gps工作原理是什么啊

小羽❤️ 2024-06-26 09:46:43

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gps的工作原理，简单地说来，是利用我们熟知何与物理上一些基本原理。首先我们假定卫星的位置为已知，而我们又能准确测定我们所在地点a至卫星之间的距离，那么a点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步，我们又测得点a至另一卫星的距离，则a点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测得与第三个卫星的距离，就可以确定a点只能是在三个圆球相交的两个点上。根据一些地理知识，可以很容易排除其中一个不合理的位置。当然也可以再测量a点至另一个卫星的距离，也能精确进行定位。以上所说，要实现精确定位，要解决两个问题：　　其一是要确知卫星的准确位置；　　其二是要准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离。下面我们看看怎样来做到这点。如何测定卫星至用户的距离　　我们过去都学过这样的公式：时间x速度=距离。我们也从物理学中知道，电波传播的速度是每秒钟三十万公里，所以我们只要知道卫星信号传到我们这里的时间，就能利用速度乘时间等于距离这个公式，来求得距离。所以，问题就归结为测定信号传播的时间。　　要准确测定信号传播时间，要解决两方面的问题。一个是时间基准问题。就是说要有一个精确的时钟。就好比我们日常量一张桌子的长度，要用一把尺子。假如尺子本身就不标准，那量出来的长度就不准。另一个就是要解决测量的方法问题。　　时间基准问题　　gps系统在每颗卫星上装置有十分精密的原子钟，并由监测站经常进行校准。卫星发送导航信息，同时也发送精确时间信息。gps**接收此信息，使与自身的时钟同步，就可获得准确的时间。所以，gps**除了能准确定位之外，还可产生精确的时间信息。　　测定卫星信号传输时间的方法　　为了避免采用过多的技术术语，我们先作一个不太恰当的比喻。我们在所处的地点和卫星上同时启动录音机来播放“东方红”乐曲，那么，我们应该能听到一先一后两支“东方红”的曲子（实际上，卫星上播放的曲子，我们不可能听见，只是假想能够听到），但一定是不合拍的。为了使两者合拍，我们延迟启动地上录音机的时间。当我们听到两支曲子合拍时，启动录音机所延迟的时间就等于曲子从卫星传送到地上的时间。当然，电波比声波速度高得多，电波也不能用耳朵来接收。所以，实际上我们播送的不是“东方红”乐曲，而是一段叫做伪随机码的二进制电码。延迟gps**产生的伪随机码，使与接收到卫星传来的码字同步，测得的延迟时间就是卫星信号传到gps**的时间。至此，我们也就解决了测定卫星至用户的距离。当然，上面说的都还是十分理想的情况。实际情况比上面说的要复杂得多，所以我们还要采取一些对策。例如：电波传播的速度，并不总是一个常数。在通过电离层中电离子和对流层中水气的时候，会产生一定的延迟。一般我们这可以根据监测站收集的气象数据，再利用典型的电离层和对流层模型来进行修正。还有，在电波传送到**天线之前，还会产生由于各种障碍物与地面折射和反射产生的多径效应。这在设计gps**时，要采取相应措施。当然，这要以提高gps**的成本为代价。原子钟虽然十分精确，但也不是一点误差也没有。gps**中的时钟，不可能象在卫星上那样，设置昂贵的原子钟，所以就利用测定第四颗卫星，来校准gps**的时钟。我们前面提到，每测量三颗卫星可以定位一个点。利用第四颗卫星和前面三颗卫星的组合，可以测得另一些点。理想情况下，所有测得的点，都应该重合。但实际上，并不完全重合。利用这一点，反过来可以校准gps**的时钟。测定距离时选用卫星的相互几何位置，对测定的误差也不同。为了精确的定位，可以多测一些卫星，选取几何位置相距较远的卫星组合，测得误差要小。在我们提到测量误差时，还有一点要提到，就是美国的sa政策。美国**在gps设计中，计划提供两种服务。一种为标准定位服务（sps），利用粗码（c/a）定位，精度约为100m，提供给民用。另一种为精密定位服务（pps），利用精码（p码）定位，精度达到10m，提供给军方和特许民间用户使用。由于多次试验表明，sps的定位精度已高于原设计，美国**出于对自身安全的考虑，对民用码进行了一种称为“选择可用性sa(selective **ailability)”的干扰，以确保其**系统具有最佳的有效性。由于sa通过卫星在导航电文中随机加入了误差信息，使得民用信号c/a码的定位精度降至二维均方根误差在100米左右。　　采用差分gps技术(dgps)，可消除以上所提到大部分误差，以及由于sa所造成的干扰，从而提高卫星导航定位的总体精度，使系统误差达到10到15米之内。　　gps技术的错差　　在gps定位过程中，存在三部分误差。一部分是对每一个用户**所共有的，例如：卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等；第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差；第三部分为各用户**所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。利用差分技术第一部分误差可完全消除，第二部分误差大部分可以消除，这和基准**至用户**的距离有关。第三部分误差则无法消除，只能靠提高gps**本身的技术指标。对美国sa政策带来的误差，实质上它是人为地增大前两部分误差，所以差分技术也相应克服sa政策带来的影响。　　　差分gps技术消除公共误差原理　　假如在距离用户500公里之内，设置一部基准**。它和用户**同时接收某一卫星的信号，那么我们可以认为信号传至两部**所途经电离层和对流层的情况基本是相同，故所产生的延迟也相同。由于接收同一颗卫星，故星历误差、卫星时钟误差也相同。若我们通过其它方法确知所处的三维座标（也可以用精度很高的gps**来实现，其价格比一般gps**高得多），那就可从测得伪距中，推算其中的误差。将此误差数据传送给用户，用户就可从测量所得的伪距中扣除误差，就能达到更精确的定位。 20210311

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