卫星定位算法_gps卫星定位计算模型

目录：

• 1、全球定位系统这个简单的数学模型，哪些精度可以达到日常应用要求
• 2、gps定位的基本原理
• 3、GPS定位精度是如何计算的？
• 4、GPS卫星定位的基本原理是怎样的?

全球定位系统这个简单的数学模型，哪些精度可以达到日常应用要求

全球卫星定位系统目前有四种，分别是：

1、美国全球定位系统 GPS

全球定位系统(GPS)是目前全世界应用最为广泛也最为成熟的卫星导航定位系统。研发GPS系统始于1973年，其初衷为军事用途，1991年在海湾战争期间曾大展身手。GPS的用户只需购买GPS接收机就可以享受该服务。但GPS针对普通用户和美军方提供的是不同的服务。目前民用GPS信号的精度可达到10米左右，军用精度可达1米。

2、中国北斗导航 Compass

中国2000年开始建设北斗卫星导航试验系统。目前北斗卫星导航系统已经发射了10颗卫星，建成了基本系统。到2012年形成覆盖亚太大部分地区的服务能力，到2012年底，北斗卫星导航系统将提供正式运行服务。2020年左右，由大约30多颗卫星组成的北斗全球卫星导航系统形成全球覆盖能力。目前北斗卫星的导航精度在平面地区为25米，已开始正式提供试运行服务。

3、欧盟伽利略系统 Galileo

伽利略卫星导航系统是欧盟和欧洲空间局正在建设中的项目，初衷是使欧盟在卫星导航问题上摆脱对美国和俄罗斯的依赖。伽利略系统的技术水平将高于GPS和俄罗斯格洛纳斯。比如，其精度可以达到一米级别。2003年5月，欧盟和欧洲空间局正式批准伽利略项目第一阶段，预计2012年开始运行，但目前这一日期已被推迟至2019年全部建成。

4、俄罗斯格洛纳斯 Glonass

俄罗斯从1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。原计划该系统于2007年年底之前运营，因资金问题，直到2011年，格洛纳斯导航系统才投入全面运行，但其在全球的民用和商业用户仍然少得可怜，主要原因是其用户端的设备发展一直严重滞后。

gps定位的基本原理

本文试图从编程人员的角度出发，以一种程序员易于理解的方式来简单介绍一下GPS定位的基本原理，希望对做GPS开发的朋友有所帮助。当然，本文并没有涉及具体的开发方面的技术。

一、GPS定位数学模型

之所以先介绍数学模型，是因为我认为这个数学模型可能是程序员比较关心的问题。当然事先声明，这个模型只是我根据一些GPS资料总专为程序员总结出来的一个简化模型，细节方面可能并不符合实际，想了解具体细节请参考专业的GPS讲解资料。

GPS定位，实际上就是通过四颗已知位置的卫星来确定GPS接收器的位置。

举例：GPS接收器为当前要确定位置的设备，卫星1、2、3、4为本次定位要用到的四颗卫星:

Position1、Position2、Position3、Position4分别为四颗卫星的当前位置（空间坐标），已知

d1、d2、d3、d4分别为四颗卫星到要定位的GPS接收器的距离，已知

Location 为要定位的卫星接收器的位置，待求。

那么定位的过程，简单来讲就是通过一个函数GetLocation(),从已知的[Position1,d1]、[Position2,d2]、[Position3,d3]、[Position4,d4]四对数据中求出Location的值。用程序员熟悉的函数调用来表示就是：

Location=GetLocation([Position1,d1],[Position2,d2],[Position3,d3],[Position4,d4]);

那么，这些参数从哪里来？这个函数又是如何执行？由谁来执行的呢？立体几何还没有忘干净的可能还要问：为什么必须要4对参数呢？那下面我们就来一起探究一下。

1.Position1、Position2、Position3、Position4这些位置信息从哪里来？

实际上，运行于宇宙空间的GPS卫星，每一个都在时刻不停地通过卫星信号向全世界广播自己的当前位置坐标信息。任何一个GPS接收器都可以通过天线很轻松地接收到这些信息，并且能够读懂这些信息（这其实也是每一个GPS芯片的核心功能之一）。这就是这些位置信息的来源。

2.d1、d2、d3、d4这些距离信息从哪里来？

我们已经知道每一个GPS卫星都在一刻不停地广播自己的位置，那么在发送位置信息的同时，也会附加上该数据包发出时的时间戳。GPS接收器收到数据包后，用当前时间减去时间戳上的时间，就是数据包在空中传输所用的时间了。

知道了数据包在空中的传输时间，那么乘上他的传输速度，就是数据包在空中传输的距离，也就是该卫星到GPS接收器的距离了。数据包是通过无线电波传送的，那么理想速度就是光速c，把传播时间记为Ti的话，用公式表示就是：

di=c*Ti(i=1,2,3,4);

这就是di(i=1,2,3,4)的来源了。

3.GetLocation()函数是如何执行的？

这个函数是我为了说明问题而虚构的，事实上未必存在，但是一定存在这样类似的运算逻辑。这些运算逻辑可以由软件来实现，但是事实上可能大都是由硬件芯片来完成的（这可能也是每一个GPS芯片的核心功能之一）。

GPS定位精度是如何计算的？

GPS定位需要环境支持，连接到的卫星越多，数据越多计算修正后误差越小。你说的场景应该是在市区，山区，高山高楼立交桥遮挡等情况下，出现定位跳点情况。这个需要结合基站和网络定位数据修正后才能更准

GPS卫星定位的基本原理是怎样的?

