发送卫星信号进行导航和定位.

组成: 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个主控制站，5个检测站和3个注入站组成.

组成: GPS控制部分=主控制站（1）+监视站（5）+注入站（3）

功能: 监视和控制卫星运行，编辑卫星星历（导航消息），维护系统时间.

分布:

3. 用户部分

GPS用户设备部分包括GPS和相关设备. GPS主要由GPS芯片组成.

例如，车载和车载GPS导航仪，具有内置GPS功能的移动设备，GPS测绘设备等，都属于GPS用户设备.

组成: 主要是GPS

功能: 用于接收，跟踪，转换和测量GPS信号的设备，GPS系统的使用者

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