GPS定位基本原理
GPS定位的工作原理
GPS定位的工作原理GPS（全球定位系统）是一种通过卫星来确定地理位置的技术。
它已经广泛应用于导航、地理定位和地图绘制等领域。
下面将详细解释GPS定位的工作原理。
一、卫星信号发射1. 卫星：GPS系统由一组人造卫星组成，它们绕地球轨道运行。
目前，GPS系统中共有24颗卫星。
2. 信号发射：每颗卫星通过无线电波向地球发送信号。
信号中包含有用的位置和时间信息。
二、接收器接收信号1. GPS接收器：GPS接收器是一种装置，用于接收来自卫星的信号。
2. 信号接收：接收器中的天线接收信号，并将其发送到处理器进行处理。
三、三角测量原理1. 时间同步：接收器通过比较接收到信号的到达时间来确定卫星到接收器的距离。
通过与卫星通信所需的时间，接收器可以计算出卫星与其之间的距离。
2. 多个卫星：通过与多颗卫星进行通信，接收器可以得到多个卫星到达的时间，从而可以计算出与多颗卫星之间的距离。
3. 三角测量：接收器使用三角测量原理计算出自身到每颗卫星的距离。
四、定位计算1. 卫星轨道：GPS系统中的卫星轨道已经被精确测量和记录。
卫星轨道的信息存储在GPS接收器内部或连接的设备中。
2. 距离计算：通过使用接收器计算出的与几颗卫星之间的距离，接收器可以使用卫星轨道信息来计算自身的位置。
3. 地理定位：通过比较自身与至少四颗卫星的距离，接收器可以确定自身的地理位置。
4. 计算时间：接收器还可以根据接收到信号的时间来确定当地的时间。
五、误差修正1. 大气层延迟：信号在穿过大气层时会受到延迟，这可能导致距离计算的误差。
接收器使用大气层模型来修正这种误差。
2. 卫星钟偏移：卫星上的钟可能存在略微的时间偏移。
接收器使用卫星信号中的时间信息来修正这种误差。
3. 干扰：接收器还可能受到电子设备、建筑物、树木等物体的干扰。
这些干扰可能导致信号弱化或失真，从而影响定位的准确性。
4. 将设备移动到适合接收信号的位置，可以帮助减少这些误差。
综上所述，GPS定位的工作原理是通过卫星发射信号并接收器接收信号来实现的。
GPS定位原理
GPS定位原理GPS（全球定位系统）是一种通过卫星信号进行位置定位的技术。
它使用一组卫星并借助接收器来确定地球上的特定位置。
GPS定位原理基于三角定位原理，其中至少需要三个卫星的信号以确定一个点的位置，而更多的卫星信号可以提供更准确的定位。
GPS定位原理主要包括卫星发送信号、接收器接收信号和计算位置三个核心步骤。
1. 卫星发送信号全球定位系统由约30颗绕地球轨道运行的GPS卫星组成。
这些卫星中的每一颗都以固定的速度和高度绕地球运行，每天围绕地球两次。
每颗卫星都携带了高精度的原子钟以确保时间的准确性。
卫星通过无线电信号向地球上的接收器发送信息。
这些信号告诉接收器有关卫星的位置和当前时间的数据。
2. 接收器接收信号GPS接收器是用于接收卫星信号的设备。
接收器一般由天线、接收芯片和计算机芯片组成。
天线用于接收卫星发出的无线电信号。
接收芯片负责处理这些信号，并将它们转化为计算机可读的形式。
计算机芯片是接收器的核心，它通过算法和数据计算出接收器的位置。
3. 计算位置接收器接收到来自卫星的信号后，计算机芯片会利用三角定位原理来确定接收器的位置。
在确定位置时，接收器需要至少接收到三个卫星的信号。
根据接收到信号的时间以及每个卫星与接收器之间的距离，接收器可以确定自己与每个卫星的距离。
通过这些距离信息，接收器可以绘制出一个以卫星为中心的球体，接收器的位置将位于球体与球体相交的点上。
为了提供更准确的位置信息，接收器通常会接收更多的卫星信号。
这样可以使用更多的球体相交，进而提供更精确的位置。
总结：GPS定位原理通过卫星发送信号、接收器接收信号和计算位置三个步骤来确定接收器的位置。
