GPS定位基本原理-科普版

GPS衛(wèi)星定位基本原理GPS全稱：

NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem

衛(wèi)星測時測距導航/全球定位系統(tǒng)簡稱：GPS定位是GPS的基本功能。GPS的廣泛應用GPS如何實現(xiàn)定位？一個福爾摩斯探案的故事本故事純屬虛構，如有雷同，實屬巧合BigBen，倫敦，1859年建立整點報時，每4秒1響廣播電臺同步向全英國播報鐘聲一天，一個富家女孩被一伙劫匪綁架，送往某處藏匿……木制樓梯吱吱響，可能是個舊樓。該到10樓了吧？劫匪打開收音機……聽聽收音機，緩解一下緊張~~~午夜，開始播送BigBen的報時鐘聲，當、當……跟著數(shù)羊睡覺吧，1，2，3，……，11，12，13！一定是數(shù)錯了！過了很久，劫匪要她錄音，以向她爸媽索要贖金……爸、媽，有人劫持了我，他們索要一百萬英鎊，送到指定地點。我被藏在一幢很舊的房子里，老舊得走樓梯地板都會吱吱作響！爬了10樓后又聽見電臺播放的午夜報時鐘聲響了13下，我好害怕！求求你們照他們的話做，我想回家！錄音很快被快遞送到她爸媽手中……無巧不成書，大偵探福爾摩斯恰巧是女孩父母的好朋友，……我來搞定它！Yeah,IGETIT!英國有成千上萬的10層以上的老舊建筑，她藏哪呢？思考中，請勿打擾……根據(jù)福爾摩斯的推斷，警察如神兵天降，將女孩解救出來！你們怎么找到這的？讓我死個明白！廣播信號：光速傳播，約300,000,000m/s。鐘聲：音速傳播，約340m/s。13響的構成：第1響：來自收音機第2-12響：來自BigBen和收音機第13響：來自BigBen從奇怪的13響出發(fā)推斷。福爾摩斯的破案邏輯推斷女孩藏身地點：距離BigBen足夠近的地方（能聽到鐘聲）距離BigBen約1360m（4s后聽到鐘聲）10層以上的舊樓1360m=340m/s×4s很幸運，滿足條件的只有一個樓！下班后摸彩票去！原理：利用同步發(fā)出的信號達到接收信號地點的時間延遲推算距離。

距離=音速×鐘聲時間延遲量信號源：BigBen，廣播（同步發(fā)出）接收器：女孩的耳朵。廣播信號快速到達(光速，延遲時間可忽略)，聲音信號延遲到達(音速）。

GPS定位是以星站距離測量為基礎的，同樣利用了時間延遲求算距離的方法。（星站距離：GPS衛(wèi)星到接收機的距離）衛(wèi)星信號是電磁波，以光速傳播。衛(wèi)星距地面很遠，軌道高度為20200km。x公里？

t秒？如何求算信號傳播時間？t0:衛(wèi)星發(fā)出碼信號（BigBen）t0:接收機同步產生相同的碼信號（電臺廣播復制鐘聲）t1:接收機接收到衛(wèi)星信號（女孩聽到BigBen鐘聲）Δt=？ 偽隨機碼（PseudoRandomNoice

）：以等概率產生0和1。具有良好的自相關性。

編碼信號移位后與原信號進行異或運算，產生新序列，自相關函數(shù)R判定自相關性：R=(N0-N1)/(N0+N1)

完全對齊時，R=1，未對齊時，R≈0。

GPS基于電路產生的偽隨機碼相位對齊方式實現(xiàn)時間延遲量的計算。111100010011010011110001001101100010011010111111100010011010111100010011010000000000000000完全對齊：未對齊：（錯開1位）R=(15-0)/(15+0)=1R=(7-8)/(7+8)=-1/15≈-0.067接收機接收到GPS衛(wèi)星信號后，通過若干次移位，最終可與自身復制的碼對齊（R=1）。R復制信號GPS信號GPS信號時間延遲Δt=碼元寬度tu×移位數(shù)星站距離=光速×碼元寬度tu×移位數(shù)傳輸一個bit所需要的時間。

tu=1/ff是信號傳輸頻率，已知數(shù)。原理：利用同步發(fā)出的信號達到接收機的時間延遲推算距離。星站距離=光速×GPS信號時間延遲量信號源：GPS衛(wèi)星，接收機自身同步復制接收器：接收機自身。復制信號快速到達(自身復制，無延遲)，

GPS信號延遲到達(光速）。得到了星站距離后如何定位？如果距BigBen約1360m的10層以上舊樓很多……1360m如果有兩個BigBen……如果有三個BigBen……沒有三個BigBen，但有很多GPS衛(wèi)星！黑色

=可見,紅色

=不可見,綠色=視線

總共24顆GPS衛(wèi)星。地球任意一點可以看到5-12顆衛(wèi)星。任一衛(wèi)星的瞬時位置可根據(jù)星歷計算得到。d1d2空間距離交會法定位d3

在太空中！距離交會法觀測方程(x,y,z)為待求的接收機位置，

d為衛(wèi)星到接收機的距離，(xi,yi,zi)為衛(wèi)星瞬時