GPS导航定位原理以及定位解算算法.docx

GPS定位算法范文GPS定位算法是指通过全球定位系统（GPS）接收器获取卫星信号，并通过算法计算出接收器的准确位置信息的过程。

GPS定位算法是GPS技术的核心部分，它结合了多种算法和数据处理技术来实现精确的定位结果。

以下将详细介绍GPS定位算法的原理和常用的定位方法。

GPS多边定位法：多边定位法是GPS定位算法中最常用的方法之一、它基于三角形的几何关系，通过计算接收器到多个卫星的距离差异，来确定接收器的位置。

具体步骤如下：1.接收卫星信号：GPS接收器接收来自多颗卫星的信号。

2.计算卫星和接收器的距离：通过卫星信号的传输时间和光速的近似值，计算出接收器到每颗卫星的距离。

3.构建测量方程：利用接收器到卫星的距离和卫星的位置信息，构建一个多元方程组。

4.求解方程组：通过数值计算方法，求解多元方程组，得到接收器的坐标。

加权平均法：加权平均法是一种改进的多边定位法，它考虑到了卫星的精度和信号强度对定位结果的影响。

具体步骤如下：1.接收卫星信号：GPS接收器接收来自多颗卫星的信号。

2.计算卫星和接收器的距离：通过卫星信号的传输时间和光速的近似值，计算出接收器到每颗卫星的距离。

3.选择可用的卫星：根据卫星信号的强度和预先定义的阈值，选择可用于定位的卫星。

4.加权计算：根据卫星信号的精度和信号强度，对接收器到每颗卫星的距离进行加权计算。

5.构建加权测量方程：利用加权后的距离和卫星的位置信息，构建一个加权多元方程组。

6.求解方程组：通过数值计算方法，求解加权多元方程组，得到接收器的坐标。

信号处理和误差校正：在实际应用中，GPS定位算法还需要进行信号处理和误差校正。

信号处理主要包括卫星信号的解调、解码和误差校正，以提高接收器对信号的处理能力和定位精度。

误差校正主要包括对大气延迟、钟差等误差进行校正，以提高定位结果的准确性。

总结：GPS定位算法是通过计算接收器到多颗卫星的距离，实现接收器位置定位的算法。

多边定位法和加权平均法是常用的GPS定位算法，它们基于三角形的几何关系，通过计算距离差异来确定接收器的位置。

GPS导航定位原理以及定位解算算法GPS（全球定位系统）是一种基于卫星信号的导航系统，用于确定地球上任意点的位置和时间。

GPS导航定位的原理基于三个基本原则：距离测量、导航电文和定位解算。

首先，定位解算的基本原理是通过测量卫星与接收器之间的距离差异来确定接收器的位置。

GPS接收器接收卫星发射的信号，并测量信号从卫星到接收器的时间延迟。

通过已知卫星位置和测量时间延迟，可以计算出接收器与卫星之间的距离。

至少需要接收到4个卫星信号才能进行定位解算，因为每个卫星提供三个未知数（x、y、z三个坐标）和一个时间未知数。

其次，GPS导航系统通过导航电文提供的卫星轨道参数来计算卫星的精确位置。

每个卫星通过导航电文向接收器传递关于卫星识别码、卫星轨道和钟差等数据。

接收器使用这些参数来计算卫星的准确位置。

最后，通过定位解算算法，将接收器收到的卫星信号和导航电文中的轨道参数进行计算，可以确定接收器的位置。

定位解算算法主要有两种：三角测量法和最小二乘法。

三角测量法基于三角学原理，通过测量多个卫星与接收器之间的距离差异，然后根据这些距离差异以及卫星的位置信息来计算接收器的位置。

这种算法的优势是计算简单，但受到测量误差的影响较大。

最小二乘法是一种数学优化方法，通过最小化接收器位置与测量距离之间的误差平方和来求解接收器的位置。

该方法考虑到了测量误差的影响，并通过对多个卫星信号进行加权以提高解算的准确性。

除了上述的定位解算算法，GPS导航系统还使用了差分GPS和惯性导航等技术来提高定位精度和可靠性。

差分GPS通过接收器与参考站之间的信号比对，消除了大部分的误差，提高了定位精度。

惯性导航通过测量加速度和角速度来估计接收器的位移，可以在信号丢失或弱化的情况下提供连续的导航定位。

综上所述，GPS导航定位通过距离测量、导航电文和定位解算算法来确定接收器的位置。

通过接收到的卫星信号和导航电文中的轨道参数，定位解算算法能够计算出接收器的位置，并提供准确的导航信息。

gps 导航原理
GPS导航原理基于全球定位系统（GPS）技术，通过接收来自
卫星的信号来确定用户所在位置并提供导航指引。

下面是
GPS导航的工作原理：
1.卫星发射：全球定位系统由一组以地球轨道运行的卫星组成。

这些卫星发射精确的时间和位置信息。

2.接收器接收信号：GPS导航设备中的接收器接收来自至少三
颗卫星的信号。

每颗卫星发送一个包含时间信息和卫星位置的信号。

3.测量信号传播时间：接收器通过测量接收到信号的传播时间
来确定与各颗卫星的距离。

由于光速很快，接收器可以将传播时间转化为距离。

4.三边测距确定位置：接收器通过与至少三颗卫星的距离确定
