知識貼！GPS定位基本原理詳解

常規(guī)定位基本原理：

條件：1.一個(gè)已知點(diǎn)測試(圓心)，2.待測點(diǎn)和已知點(diǎn)的距離R1；

求解：待測點(diǎn)的位置；

答案：待測點(diǎn)是個(gè)圓

條件：1.兩個(gè)已知點(diǎn)測試(兩個(gè)圓心)，2.待測點(diǎn)和已知點(diǎn)的距離r1和r2；

編輯

條件：1.兩個(gè)已知點(diǎn)測試(兩個(gè)圓心)，2.待測點(diǎn)和已知點(diǎn)的距離r1和r2；

求解：待測點(diǎn)的位置；

答案：待測點(diǎn)是A和B

條件：1.三個(gè)已知點(diǎn)測試(三個(gè)圓心)，2.待測點(diǎn)和已知點(diǎn)的距離r1和r2和r3；

求解：待測點(diǎn)的位置；

答案：待測點(diǎn)是A

GPS定位基本原理：待測點(diǎn)相當(dāng)于A點(diǎn)，待測點(diǎn)與衛(wèi)星1的距離為r1，待測點(diǎn)與衛(wèi)星2距離為r2,待測點(diǎn)與衛(wèi)星3距離為r3,三個(gè)圓自然會(huì)匯聚到一個(gè)點(diǎn)上，也就是A點(diǎn)。

基礎(chǔ)知識：

組成部分：地面監(jiān)控系統(tǒng)+衛(wèi)星+待測設(shè)備=待測設(shè)備的位置

地面監(jiān)控系統(tǒng)：主要作用是檢測和維護(hù)衛(wèi)星的，在此不做過多介紹，有興趣的同學(xué)可以去了解一下相關(guān)知識，因?yàn)殛P(guān)鍵時(shí)候(戰(zhàn)爭時(shí)期)會(huì)影響定位精準(zhǔn)度的。

衛(wèi)星：總數(shù)24顆，分布在6個(gè)軌道上（21顆使用，3顆備用）在不停的圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，工作任務(wù)一方面是從監(jiān)控站獲取衛(wèi)星編號，位置和時(shí)間等信息的指令，另一方面是連續(xù)發(fā)送帶有運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘的改正參數(shù)、電離層延遲修正參數(shù)及衛(wèi)星的工作狀態(tài)等信息的二進(jìn)制碼導(dǎo)航電文，供GPS接收機(jī)接收。

待測設(shè)備：接受衛(wèi)星信號，根據(jù)信號的傳播時(shí)間計(jì)算出接收機(jī)和衛(wèi)星的距離，進(jìn)而解算出接收機(jī)自己的位置。

C/A碼：粗碼/捕捉碼Coarse Acqusition Code，數(shù)碼率1.023Mbt/s,只調(diào)制在L1(1575.42MHz)上，一般給民用。

P碼：精碼Precise Code，數(shù)碼率10.23Mbt/s，調(diào)制在L1(1575.42MHz)和L2(1227.6MHz)上，不易受干擾，給軍用。

GPS與待測點(diǎn)直接的距離的計(jì)算：

方法一：偽距測量。

原理：通過測量導(dǎo)航電文從衛(wèi)星發(fā)射到待測設(shè)備接收的時(shí)間差△t,有已知光速V，利用公式D(距離)=V(光速)*t(時(shí)間差)△t,就可以確定偽距。安裝以上常規(guī)定位原理試想一下，一顆衛(wèi)星可以確定一個(gè)圓形，兩顆衛(wèi)星可以確定兩個(gè)圓，三顆衛(wèi)星可以確定三個(gè)圓，三圓交界點(diǎn)就是測試待測點(diǎn)位置。

三維空間中，每一顆衛(wèi)星對應(yīng)一個(gè)三維坐標(biāo)(X，Y，Z)，而各個(gè)衛(wèi)星的xyz坐標(biāo)為已知數(shù)，即可度根據(jù)空間距離公式“根號下(x1-x2)^2+(y1-y2)^2+(z1-z2)^2”=d算出衛(wèi)星到待測設(shè)備的距離d，這樣通過四顆以上定位衛(wèi)星就可以列出關(guān)于屬X，Y，Z和△t的4個(gè)以上方程組，解方程組就可以算出X，Y，Z，這樣位置出來了。

每一衛(wèi)星播發(fā)一個(gè)偽隨機(jī)測距碼信號，該信號大約每1毫秒播發(fā)一次，接收設(shè)備同時(shí)復(fù)制出一個(gè)同樣結(jié)構(gòu)的信號并與接收到的衛(wèi)星信號對比，根據(jù)比對可以推算出延遲多少長時(shí)間△t，由信號的延遲時(shí)間(△t)推算出衛(wèi)星至接收設(shè)備的偽距，同時(shí)接收設(shè)備的時(shí)鐘應(yīng)與衛(wèi)星鐘校時(shí)。

方法二：載波相位測量。

原理：通過測量從GPS衛(wèi)星發(fā)射的原始載波相位到待測設(shè)備接收的載波相位之差，得到載波傳輸距離。和測試偽距原理一樣計(jì)算待測點(diǎn)和衛(wèi)星之間的距離，利用多個(gè)方程式計(jì)算待測點(diǎn)XYZ坐標(biāo)。

簡單邏輯圖如下，具體算法不做過多詳解，有興趣的同學(xué)可以去了解。