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LBS知识库:GPS是怎么知道你在哪的?企效通定位软件

关键词:手机定位业务员定位  发表时间:2016-09-20 16:27:06   点击:

  1. GPS是怎么定位的

  GPS的定位是靠GPS接收芯片来定位的,这个芯片可以接收、处理GPS信号,并且输出坐标值,而各个应用就是用这个坐标值在地图上标志你的位置的。GPS芯片可以内置在各种设备中,包括专用GPS定位仪、汽车、智能手机等等。

  2.GPS的定位原理是什么

  那么GPS芯片是怎么定位的呢?其基础原理是非常简单的:假设GPS卫星的坐标是已知的,你的位置(x,y,z)是未知的,那么卫星1(x1,y1,z1)到你的距离公式是:(x1-x)²+(y1-y)²+(z1-z)²=ρ1²

  其中ρ是卫星1到你的距离,也是已知的。这是中小学就学到的数学公式,这里面未知参数只有。根据基础数据原理,我们知道,要解算这三个未知数,必须要有三组这样的公式,即:

  (x1-x)²+(y1-y)2+(z1-z)²=ρ1²

  (x2-x)²+(y2-y)²+(z2-z)²=ρ2²

  (x3-x)²+(y3-y)²+(z3-z)=ρ3²

  也就是说理论上只要3颗卫星就能够定位了。

  但是事实上,卫星到你的位置的距离是很难准确获取的,它受到无线信号传播的各种误差影响,比如电离层、对流层以及GPS其他误差影响。但是我们可以认为不同卫星的这些误差对你的影响是一样的,我们把所有这些改正和误差认为都是∆ρ,这也是一个未知数,那么上面的公式就演变成:

  (x1-x)²+(y1-y)²+(z1-z)²=ρ1²+∆ρ

  (x2-x)²+(y2-y)²+(z2-z)²=ρ2²+∆ρ

  (x3-x)²+(y3-y)²+(z3-z)²=ρ3²+∆ρ

  (x4-x)²+(y4-y)²+(z4-z)²=ρ4²+∆ρ

  这里面的未知数是(x,y,z,∆ρ),要解算这四个数,就必须要至少4颗卫星,这也是为什么GPS定位必须要4颗卫星的原因,当然观测的卫星书越多,就可以分解开,解算越准确。

  3. 为什么GPS卫星位置是已知的

  在GPS定位原理中GPS卫星的位置是已知的,那么它的位置是怎么确定的呢?GPS卫星的位置由地面观测站持续观测,计算其位置,然后把计算后的位置发送到GPS卫星,然后再由GPS卫星通过无线电波广播给全球。

  这就要求地面上有主控站、观测站、注入站等地面设施,并且要求在全球尽可能的平均分布布站,尤其是观测站,这需要全球的部署能力,这也是为什么美国有天然做GPS卫星布设能力的原因,其他国家很难在全局布局。

  同时,GPS卫星的轨道在距离地面2万公里的同步轨道,卫星位置比较固定,并且轨道近似圆形,这也便于观测站确定卫星的位置。

  4. 如何计算卫星到你的距离

  在GPS定位原理中GPS卫星到你的位置的距离是已知的,那么这又是怎么确定的呢?

  在GPS卫星上有原子钟来计时,有振荡器产生一定频率的无线电波;同时在你的GPS芯片上也有时钟计时,并且也有振荡器跟GPS卫星同时产生同样频率的无线电信号,当GPS芯片接受到卫星传来的无线电信号时,就与芯片自身产生的信号做比对,得到信号传播的时间差,再乘以光速就得到了距离。

  一般来说GPS芯片上的时钟是石英钟,跟卫星上的原子钟不是一个量级,这就使GPS芯片不能与GPS卫星完全同步,这也是导致GPS误差的一个因素,叫做时钟误差。

  GPS发出的信号频度不止一种,有300米波长的,也有20厘米左右波长的信号,这就意味着距离计算的误差可能多达300米,也可能误差有20厘米。那么是不是波长越短越好呢?这不一定,因为波长越短,计算复杂度越高,对设备要求越高,看用途而已。一般智能手机用的是什么波长的,我还真没仔细研究,不清楚。

  5. 如何提高定位精度?

  因为距离相近的GPS芯片的各项误差影响因素可以认为是相同的,那么把几个GPS芯片的定位数据求差,就能够去掉大部分误差的影响,这就是差分GPS原理。再通过长时间观测,就能大大的提高定位精度,甚至可以达到毫米级,不过这一般用在测绘等专业领域。

  我们一般智能手机用的定位精度是15米左右级别的,它的定位精度提高一般不用差分方法,而是采用应用策略来提高。比如说,在北京的道路上,道路之间的距离肯定会大于15米,GPS定位数据也是有方向的,那么我们根据GPS芯片距离最近的道路距离,以及GPS方向与道路的方向是否一致,把GPS的坐标纠正到道路上,实现准确定位。
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