gps工作原理是什么啊

小羽❤️ 2024-06-10 15:43:47
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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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