自身的位置。

由于每颗卫星的位置都已知，测得的三个距离可以用来计算接收器与每颗卫星的相对位置。

5.坐标计算：接收器使用三个卫星的位置信息和计算得出的距
离来计算接收器的精确位置。

这个计算是通过将接收器距离每颗卫星的距离表示为空间坐标系统的一个方程组来完成的。

6.导航指引：根据接收器的当前位置和目标位置，GPS导航设
备可以确定最佳路线并提供导航指引。

导航设备可以显示地图、转向指示、距离和预计到达时间等信息，帮助用户到达目的地。

需要注意的是，GPS导航的精确性受到多种因素的影响，例如天气条件、建筑物和自然地物的阻挡、信号的多径传播等。

因此，在使用GPS导航时，需要保持良好的接收信号环境，以获得更准确的导航结果。

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定位系统的原理与使用方法GPS（全球定位系统）是一种基于卫星导航的定位技术，通过接收来自卫星的信号来确定地理位置。

本文将介绍GPS定位系统的原理和使用方法，帮助读者更好地理解和利用这一技术。

一、GPS定位系统的原理GPS定位系统是由一系列卫星、地面控制站和接收器组成的。

其原理基于三角测量法，通过测量接收器与多颗卫星之间的距离来确定接收器的位置。

1.卫星：GPS系统中有24颗工作卫星和几颗备用卫星，它们以近地轨道运行。

这些卫星通过广播无线电信号，携带有关其自身位置和时间的信息。

2.接收器：接收器是用户使用GPS定位系统的设备，它可以接收卫星发出的信号。

接收器通过计算信号的传播时间和接收到信号的卫星位置，来确定接收器的位置。

3.地面控制站：地面控制站负责监控卫星的运行状态和时钟精度，并向卫星发送校准信息。

GPS定位系统的原理可以简要概括为以下几个步骤：1.接收器接收卫星信号，并记录下接收时间。

2.接收器计算信号传播时间，即信号从卫星发射到接收器接收到的时间。

3.接收器通过多个卫星的信号传播时间，计算出接收器与每颗卫星之间的距离。

4.通过三角测量法，接收器确定自身位置。

二、GPS定位系统的使用方法使用GPS定位系统需要以下几个步骤：1.选购GPS设备：根据自身需求选择合适的GPS设备，如汽车导航仪、手机应用程序或户外定位器等。

2.激活GPS设备：根据设备说明书，激活GPS设备并确保其能够接收卫星信号。

3.等待信号：GPS设备需要一定时间来接收卫星信号并计算位置。

在设备首次使用或长时间未使用后，可能需要更长的时间来获取信号。

4.确定位置：一旦GPS设备接收到足够的卫星信号，它将计算位置并显示在屏幕上。

通常，设备会提供地图和导航功能，以帮助用户找到目的地。

5.使用导航功能：如果GPS设备具备导航功能，用户可以输入目的地，并按照设备的指示进行导航。

设备会提供转向指示、预计到达时间等信息，帮助用户准确到达目的地。

GPS定位原理和简单公式全球定位系统（Global Positioning System）是美国第二代卫星导航系统。

是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。

和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。

按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。

21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55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。

地面监控部分包括四个监控站、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。

全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。

随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

上述四个方程式中待测点坐标x、y、z 和Vto为未知参数，其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。

di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。

△ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。

GPS差分定位原理与解算方法介绍导语：全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）已经成为现代社会中不可或缺的一部分。

