GPS介绍及在手机中的应用讲解

发展
最初的GPS计划在美国联合计划局的领导下诞生，该方案将24颗卫 星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上 任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m，精码 精度为10m。由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改 为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上，然而这一方案使得卫星 可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3 颗备用星工作在互成60度的6条轨道上。这也是GPS卫星所使用的工 作方式。 GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天 候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。它 由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及 通讯辅助系统组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨 道平面。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。民用的 定位精度可达10米内。
GPS冷启动、热启动、暖启动
冷启动：GPS接收机清空了所有历史信息并重启，然后它尝试定位并 锁定卫星，由于没有先前信息，这将花去很长的时间。GPS接收机采 用类似于轮询的方法 热启动：GPS接收机保存有其最后计算的可视卫星的位置、almanac( 历书)和UTC时间，在重启以后，GPS接收机以保存的上述内容为基础 获取和计算当前卫星的最新位置。
暖启动：GPS接收机保存有最后计算的卫星的位置、历书和UTC时间， 但保存的内容不是当前可视卫星的数据。GPS接收机重启以后尝试去 获得当前卫星和信号并计算其新位置。接收机基于其最后的位置和历 书得以大概知道当前天空中的可视卫星。
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定位原理 GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接 收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机 的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时 钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则 通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光 速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与 卫星之间的真实距离，而是伪距PR）。当GPS卫星正常工 作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪 码）发射导航电文。可见GPS导航系统卫星部分的作用就是 不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与 卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x 、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作 为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果 想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。 GPS定位的基本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。如图所示，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。
集成GPS
需要GPS硬件，通 过4颗卫星确定位 定位精准度好 置 需要AGPS位置服 务器，并且基于 GPS 首次搜星速度 快 有效减少设备 的电量消耗
定位速度跟据卫星信号的不同， 而受影响
A-GPS
必须有蜂窝网络的支持用以数据 传输， 必须有AGPS位置服务器的支持 与GPS一样，仍无法完美解决 室内（室内无法接收GPS信号） 定位的问题
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移动定位技术
一、基于网络小区定位技术 二、集成GPS 三、辅助GPS（即A-GPS）
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基于网络小区定位技术 基本原理： 移动通信网络是由许多像 蜂窝一样的小区构成的， 每个小区都有自己的编号。
基于网络的小区识别定位 技术，根据移动终端所处 的蜂窝小区ID号确定用户 位置。 这种定位精度取决于移动 终端所处蜂窝小区半径的 大小，从几百米到几十公 里不等，与其它技术相比， 该技术精度最低
Hale Waihona Puke 基于小区网络定位原理图集成GPS
集成GPS定位需要手机内置GPS模块。
基本原理=GPS原理 利用三维坐标中的距离公式，利用3 颗卫星组成3个方程式，解算出手机 的位置(X,Y,Z) 考虑到卫星时钟与手机时钟之间的误 差，实际上有4个未知数，X、Y、Z 和时钟差，因而需要引入第4颗卫星， 形成4个方程式进行求解，从而得到 手机的经纬度和高程
GPS介绍及在手机 中的应用
定义 利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫 星定位系统，简称GPS。GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、 全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精 度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的 应用典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了数字经济 的发展。 简介 GPS可以提供车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。要 实现以上所有功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素。
集成GPS定位原理图
辅助GPS A-GPS定位流程图 即A-GPS，是网络 辅助的全球定位系 统。 AGPS定位仍然是基 于GPS的。
这种方法实际就是： 小区识别定位 + 集 成GPS定位 + 远端 数据计算 + 网络信 息传输
定位技术对比
定位技术 基于网络小 区定位
特点 需要蜂窝基站
优点
缺点
定位速度快、 定位精准度最差，受蜂窝小区基 成本低（不需 站半径影响 额外的硬件）、 耗电少、室内 可用等优势
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定位方式及定位精度
定位方式 GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定 位）。单点定位就是根据一台接收机的观测 数据来确定接收机位置的方式，它只能采用 伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。 相对定位（差分定位）是根据两台以上接收 机的观测数据来确定观测点之间的相对位置 的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相 位观测量，大地测量或工程测量均应采用相 位观测值进行相对定位。 定位精度 28颗卫星(其中4颗备用)早已升空，分布在6 条交点互隔60度的轨道面上，距离地面约 20000千米。已经实现单机导航精度约为10 米，综合定位的话，精度可达厘米级和毫米 级。但民用领域开放的精度约为10米。