这种技术在现代社会中得到广泛应用，例如导航系统、车辆追踪、物流管理等各个领域。
通过GPS定位原理，人们可以方便地确定自己的位置并进行导航，提高了生活和工作的效率。
GPS系统定位原理：卫星信号的三角定位
GPS系统定位原理：卫星信号的三角定位
全球定位系统（GPS）通过卫星信号的三角定位原理来确定接收器的位置。
以下是GPS系统定位的基本原理：
1. GPS卫星网络：
卫星分布： GPS系统中有一群卫星轨道绕地球运行。
这些卫星在不同的轨道上，确保地球上的任何位置都能接收到至少四颗卫星的信号。
信号传输：每颗卫星都以固定的频率向地球发射信号，其中包含卫星的位置和时间信息。
2. 接收器接收卫星信号：
接收器定位： GPS接收器位于地球表面，能够接收到来自多颗卫星的信号。
接收器通过测量信号的到达时间来确定每颗卫星与接收器之间的距离。
多颗卫星：至少接收到四颗卫星的信号，以确保足够的信息进行精准的定位。
3. 三角定位原理：
测量距离：接收器通过测量从卫星发射信号到接收器接收信号的时间来计算距离。
速度等于距离除以时间。
三角定位：使用接收器到多颗卫星的距离，可以确定接收器相对于每颗卫星的位置。
三个或以上卫星的交汇点就是接收器的位置。
4. 时间同步：
精确时间：由于GPS信号中包含卫星的时间信息，接收器使用这些信息来确保接收到的信号和卫星发射信号的时间是同步的。
5. 定位精度：
多个卫星：使用多颗卫星的信息可以提高定位的精度。
更多的卫星提供更多的交叉验证，减小误差。
差分GPS：通过使用参考站的已知位置进行比较，可以进一步提高定位的精度，称为差分GPS。
通过以上原理，GPS系统能够提供全球范围内高精度的定位服务，广泛应用于导航、地图服务、精准农业等领域。
GPS_百度百科
GPS_百度百科一、GPS的基本概念和原理GPS，全称为全球定位系统（Global Positioning System），是一种基于卫星导航系统的定位技术。
它由一系列的卫星、地面控制站和用户设备组成，能够准确测量地球上任意点的位置坐标，并提供导航、定位等功能。
GPS的原理主要基于三个方面：卫星发射的信号、接收器接收的信号和测量时间。
首先，GPS系统中有24颗卫星（包括备用卫星），它们通过人造卫星轨道在地球上的分布。
这些卫星以恒定速度绕地球旋转，每颗卫星每天都会固定几次跟踪站的位置，并通过无线电信号发送卫星的位置信息。
其次，GPS接收器位于地面或者其他移动设备中，用来接收卫星发射的信号。
接收器会接收到至少四颗卫星的信号，并通过测量信号的传播时间来计算接收器到每颗卫星的距离。
通过将这些距离进行三角测量，GPS接收器能够确定接收器所在的位置。
最后，GPS接收器需要测量时间来确定信号传播的速度，并精确计算出定位信息。
GPS接收器内置一个高精度的原子钟，用来测量信号传播的时间。
接收器通过比较卫星发射信号的时间和它接收到信号的时间差来计算信号的传播时间，从而得出定位信息。
二、GPS的应用领域GPS的应用广泛，涵盖了几乎所有与位置有关的领域。
下面简要介绍几个主要的GPS应用领域：1.车辆导航和交通管理：GPS可以实时导航汽车、飞机等交通工具，提供最佳路线和交通信息，并帮助交通管理部门监控交通流量和疏导交通。
2.航海和航空：GPS已经成为航海和航空领域的重要工具，可用于船舶和飞机的导航定位、航线规划等。
3.军事应用：GPS最初是作为军事导航系统而研发的，现在仍广泛应用于军事领域，用于战术导航、目标定位、军事通信等。
4.地质勘探和测绘：GPS能够提供高精度的地球表面位置坐标，因此在地质勘探、测绘和地质灾害预警等方面有重要应用。
5.环境监测和气象预测：GPS可以用于监测大气湿度、气压和大气延迟等数据，从而提供准确的气象预测和环境监测。
GPS定位原理和简单公式