它的差分定位原理和解算方法是GPS定位精度提高的重要手段。

本文将从基本原理、差分定位方法和解算流程三个方面进行介绍，希望能带给读者更深入的了解。

一、GPS差分定位的基本原理GPS差分定位技术主要通过消除卫星信号传输过程中的时间延迟和误差，提高定位的精度。

其基本原理如下：1.1 卫星信号传输的时间延迟在GPS定位过程中，卫星信号需要经过大气层的传输。

然而，大气层中存在电离层和对流层等不均匀介质，会导致信号的传输速度和路径发生变化，从而引起时间延迟。

这种时间延迟是影响GPS定位精度的主要因素之一。

1.2 接收机和卫星钟差接收机和卫星钟差也会对GPS定位的精度产生影响。

接收机钟差是指接收机内部时钟的不准确性，而卫星钟差是指卫星内部时钟的不准确性。

误差累积后，会使GPS定位出现较大的误差。

二、GPS差分定位的方法GPS差分定位的方法有静态差分定位和动态差分定位两种。

2.1 静态差分定位静态差分定位主要适用于定位场景相对固定的情况，如建筑物测量和基础设施监测等。

它的工作原理是通过一个称为参考站（Reference Station）的固定GPS接收机对已知位置进行定位，并计算多普勒、钟差和大气层延迟等误差参数。

然后，通过无线通信将这些参数传输给移动接收机，移动接收机利用这些参数进行定位。

2.2 动态差分定位相对于静态差分定位，动态差分定位更适用于移动环境中的定位，如汽车导航和船舶定位等。

动态差分定位的关键是实时计算接收机位置的误差参数，并将其发送给移动接收机进行定位。

通常，这种方法需要两个或更多的接收机组成一个虚拟基线，并使用这些接收机之间的数据进行定位。

三、GPS差分定位的解算流程GPS差分定位的解算流程包括差分基准站的建立、测量数据的采集和处理。

3.1 差分基准站的建立差分基准站是差分定位的核心组成部分，它记录了精确的位置和时间信息，并对卫星信号进行实时观测和处理。

GPS导航定位原理以及定位解算算法全球定位系统(GPS)是英文Global Positioning System的字头缩写词的简称。

它的含义是利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。

它是由美国国防部主导开发的一套具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航定位系统。

GPS用户部分的核心是GPS接收机。

其主要由基带信号处理和导航解算两部分组成。

其中基带信号处理部分主要包括对GPS卫星信号的二维搜索、捕获、跟踪、伪距计算、导航数据解码等工作。

导航解算部分主要包括根据导航数据中的星历参数实时进行各可视卫星位置计算；根据导航数据中各误差参数进行星钟误差、相对论效应误差、地球自转影响、信号传输误差(主要包括电离层实时传输误差及对流层实时传输误差)等各种实时误差的计算，并将其从伪距中消除；根据上述结果进行接收机PVT（位置、速度、时间）的解算；对各精度因子(DOP)进行实时计算和监测以确定定位解的精度。

本文中重点讨论GPS接收机的导航解算部分，基带信号处理部分可参看有关资料。

本文讨论的假设前提是GPS接收机已经对GPS卫星信号进行了有效捕获和跟踪，对伪距进行了计算，并对导航数据进行了解码工作。

1地球坐标系简述要描述一个物体的位置必须要有相关联的坐标系，地球表面的GPS接收机的位置是相对于地球而言的。

因此，要描述GPS接收机的位置，需要采用固联于地球上随同地球转动的坐标系、即地球坐标系作为参照系。

地球坐标系有两种几何表达形式，即地球直角坐标系和地球大地坐标系。

地球直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球赤道面与格林威治子午圈的交点(即0经度方向)，Y轴在赤道平面里与XOZ构成右手坐标系(即指向东经90度方向)。

地球大地坐标系的定义是：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球的短轴与地球自转轴重合。

地球表面任意一点的大地纬度为过该点之椭球法线与椭球赤道面的夹角φ，经度为该点所在之椭球子午面与格林威治大地子午面之间的夹角λ，该点的高度h为该点沿椭球法线至椭球面的距离。