基本原理

定位原理简介

全球卫星定位系统（global positioning system,gps）是由美国政府所发展，整个系统约分成下列三个部份：

1. 太空卫星部份：由24 颗绕极卫星所组成，分成六个轨道，运行于约20200 公里的高空，绕行地球一周约12小时。每个卫星均持续着发射载有卫星轨道资料及时间的无线电波，提供地球上的各种接收机来应用。

2. 地面管制部份：这是为了追踪及控制上述卫星运转，所设置的地面管制站，主要工作为负责修正与维护每个卫星能保持正常运转的各项参数资料，以确保每个卫星都能提供正确的讯息给使用者接收机来接收。

3. 使用者接收机：追踪所有的gps 卫星，并实时地计算出接收机所在位置的坐标、移动速度及时间，garmin gps 即属于此部份。

我们一般民间所能拥有及应用的，就是第三部份。计算原理为：每个太空卫星在运行时，任一时刻都有一个坐标值来代表其位置所在（已知值），接收机所在的位置坐标为未知值，而太空卫星的讯息在传送过程中，所需耗费的时间，可经由比对卫星时钟与接收机内的时钟计算之，将此时间差值乘以电波传送速度（一般定为光速），就可计算出太空卫星与使用者接收机间的距离，如此就可依三角向量关系来列出一个相关的方程式。一般我们使用的接收机就是依上述原理来计算出所在位置的坐标资料，每接收到一颗卫星就可列出一个相关的方程式，因此在至少收到三卫星后，即可计算出平面坐标（经纬度）值，收到四颗则加上高程值，五颗以上更可提高准确度，这就是gps的基本定位原理。一般来说，使用者接收机每一秒钟的坐标资料都是最新的，也就是说接收机会自动不断地接收卫星讯息，并实时地计算其所在位置的坐标资料，如此使用者便不需担心是否接收机显示的资料太旧或是不准确了。

使用环境限制

由于卫星是处在相当高的运行轨道上，其传送的讯号是相当的微弱，因此它不像一般通讯无线电或大哥大等可在室内使用或收到讯号，在使用时需注意下列事项：

1. 需在室外及天空开阔度较佳之地方才能使用，否则若大部份之卫星信号被建筑物、金属遮盖物、浓密树林等所阻挡，接收机将无法获得足够的卫星讯息来计算出所在位置之坐标。

2. 请勿在具1.575 ghz 左右之强电波环境下使用，因此环境易将卫星讯息遮盖掉，造成接收机无法获得足够的卫星讯息来计算出所在位置之坐标，尤其是高压电塔下方。

3. 单纯gps 所计算出的高程值，并非是我们一般所说的海拔高度及气压计量测的飞行高度，原因在于所使用的海平面基准点不同，因此在使用时请务必注意此点。

导航之基本原理（waypoint route定义）

gps 的基本应用就是导航与定位，定位方面在上文已描述过，而导航方面就是利用所求出的定位资料来计算。接收机所计算出的任何时刻坐标资料， 在gps 里我们都称为一个航点(waypoint），也就是说每个航点所表示的就是一个坐标值，比较重要的航点，我们就可把它储存在接收机内，并编上一个名字，让我们可以辨别。由于在地球表面上的任何位置，都以不同的坐标值来表示，因此只要知道两个不同航点的坐标资料，接收机就可马上计算出两个航点间的直线距离、相对方位及航行速度，这就是gps 接收机导航资料的来源。

例如：目前我们在台北市，希望往南旅行，第一个目的地是新竹市，第二个目的地是台中市为终站；从起点至终点，每站就都是一个航点，航点与航点间的行程称为航段（leg），从起点依序经过各点至终点琉球等，整个行程我们称之为：

我们只要事先将各点的坐标资料（利用地图或查询相关资料）输入gps 接收机内，我们就可建立许多航点资料，要使用时再将其叫出，利用gps 接收机的导航功能做各航段间的导航。而当进行导航时，为使我们的行进方向不致于偏移太多，garmin gps 提供了航线偏差（cdi）的指示功能，只要我们行进时偏离原有航道时，gps 就会自动提示我们，这就是cdi 的作用。

由此可知，要利用gps 做导航功能，最基本的就是先建立航点的资料，然后储存在接收机内，如此不管是要做航点与航点间的导航，或是要编辑一条航线，就可直接利用内存内的航点资料了，也可以说〞航点〞是gps 接收机导航功能所需最基本的资料了。

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