GPS定位原理和简单公式GPS是全球定位系统的缩写，是一种通过卫星系统来测量和确定地球上的物体位置的技术。
它利用一组卫星围绕地球轨道运行，通过接收来自卫星的信号来确定接收器（GPS设备）的位置、速度和时间等信息。
GPS定位原理基于三角测量原理和时间测量原理。
1.三角测量原理：GPS定位主要是通过测量接收器与卫星之间的距离来确定接收器的位置。
GPS接收器接收到至少4颗卫星的信号，通过测量信号的传播时间得知信号的传播距离，进而利用三角测量原理计算出接收器的位置。
2.时间测量原理：GPS系统中的每颗卫星都具有一个高精度的原子钟，接收器通过接收卫星信号中的时间信息，利用接收时间和发送时间之间的差值，计算出信号传播的时间，从而进一步计算出接收器与卫星之间的距离。
简单的GPS定位公式：1.距离计算公式：GPS接收器与卫星之间的距离可以通过测量信号传播时间得到。
假设接收器与卫星之间的距离为r，光速为c，传播时间为t，则有r=c×t。
2.三角测量公式：GPS定位是通过测量与至少4颗卫星的距离，来计算接收器的位置。
设接收器的位置为(x,y,z)，卫星的位置为(x_i,y_i,z_i)，与卫星的距离为r_i，根据三角测量原理，可得到以下方程：(x-x_1)^2+(y-y_1)^2+(z-z_1)^2=r_1^2(x-x_2)^2+(y-y_2)^2+(z-z_2)^2=r_2^2...(x-x_n)^2+(y-y_n)^2+(z-z_n)^2=r_n^2这是一个非线性方程组，可以通过迭代方法求解，求得接收器的位置。
3.定位算法：GPS定位一般使用最小二乘法来进行计算。
最小二乘法是一种数学优化方法，用于最小化误差的平方和。
在GPS定位中，通过最小化测量距离与计算距离之间的差值的平方和，来确定接收器的位置。
总结：GPS定位原理基于三角测量和时间测量原理，通过测量接收器与卫星之间的距离，利用三角测量公式和最小二乘法来计算接收器的位置。
GPS导航定位原理以及定位解算算法
GPS导航定位原理以及定位解算算法全球定位系统（GPS）是一种基于卫星导航的定位技术。
其基本原理是通过接收来自卫星系统的信号，并利用这些信号的时间差来计算接收器与卫星之间的距离，进而确定接收器的位置。
GPS定位原理：1.卫星信号发射：GPS系统由一组运行在地球轨道上的卫星组成。
这些卫星通过周期性地广播信号来与地面上的GPS接收器进行通信。
2.接收器接收信号：GPS接收器接收来自卫星的信号，一般至少需要接收到4颗卫星的信号才能进行定位。
3.信号延迟计算：GPS接收器通过测量信号从卫星发射到接收器接收的时间来计算信号的传播延迟，然后将延迟转换为距离。
4.距离计算：GPS接收器通过比较接收的信号与预先知道的卫星发射信号之间的时间差，进而计算出接收器与卫星之间的距离。
5.定位解算：通过同时计算接收器与多颗卫星之间的距离，可以确定接收器所在的位置。
这一过程通常使用三角测量或者多路径等算法来完成。
GPS定位解算算法：1.平面三角测量：这是一种常用的定位解算算法。
通过测量接收器与至少三颗卫星之间的距离，可以得到三个方程，从而确定接收器的位置。
2.弧长法：这一算法通过测量接收器与至少四颗卫星之间的距离，将每个卫星看作是一个弧线，然后通过计算不同卫星间弧线的交点来确定接收器的位置。
3.最小二乘法：这种算法将测量误差最小化，通过最小二乘法来计算接收器与卫星之间的距离和接收器的位置。
4.系统解算：该算法利用多个时间点上的观测数据，通过组合计算来减小误差，精确确定接收器的位置。
GPS定位解算算法根据具体的应用场景和精度要求有所不同，不同的算法有着各自的优缺点。
在实际应用中，通常结合多种算法进行定位，以提高精度。
同时，还可以通过使用差分GPS（DGPS）来消除大气延迟和接收器误差，进一步提高定位精度。
