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GPS原理及其应用

    GPS 原理简单的说就是通过导航卫星确定目标坐标,然后对比地图坐标确定目标的具体位置。GPS定位原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置。 

   GPS的定位是利用卫星基本三角定位原理,GPS 接收装置以测量无线电信号的传输时间来量测距离,以距离来判定卫星在太空中的位置,这是一种高轨道与精密定位的观测方式。假设卫星在11,000英哩高处,测量我们的距离,首先以11,000英哩为半径,以此卫星为圆心画一圆,而我们位置正处於球面上。  

    再假设第二颗卫星距离我们12,000英哩,而我们正处於这二颗球所交集的圆周上。现在我们再以第三颗卫星做精密定位,假设高度13,000 英哩,我们即可进一步缩小范围到二点位置上,但其中一点为非我们所在的位置极有可能在太空中的某一点,因此,我们舍弃这一点参考点,选择另一点为位置参考点。

    如果要获得更精确的定位,则必定要再测量第四个颗卫星,从基本物理的观念上来说,以讯号传输的时间乘以速度即是我们与卫星的距离,我们将此测得的距离称为虚拟距离,在GPS的测量上,我们测的是无线信号,速度几乎达18万6千英哩 c的光速,而时间却短的惊人,甚至只要0.06秒,时间的测量需要二个不同的时表,一个时表装置於卫星上以记录无线电信号传送的时间,另一个时表则装置在接收器上,用以记录无线电信号接收的时间,虽然卫星传送信号至接收器的时间极短,但时间上并不同步,假设卫星与接收器同时发出声音给我们,我们会听到二种不同的声音,这是因为卫星从11,000英哩远的地方传来,所以会有延迟的时间,因此,我们可以延迟接收器的时间,从此延迟的时间╳速度,就是接收器到卫星的距离,此即为 GPS 的基本定位原理。

     

GPS 的基本定位原理

     

    假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机,可以测定GPS信号到达接收机的时间△t,再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式:

    上述四个方程式中待测点坐标x、 y、 z 和Vto为未知参数,其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。

    di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。

    △ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。

    c为GPS信号的传播速度(即光速)。

    四个方程式中各个参数意义如下:

    x、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。

    xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标,

    可由卫星导航电文求得。

    Vt i (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差,由卫星星历提供。

    Vto为接收机的钟差。

    由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto 。

    GPS在个人定位中的应用

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    GPS在巡线车辆管理的特定运用

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    GPS定位系统不仅用于导弹、飞船的导航定位,更是广泛用于飞机、汽车、船舶的导航定位,公安、银行、医疗、消防等用它建立监控、报警、救援系统,企业用它建立现代物流管理系统,农业、林业、环保、资源调查、物理勘探、电信等都离不开导航定位,特别是随着卫星导航接收机的集成微型化,出现各种融通信、计算机、GPS于一体的个人信息终端,使卫星导航技术从专业应用走向大众应用,成为继通信、互联网之后的IT第三个新的增长点。以GPS为代表的卫星导航定位应用产业越来越吸引众多人的关注。

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