简述gps定位的基本原理和过程1.引言1.1 概述概述GPS（全球定位系统）是一种利用卫星信号进行定位的技术，能够精确测量地球上任何位置的经纬度坐标。

它由一组卫星和接收器组成，通过接收来自卫星的信号来确定接收器的位置。

随着科技的不断进步，GPS定位在现代社会中被广泛应用于导航、测量和定位。

无论是智能手机、汽车导航系统，还是航空航天、军事等领域，GPS定位都发挥着重要的作用。

GPS定位的基本原理是通过计算接收器和至少4颗卫星之间的距离，从而确定接收器的准确位置。

每颗卫星都具有精确的轨道数据和时钟信息，它们通过无线电信号将这些信息传输给接收器。

接收器接收到来自多颗卫星的信号后，利用这些信号的传播时间和卫星的位置信息，通过三角定位原理计算出自身的位置。

GPS定位的过程可以分为4个步骤：接收、计算、纠正和定位。

首先，接收器接收到卫星发射的信号，并测量信号的传播时间。

然后，接收器利用卫星的轨道数据和时钟信息，计算出每颗卫星与接收器之间的距离。

接下来，接收器使用纠正信息来修正误差，包括大气层延迟和卫星钟差等。

最后，接收器根据得到的距离信息，利用三角定位原理确定自身的位置。

总之，GPS定位是一种基于卫星信号的定位技术，通过计算距离和利用三角定位原理，能够精确测量地球上任意位置的经纬度坐标。

随着技术的不断发展，GPS定位在各个领域的应用也将更加广泛和深入。

文章结构是指文章整体的组织方式和布局，它包括了引言、正文和结论三个主要部分。

在本篇文章中，我们将简述GPS定位的基本原理和过程，因此文章结构将按照以下方式组织和布局：1. 引言部分：1.1 概述：在引言部分，我们将简要介绍GPS定位技术的基本概念和背景信息。