总结：GPS导航定位原理基于卫星信号的接收和测量，通过计算信号传播的时间差来确定接收器与卫星之间的距离，并通过不同的算法进行定位解算。
gps定位基本原理
gps定位基本原理
GPS定位基本原理是利用卫星进行定位的技术。
GPS系统由一组卫星、地面控制站和用户设备组成。
卫星向地面控制站发送信号，控制站对这些信号进行处理和分析，并将处理后的信息发送给用户设备。
用户设备中的GPS接收器接收到来自卫星的信号，并测量信号的传播时间。
由于信号以光速传播，可以根据传播时间计算出信号的传播距离。
通过接收来自多颗卫星的信号，并计算出这些信号的传播距离，GPS接收器可以确定自身的位置。
为了准确计算位置，GPS接收器需要同时接收来自至少四颗卫星的信号。
每颗卫星都会向接收器发送一个具有时间戳的信号，并通过该时间戳与接收器中的时钟进行同步。
接收器使用来自多颗卫星的信号和时间戳来确定自身的位置。
GPS定位的精度取决于接收器接收到的卫星数量以及这些卫星的几何分布。
当接收器处于开阔地区，能够同时接收到来自多个方向的卫星信号时，定位精度会更高。
但当接收器处于有遮挡物的地区，如高楼大厦或树木茂密的地区，定位精度可能会下降。
总的来说，GPS定位基本原理是通过接收卫星信号并测量信号的传播时间来确定自身位置的。
这种定位技术在许多领域中得到广泛应用，例如导航、车辆追踪和地图绘制等。
gps 定位 原理
gps 定位原理
GPS是全球定位系统(Global Positioning System)的简称，它是
一种基于卫星的定位技术。
GPS定位原理主要包括三个方面：空间定位、信号传播和接收机测量。
首先，空间定位是指通过卫星定位系统在空间中确定目标的位置。
GPS系统由一组绕地球轨道运行的人造卫星组成，卫星
之间互相配合，形成一个全球定位的网络。
每颗卫星通过无线电波发射信号，信号携带有关卫星的位置、时间等信息。
其次，信号传播是指卫星发射的信号在大气层和地面上的传播。
信号从卫星发射后经过大气层的折射、反射等过程，最终到达地面的接收机。
大气层对信号传播有一定影响，会造成信号的延迟和传播路径的变化。
最后，接收机测量是指地面接收机对接收到的信号进行测量和计算，以确定自身的位置。
接收机通过接收至少四颗卫星的信号，并测量信号的传播时间延迟来确定卫星与接收机之间的距离。
接收机还需要准确知道每颗卫星的位置和时间，以便进行计算定位结果。
总结来说，GPS定位原理通过空间定位、信号传播和接收机
测量来确定目标的位置。
卫星发射信号，信号经过传播到达接收机，在接收机进行测量和计算后，确定自身的位置。
这样就实现了全球范围内的精确定位。
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GPS术语： •卫星（Satellite） ---- Space Vehicle (SV)； •接收器（Receiver） ---- User Equipment (UE)。
三个未知量需要三个方程
r1 (xsv1xue)2 (ysv1yue)2 (zsv1zue)2 r2 (xsv2 xue)2 (ysv2 yue)2 (zsv2 zue)2 r3 (xsv3xue)2 (ysv3yue)2 (zsv3zue)2
GPS系统的定位过程可简述为如下步骤： 跟踪、选择卫星、接收选定卫星的信号。 解读、解算出卫星。 测量得到卫星和用户之间的相对位置。 解算得到用户的最可信赖位置。
“交会法” 定位
已知一颗卫星的位置和接收器到它的距离，就可以确定接收器在一个球面上。 已知两颗卫星的位置和接收器到它们的距离，就可以确定接收器在一个环上。 如果知道三颗卫星的位置和接收器到它们的距离，通常可以确定接收器一定
Accuracy?
plus/minus a second over more than 30,000 years!!
