GPS工作原理

三颗以上卫星定位!

GPS全球定位系统是一个无线电空间定位系统,它利用导航卫星和地面站为全球提供全天候、高精度、连续、实时的三维坐标(纬度，经度,海拔)、三维速度和定位信息,地球表面上任何地点均可以用于定位和导航。

GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部分—GPS信号接收机。

空间部分—GPS卫星星座

GPS空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座，其中由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。 24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度， 即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度， 一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。

地面控制部分—地面监控系统

地面监控部分包括四个监控间、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。

用户设备部分—GPS信号接收机

GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。

GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。

GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。

按定位方式，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。

在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。

如：某品牌车载终端技术参数
（1） 电源：12VDC，300mA（待机状态下典型值）； 24VDC，150mA（待机状态下典型值），省电模式下小于33mA。
（2） 电源抗反接特性：<28V
（3） 尺寸：170mm × 110mm × 55mm
（4） 重量：0.5kg
（5） 数字信号传输指标：
传输方式：GPRS
传输速率：9600bps
传输频段：900 MHz /1800 MHz
GSM通信模组：SONY-ERICSSON 工业级模组 GR47
使用频段：900MHz/1800 MHz
输出功率：2W
电流消耗：发射：150mA 平均
空闲：35mA 平均
工作温度：-20~60℃
支持GPRS功能
GPS性能指标
接收板结构：美国SIRF 车载级模组 12通道 C/A码 L1波段
定位精度：<25米（无SA）在差分下达到10米以内
最大加速度：4g
最大速度：545米/秒
热启动时间：<8秒
典型重俘获时间：1秒
天线：有源微带扁平天线
接收板电源要求：25mA 5VDC.
工作温度：-40~85℃
（7） 工作温度：-20~60℃
（8） 储存温度：-40~85℃
（9） 相对湿度：≤93 %

GPS不仅用于导弹、飞船的导航定位，更是广泛用于飞机、汽车、船舶的导航定位，公安、银行、医疗、消防等用它建立监控、报警、救援系统，企业用它建立现代物流管理系统，农业、林业、环保、资源调查、物理勘探、电信等都离不开导航定位，特别是随着卫星导航接收机的集成微型化，出现各种融通信、计算机、GPS于一体的个人信息终端，使卫星导航技术从专业应用走向大众应用，成为继通信、互联网之后的IT第三个新的增长点。以GPS为代表的卫星导航定位应用产业越来越吸引众多人的关注。有关专家预测，到"十五"末期，我国的卫星导航定位应用市场的总产值将超过100亿元，导航定位运营服务产值超过30亿元。卫星导航定位产业在国内是一个具有巨大发展空间的朝阳产业。