可以提及GPS定位在现代社会的广泛应用以及其对人们生活的重要性。

1.2 文章结构：在本节中，我们将详细说明本文的整体结构和目录，以便读者可以清晰地了解文章的内容和组织方式。

1.3 目的：在引言的最后部分，我们将明确本文介绍GPS定位的基本原理和过程的目的，并为读者提前提供一个总体的预期。

GPS导航定位技术的基本原理与使用方法GPS（全球定位系统）导航定位技术已经在我们的生活中得到广泛应用。

不论是出门旅行还是日常工作中，我们都离不开GPS导航。

它准确快捷的定位系统为我们提供了丰富的导航信息，使我们的出行更加便利。

那么，GPS导航的基本原理是什么呢？我们又该如何使用呢？本文将详细介绍GPS导航定位技术的基本原理和使用方法。

首先，我们来了解GPS导航定位技术的基本原理。

GPS系统由一组卫星和接收器组成。

这些卫星围绕地球轨道上空运行，将信号发送到地面接收器。

接收器接收到至少3颗卫星发出的信号后，通过计算信号的传播时间来确定自身位置。

由于每颗卫星都具有精确的时钟，接收器能够根据不同卫星信号的到达时间来计算距离，并进行三角定位，确定位置。

GPS导航定位技术的使用方法也十分简单。

我们只需要一个支持GPS导航的设备，如手机、汽车导航仪或手持导航仪。

打开设备上的GPS功能，它会搜索到附近的卫星信号。

一旦接收到卫星信号，设备将开始计算并显示所在位置的经纬度坐标。

我们可以根据设备上的导航界面，输入目的地的地址或坐标，GPS导航系统将自动规划最佳路线，并提供语音或图形导航指引。

在导航过程中，我们可以看到当前位置、目的地距离、到达时间等实时信息，以及道路交通状况等辅助信息。

除了基本的导航功能，GPS导航定位技术还有许多实用的功能。

其中之一是追踪功能。

通过设备上的追踪功能，我们可以实时跟踪和记录我们的行程。

无论是徒步旅行、骑车运动还是驾车出行，我们都可以通过设备记录下行进路径和速度等信息，方便我们回顾和分享。

另外，GPS导航还可以为我们提供附近的兴趣点信息，如餐厅、加油站、银行等，方便我们在陌生的地方找到需要的服务。

这些附加功能为GPS导航系统增添了更多的实用性和乐趣。

尽管GPS导航定位技术给我们的生活带来了便利，但它也有一些局限性。

首先，GPS导航需要接收到至少3颗卫星信号才能准确定位，所以在一些高楼大厦密集的城市或山区峡谷等信号较弱的地方，GPS导航的精度可能会下降。

GPS接受机通过GPS天线接受到微弱的卫 星信号，通过前置放大器放大送至变频 器把射频（RF）信号变化成中频（IF） 信号，经过中频放大后，送至信号解扩 解调器电路，解扩解调电路的作用是： 通过码相关电路使本机跟踪伪码在时间 上和接收的卫星信号伪码对准，去处卫 星信号中的伪随机噪声码，解调出GPS 数据信号，经数据同步、滤波处理后检 出GPS卫星电文。
一. 卫星的地心直角坐标 系
z S（x, y, z）
x
O
y
GPS 采用 WGS84 坐标系
GPS 定位计算时必须进行 坐标系的转换。
（WGS84 坐标系转换成地 理坐标系）
格林经Байду номын сангаас零度
东 90 度
二、GPS的定位原理
1. 定位原理
卫星
(x,y,z)
GPS 属球面导航系统
卫星的位置根据卫星历书 计算可得
在空tu间三用 维坐户标钟 。 差；
ri* ( X Xsi )t2Ai (Y 第Ysi )i2颗 (Z卫 Z星si )2信 C号• 传 tu 播 C •延 (tA时 i ；tsi ) i 1t,2si,3,4 第i颗卫星的钟差。
3. 定位计算
1）导航仪根据其内存储的GPS历书，计算卫星的概略位置 2）导航仪根据键入的推算船位、时间、精度几何因子数值
2. GPS卫星导航电文
1）P码和CA码
CA 码：低速、短周期的伪随机二进制序列码， （1.023 MHz、1ms），测距精度低，协助捕获P码
P 码：快速、长周期的伪随机二进制序列码， （10.23 MHz、7 day），测距精度高，难于捕获
优点: a. 抗干扰
CA（P）码有良好的自相关函数，使其易于在噪声背 景中被识别；不同的CA（P）码间有良好的互相关函 数，则不同的卫星信号间的相互干扰很小。

GPS定位系统原理简明讲解GPS（全球定位系统）是由美国政府开发并控制的卫星导航系统，该系统由一组位于地球轨道上的卫星和一些地面控制站组成。

GPS的基本原理是利用三角测量的方法，通过测量卫星信号到达接收器的时间来确定接收器的位置。

GPS系统由24颗工作卫星和几颗备用卫星组成。

这些卫星分布在地球轨道上，每颗卫星以约2小时的时间周回地球一次。

接收器接收到3颗以上的卫星信号后，可以计算出一个二维位置（经度和纬度），当接收到4颗及以上的卫星信号时，可以计算出一个三维位置（经度、纬度和海拔高度）。

接收器接收到卫星信号后，先通过计算信号传播时间来确定接收器与卫星的距离，然后通过三角测量算法计算出接收器的位置。

具体过程如下：1.接收器接收到卫星发送的信号后，通过测量信号的到达时间来判断与卫星的距离。

每颗卫星会在信号中携带自己的时间数据，接收器将接收到信号的时间与卫星的时间数据进行对比，计算出信号的传播时间。

由于信号以光速传播，可以将传播时间转换为距离。

2.接收器接收到至少3颗卫星的信号后，可以通过三角测量算法计算出接收器的二维位置。

三角测量的基本原理是，通过测量接收器与至少3个已知位置的卫星之间的距离，然后利用三角形的几何特性计算出接收器的位置。

这个计算过程需要考虑卫星信号的精确时钟以及信号传播的误差等因素。

3.当接收器接收到第4颗及以上的卫星信号后，可以计算出接收器的三维位置。

由于地球是一个不规则的椭球体，所以还需要考虑地球的形状因素，以及海拔高度的影响。

除了确定位置，GPS还可以计算出速度和行驶方向。

当接收器接收到两次位置测量结果之间的时间差时，可以计算出速度。

通过计算位置测量结果的差异，可以确定行驶方向。

总结起来，GPS定位系统的原理就是通过接收卫星发送的信号，测量信号的到达时间和距离，然后利用三角测量算法计算出接收器的位置。

这种定位系统广泛应用于航海、航空、交通、导航和军事等领域，为人们的出行提供了方便。

GPS导航定位技术的基本原理与使用方法在现代社会中，GPS导航定位技术已经成为我们生活中不可或缺的一部分。

无论是出行导航，还是物流追踪，GPS技术都起到了重要的作用。

本文将介绍GPS导航定位技术的基本原理和使用方法，以帮助读者更好地理解和应用这一技术。

一、GPS导航定位技术的基本原理GPS全称为全球定位系统（Global Positioning System），它是一种利用地球上的卫星系统来提供准确的定位和导航服务的技术。