确定时间的必要性
至少有两个原因用户需要知道精确的时间： 1. 用户通过测量卫星信号的延迟来确定与卫星之间的距离。 2. 卫星、用户以及它们所在的坐标系（固定在地球上）都
是运动的。它们的位置都需要时间来确定。
T
T+3
Signal is picked up by the receiver at time “T + 3”
Distance between satellite and receiver = “3 times the speed of light”
Pseudo Random Noise Code
在相对定位中，至少其中一点或几个点的位置是已知的， 即其在WGS－84坐标系的坐标为已知，称之为基准点。
相对定位是高精度定位的基本方法
广泛应用于高精度大地控制网、精密工程测量、地球动 力学、地震监测网和导弹和火箭等外弹道测量方面。
动态定位
至少一台接收机处于运动状态，确定各观测时刻运动中 的接收机的绝对或相对位置关系。
精确定位必须解决两个问题：确定卫星准确位置；准 确测定卫星到地面测点的距离。
1．测距方法
伪距测量（伪码测距）：测量GPS卫星发射的测距码 信号到达用户接收机的传播时间。
载波相位测量：测量具有载波多普勒频移的GPS卫星 载波信号与接收机产生的参考信号之间的相位差。
多普勒测量：由积分多普勒计数得出的伪距。
所需观测时间较长，一般数小时，同时观测过程中，要求接收 机的震荡器保持高度稳定。
干涉测量：由干涉法测量得出的时间延迟。
所需设备较昂贵，数据处理复杂。
后两种种方法在GPS定位中，尚难以获得广泛应用。
目前广泛应用的基本观测量主要有码相位观测量和 载波相位观测量。
所谓码相位观测是测量GPS卫星发射的测距码信号 （C/A码或P码）到达用户接收机天线（观测站）的传播 时间。
假设用户的时钟慢千分之一秒，于是延迟 就多了0.001秒，所测量得的距离也就多 了三百公里。
GPS卫星的速率大约是每秒3.87公里。 赤道上一点由于地球自转移动的速率是每 秒456米。所以以上千分之一秒的误差将 引起大约3870*0.001=3.87米的误差。
测距及定位基本方法与分类
GPS定位包括确定一个点的三维坐标与实现同步四个 未知参数。
精度要求差别大
为船类导航，精度几十米即可。 为飞机进场导航，精度1~2米即可。 为导弹测轨，精度要求约在0.1米。
动态定位和静态定位的差异
由于静态定位可以多次重复观测，可以采取事 后处理，对随机误差进行平差处理，这些办法 动态定位无法采取，所以定位精度更高。
动态定位的独特优点是实时性好。
Time = time it takes signal to travel from the SV to GPS receiver
Each satellite carries around four atomic clocks
Uses the oscillation of cesium and rubidium atoms to measure time
根据CDMA 的测量原理可知, 信噪比与相关处理的积分时间的平方 根成正比, 从而采用Z 跟踪技术所获取的P 码伪距的精度有所下降
采用其它方法获取P 码伪距时, 由于增加了处理环节和使用 近似的W 码(准确的W码是未知的) 信息, 也增加了测量噪声
非特许用户得到的P 码精度将有所降低。
作为特需用户, 可以直接得到P 码伪距, 其精度高于C/ A 码 伪距
Z跟踪技术
010010 P码
AS
+
P码+W码Y码
W码
0（ 1）
W码的码元宽度比Y码大几十 倍（严格保密）
= 010010
Y码
无法对其进行直接跟踪与测量
Z跟踪技术
ASHTECH 公司的专利技术
010010 P码
+
核心：基于Y 码是P 码和一显 W 码
1（ -1）
著低速率的保密码W 的模二和，= 101101
对于非特需用户, 采用Z 跟踪技术进行PRN 相关处理的积分 时间很短, 导致测量精度降低, 对于其他方式, 由于利用W 码 的近似信息和增加处理环节
