現(xiàn)代汽車的GPS導航系統(tǒng)的原理
來源： | 作者: | 發(fā)表于：2013-09-09
現(xiàn)代汽車的GPS導航系統(tǒng)的原理
GPS的定位原理,一看就懂,如果要看專業(yè)的，請參看“參考資料”
GPS的定位原理,用專業(yè)的語言去解釋,非常復雜,一大堆術語名詞,能把你累死!從我們用戶的角度來講,其實很簡單:
1. 我們所在點有四個未知數(shù):X, Y, Z ,T 即:經(jīng)度,:緯度,高度,時間
2. GPS衛(wèi)星的核心部件是一個極高精度的時鐘,一百萬年誤差不到一秒
3 .每個衛(wèi)星發(fā)送的導航信息里含有它發(fā)送時的時間
4.GPS衛(wèi)星是人造衛(wèi)星,它的位置及發(fā)送時的時間是已知的(X1,Y1,Z1,T1);(X2,Y2……..
5 .電磁波以每秒30萬公里傳播
6. 每個衛(wèi)星發(fā)送的信息到達我們自己的接收機都有不同的時間差DT,乘以電磁波30萬公里的速度，即可得到每個衛(wèi)星與我們的接收機的距離L
7.假設我們的接收器能鎖定四個或四個以上衛(wèi)星，則(X 1，Y1，Z1，L1），…(X4,Y4,Z4,L4)為已知
8. 重復講一下：四個衛(wèi)星的位置為已知，四個衛(wèi)星與我們的接收機的距離也為已知
9. 解方程，即可得到我們的位置及時間（X，Y，Z，T）
附帶的結論：我們的GPS接收機顯示的時間有極高的精度（因為是“算”出來的，比較接近衛(wèi)星的時鐘精度）；我們鎖定四個或四個以上衛(wèi)星才能完全導航 GPS是美國從本世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。經(jīng)近10年我國測繪等部門的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，贏得廣大測繪工作者的信賴，并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學等多種學科，從而給測繪領域帶來一場深刻的技術革命。 隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應用領域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經(jīng)濟各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。 GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分—GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分—地面監(jiān)控系統(tǒng)； 用戶設備部分—GPS信號接收機。 2. 衛(wèi)星及星座 由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，記作（21+3）GPS星座。 24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間相距60度， 即軌道的升交點赤經(jīng)各相差60度。每個軌道平面內各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度， 一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛(wèi)星超前30度。 在兩萬公里高空的GPS衛(wèi)星，當?shù)厍驅阈莵碚f自轉一周時，它們繞地球運行二周， 即繞地球一周的時間為12恒星時。這樣，對于地面觀測者來說，每天將提前4分鐘見到同一顆GPS 衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時間和地點的不同而不同，最少可見到4顆， 最多可見到11顆。在用GPS信號導航定位時，為了結算測站的三維坐標，必須觀測4顆 GPS衛(wèi)星，稱為定位星座。這4顆衛(wèi)星在觀測過程中的幾何位置分布對定位精度有一定的 影響。對于某地某時，甚至不能測得精確的點位坐標，這種時間段叫做“間隙段”。但這種 時間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)實時的導航定位測量。 GPS工作衛(wèi)星的編號和試驗衛(wèi)星基本相同。 3. 地面監(jiān)控系統(tǒng) 對于導航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷—描述衛(wèi)星運動及其軌道的 的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設備是否正常 工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預定軌道運行，都要由地面設備進行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng) 另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標準—GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測 各顆衛(wèi)星的時間，求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導航電文發(fā)給用戶設備。 GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站。