GPS系统由一组卫星、地面控制站和用户设备组成。

卫星以固定的轨道绕地球运行，通过无线电信号将定位信息传输到地面控制站。

地面控制站负责监控和控制卫星的运行，同时计算用户设备的位置信息。

用户设备通过接收卫星发射的信号，并通过内置的计算机处理定位信息并显示给用户。

GPS导航定位技术的基本原理可以简单概括如下：1. 三角定位原理：GPS系统利用三角定位原理来确定用户设备的位置。

用户设备同时接收到至少三颗卫星发射的信号，通过测量信号的传播时间和卫星的位置信息，计算出用户设备与每颗卫星之间的距离。

由于卫星的位置是已知的，因此通过测量的距离可以得出用户设备的位置。

2. 时差测量原理：由于信号在空间传播时会经历一定的时间延迟，为了准确计算距离，GPS系统需要测量信号的传播时间。

用户设备和卫星之间的时间差可以通过测量信号的传输时刻和接收时刻来计算。

3. 卫星轨道校正：为了保证定位的准确性，GPS系统会对卫星的轨道进行校正。

地面控制站通过测量卫星的运动和位置信息，计算出轨道校正值，并将其传输到卫星上。

二、GPS导航定位技术的使用方法1. 准备：使用GPS导航定位技术前，首先需要准备一台GPS设备。

现在市面上有各种类型的GPS设备，如便携式导航仪、手机APP等。

根据个人需求和喜好选择一款适合自己的设备。

2. 定位：打开GPS设备，并确保设备处于开放空旷的区域，以便接收卫星信号。

设备会自动搜索附近的卫星，并计算出当前的位置信息。

GPS导航定位本理以及定位解算算法之阳早格格创做寰球定位系统(GPS)是英文Global Positioning System的字头缩写词汇的简称.它的含意是利用导航卫星举止测时战测距，以形成寰球定位系统.它是由好国国防部主宰启垦的一套具备正在海、陆、空举止齐圆背真时三维导航与定位本收的新一代卫星导航定位系统.GPS用户部分的核心是GPS接支机.其主要由基戴旗号处理战导航解算二部分组成.其中基戴旗号处理部分主要包罗对付GPS卫星旗号的二维搜索、捕获、追踪、真距估计、导航数据解码等处事.导航解算部分主要包罗根据导航数据中的星历参数真时举止各可视卫星位子估计；根据导航数据中各缺面参数举止星钟缺面、相对付论效力缺面、天球自转做用、旗号传输缺面(主要包罗电离层真时传输缺面及对付流层真时传输缺面)等百般真时缺面的估计，并将其从真距中与消；根据上述截止举止接支机PVT（位子、速度、时间）的解算；对付各粗度果子(DOP)举止真时估计战监测以决定定位解的粗度. 本文中沉面计划GPS接支机的导航解算部分，基戴旗号处理部分可参瞅有闭资料.本文计划的假设前提是GPS接支机已经对付GPS卫星旗号举止了灵验捕获战追踪，对付真距举止了估计，并对付导航数据举止相识码处事.1 天球坐标系简述要形貌一个物体的位子必须要有相闭联的坐标系，天球表面的GPS接支机的位子是相对付于天球而止的.果此，要形貌GPS接支机的位子，需要采与固联于天球上随共天球转化的坐标系、即天球坐标系动做参照系.天球坐标系有二种几许表白形式，即天球直角坐标系战天球大天坐标系.天球直角坐标系的定义是：本面O与天球量心沉合，Z轴指背天球北极，X轴指背天球赤讲里与格林威治子午圈的接面(即0经度目标)，Y轴正在赤讲仄里里与XOZ形成左脚坐标系(即指背东经90度目标).天球大天坐标系的定义是：天球椭球的核心与天球量心沉合，椭球的短轴与天球自转轴沉合.天球表面任性一面的大天纬度为过该面之椭球法线与椭球赤讲里的夹角φ，经度为该面天圆之椭球子午里与格林威治大天子午里之间的夹角λ ，该面的下度h为该面沿椭球法线至椭球里的距离.设天球表面任性一面P正在天球直角坐标系内表白为P( x，y，z )，正在天球大天坐标系内表白为P ( φ，λ，h).则二者互换闭系为：大天坐标系形成直角坐标系：（1）式中：n为椭球的卯酉圈直率半径，e为椭球的第一偏偏心率. 若椭球的少半径为a，短半径为b，则有（2）直角坐标系形成大天坐标系，可由下述要收供得φ由叠代法赢得φc为天心纬度， ep为椭圆率可设初初值φ=φc 举止叠代，直到|φi=1-φi| 小于某一门限为止.那二种坐标系正在定位系统中时常接叉使用，必须认识二种坐标系之间的变换闭系.2 GPS定位中主要缺面及与消算法GPS定位中的主要缺面有：星钟缺面，相对付论缺面，天球自转缺面，电离层战对付流层缺面. 1）星钟缺面星钟缺面是由于星上时钟战GPS尺度时之间的缺面产死的，GPS丈量以粗稀测时为依据，星钟缺面时间上可达1ms，制成的距离偏偏好可达到300Km，必须加以与消.普遍用二项式表示星钟缺面.（3）GPS星历中通过收支二项式的系数去达到建正的脚段.