i：卫星的索引号； ri：到第i颗卫星的距离；
xsvi, ysvi,zsvi ：第i颗卫星的位置；
(xue, yue, zue)：用户的位置，三个未知量。
GPS定位的基本原理
需解决的两个关键问题
如何确定卫星的位置 如何测量出站星距离
'
GPS系统的实质（关键），是要得到用户 （载体）的高精度的瞬时位置。若根据前面在 概论中所描述的几何模型，定位过程就是：
动态定位的特点与分类
用户广泛
陆地运动载体 水上运动载体 空中运动载体。
运动速度差异大。
低速：几米~几十米/秒 中速：几十米~1000米/秒 高速：大于1000米/秒
采样时间短
用于运载火箭或飞船定位时每次采样时间为0.3秒左右。
动态实时性强
例如为导弹导航，为火箭定轨。
绝对定位的优点
只需用一台接收机独立定位，观测的组织与实施简便， 数据处理简单。
主要问题
受卫星星历误差和卫星信号在传播过程中的大气延迟 误差的影响显著
定位精度较低。
相对定位：
将两台或更多台接收机置于不同点上，通过一段时间的 观测确定点间的相对位置关系。
在两个或若干个测量站上，设置GPS接收机，同步跟踪 观测相同的GPS卫星，测定它们之间的相对位置，称为 相对定位。
首先，根据卫星广播的星历，计算出第i颗卫星的准
确位置xi，yi，zi；
'
其次，根据测量的码伪距或相位的伪距，计算出用
户与第i颗卫星之间的相对距离 ；
最后，根据导航方法计算出用户的三维位置x，y， z；。
Position is Based on Time
Signal leaves satellite at time “T”
T T
信号传播时间的测定
测距码测距原理②
利用测距码测距的必要条件
必须了解测距码的结构
利用测距码进行测距的优点
采用的是CDMA（码分多址） 技术
易于捕获微弱的卫星信号 可提高测距精度
便于对系统进行控制和管理 （如AS）
每颗GPS卫星都采用特定的 伪随机噪声码
微弱信号的捕获
近来基本区分方法
静态：
接收机天线在测量期间静止不动。 测量的参数在测量期间是不随时间变化的。 目的是测量点位的坐标。
动态：
接收机天线在测量期间是运动的。 测量的参数在测量期间是随时间变化的，所以测量
期间同时要定时。 目的是测量载体的运动轨道，要确定其七维坐标参
数（三维空间坐标、三维速度、时间）。
也称时间延迟测量。
上述通过码相位观测或载波相位观测所确定的站星 距离都不可避免地含有卫星钟与接收机钟非同步误 差的影响，含钟差影响的距离通常称为伪距。
由码相位观测所确定的伪距简称测码伪距，由载波 相位观测所确定的伪距简称为测相伪距。
2．定位分类 按测距方法不同：
伪距法定位（速度快） 载波相位测量定位（精度高）
§4.1 伪距测量
一、伪距概念
通过测量GPS卫星发射测距码到达接收机的传播时 间，从而算出接收机到卫星的距离：ρ ’=Δt·c
实际距离 = 'io ntro pctkctj
ion ,trop——电离层和对流层改正； c t k ——接收机时钟相对于标准时间的偏差； c t j ——卫星时钟相对于标准时间的偏差。
动态、静态定位的区别
过去动态、静态定位的区别
动态定位
基本上就是指GPS导航，所采用的技术是P码或C/A 码的伪码距测量定位。
相位测量由于存在整周模糊问题，不能用于动态测 量定位。
静态定位
被测点固定，实时性不高，因而可以采取大量的重 复观测，基本上采用载波相位测量定位技术
少数对精度要求不高的情况下才使用伪码测量定位 方式。
第四章 GPS定位基本原理
概述
GPS定位的基本原理和过程
概论中已经简述GPS定位依据的是空间几何三点 定位原理。
为了消除时差引入的误差，GPS系统技术上采取 四星定位。
定位除依据星座的几何构图外，还必须有准确的 定时。
GPS卫星导航系统的定位精度取决于卫星和用户 间的几何结构、卫星星历精度、GPS系统时同步 精度、测距精度和机内噪声等诸因素的组合。