经此建正以去，星钟战GPS尺度时之间的缺面不妨统制正在20ns之内.2）相对付论缺面由相对付论表里，正在大天上具备频次的时钟拆置正在以速度运止的卫星上以去，时钟频次将会爆收变更，改变量为：即卫星上时钟比大天上要缓，要建正此缺面，可采与系数矫正的要收.GPS星历中广播了此系数用以与消相对付论缺面，不妨将相对付论缺面统制正在70ns以内.3）天球自转缺面 GPS定位采与的是与天球固连的协议天球坐标系，随天球所有绕z轴自转.卫星相对付于协议天球系的位子(坐标值)，是相对付历元而止的.若收射旗号的某一瞬间，卫星处于协议坐标系中的某个位子，当大天接支机接支到卫星旗号时，由于天球的自转，卫星已没有正在收射瞬时的位子〔坐标值)处了.也便是道，为供解接支机接支卫星旗号时刻正在协议坐标系中的位子，必须以该时刻的坐标系动做供解的参照坐标系.而供解卫星位子时所使用的时刻为卫星收射旗号的时刻.那样，必须把该时刻供解的卫星位子转移到参照坐标系中的位子. 设天球自转角速度为 we，收射旗号瞬时到接支旗号瞬时的旗号传播延时为△t ，则正在此时间历程中降接面经度安排为则三维坐标安排为（4）天球自转引起的定位缺面正在米级，粗稀定位时必须思量加以与消.4）电离层战对付流层缺面电离层是指天球上空距大天下度正在50-1000km 之间的大气层.电离层中的气体分子由于受到太阳等天体百般射线辐射，爆收热烈的电离，产死洪量的自由电子战正离子. 电离层缺面主要有电离层合射缺面战电离层延缓缺面组成.其引起的缺面笔直目标不妨达到50米安排，火仄目标不妨达到150米安排.暂时，还无法用一个庄重的数教模型去形貌电子稀度的大小战变更顺序，果此，与消电离层缺面采与电离层改正模型或者单频瞅测加以建正. 对付流层是指从大天进与约40km 范畴内的大气下层，占所有大气品量的99%.其大气稀度比电离层更大，大气状态也更搀纯.对付流层与大天交战，从大天得到辐射热能，温度随下度的降下而落矮.对付流层合射包罗二部分：一是由于电磁波的传播速度或者光速正在大气中变缓制成路径延缓，那占主要部分；二是由于GPS 卫星旗号通过对付流层时，也使传播的路径爆收蜿蜒，进而使丈量距离爆收偏偏好.正在笔直目标可达到2.5米，火仄目标可达到20米.对付流层缺面共样通过体味模型去举止建正. GPS星历中通过给定电离层对付流层模型以及模型参数去与消电离层战对付流层缺面.真验资料标明，利用模型对付电离层缺面矫正灵验性达到75%，对付流层缺面矫正灵验性为95%.3 GPS星历结构及解算历程要得到接支机的位子，正在接支机时钟战GPS尺度时庄重共步的情况下，则待供解位子是3个已知变量，需要3个独力圆程去供解.然而是本量情况中，很易干到接支机时钟战GPS尺度时庄重共步，那样，咱们把接支机时间战GPS尺度时间偏偏好也动做一个已知变量，那样，供解便需要4个独力圆程，也便是需要有4颗瞅测卫星.图1 GPS定位示企图（已思量时间偏偏好）假设接支机位子为（xu，yu，zu），接支机时间偏偏好为 tu，则由于时间偏偏好引起的距离偏偏好为为得到的真距瞅测值.咱们不妨得到联坐圆程（5）将上式线性化，即正在真正在位子（xu，yu，zu）举止泰勒级数展启，忽略下次项，得到（6）其中，式（6）即为本量估计的叠代公式，叠代末止条件是真正在位子（xu，yu，zu）的变更量小于某一个阈值，最后得到不妨动做安排接支机时间偏偏好的依据，估计普遍采与矩阵办法供解.央供解该圆程，咱们还需要预先知讲4颗卫星的位子（xj，yj，zj），而卫星位子不妨从该卫星的星历中赢得. GPS卫星星历给出了本星的星历，根据星历不妨算出卫星的真时位子，而且星历中给出了与消卫星星钟缺面、相对付论缺面、天球自转缺面、电离层战对付流层缺面的参数，根据那些参数估计出的卫星位子，不妨基础上与消上述缺面.供解卫星位子的基础步调为：估计卫星运止仄衡角速度①估计归化时间；②估计瞅测时刻的仄近面角；③估计偏偏近面角；④估计卫星矢径；⑤估计卫星真近面角；⑥估计降接面角距；⑦估计摄动改正项；⑧估计通过摄动改正的降接距角、卫星矢径、轨讲倾角；⑨估计瞅测时刻的降接面经度；⑩估计卫星正在天心坐标系中的位子. 特天值得指出的是，正在估计卫星真近面角Vk时，应采与公式（7）其中，e为偏偏心率， Ek为卫星偏偏近面角.有部分参照书籍籍估计卫星真近面角的公式有误，会引导卫星真近面角的象限朦胧问题，进而无法得到卫星粗确位子. 举止上述估计后，再根据星历中广播的各缺面参数进一步与消各项缺面.那样，咱们便得到一个完备的利用GPS星历举止导航定位解算的历程.4 论断咱们仔细天道述了GPS卫星的导航定位本理以及定位解算的算法，分解了其中主要缺面根源战与消要收.天然，对付于卫星数多于4颗星时的算法以及好分GPS算法皆不妨正在此算法前提上举止深进钻研.介绍一下GPS定位的数教本理GPS定位的基根源基本理是根据下速疏通的卫星瞬间位子动做已知的起算数据，采与空间距离后圆接会的要收，决定待测面的位子.如图所示，假设t时刻正在大天待测面上安顿GPS接支机，不妨测定GPS旗号到达接支机的时间△t，再加上接支机所接支到的卫星星历等其余数据不妨决定以下四个圆程式：上述四个圆程式中待测面坐标x、y、z 战Vto为已知参数，其中di=c△ti (i=1、2、3、4).di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接支机之间的距离.△ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的旗号到达接支机所经历的时间.c为GPS旗号的传播速度（即光速）.四个圆程式中各个参数意思如下：x、y、z 为待测面坐目标空间直角坐标.xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4正在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文供得. Vt i (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟好，由卫星星历提供.Vto为接支机的钟好.由以上四个圆程即可解算出待测面的坐标x、y、z 战接支机的钟好VtoDGPS本理暂时GPS系统提供的定位粗度是劣于10米，而为得到更下的定位粗度，咱们常常采与好分GPS技能：将一台GPS接支机安顿正在基准站上举止瞅测.根据基准站已知粗稀坐标，估计出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站真时将那一数据收支进去.用户接支机正在举止GPS瞅测的共时，也接支到基准站收出的改正数，并对付其定位截止举止改正，进而普及定位粗度.好分GPS分为二大类：真距好分战载波相位好分. 1．真距好分本理那是应用最广的一种好分.正在基准站上，瞅测所有卫星，根据基准站已知坐标战各卫星的坐标，供出每颗卫星每一时刻到基准站的真正在距离.再与测得的真距比较，得出真距改正数，将其传输至用户接支机，普及定位粗度.那种好分，能得到米级定位粗度，如内天广大使用的“疑标好分”.2．载波相位好分本理载波相位好分技能又称RTK（Real Time Kinematic）技能，是真时处理二个测站载波相位瞅丈量的好分要收.即是将基准站支集的载波相位收给用户接支机，举止供好解算坐标.载波相位好分可使定位粗度达到厘米级.洪量应用于动背需要下粗度位子的范畴.。

GPS定位原理和简单公式全球定位系统（Global Positioning System）是美国第二代卫星导航系统。

是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。

和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。

按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。

21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55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。

地面监控部分包括四个监控站、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。

全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。

随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

上述四个方程式中待测点坐标x、y、z 和Vto为未知参数，其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。

di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。

△ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。

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λi 对于静态测量，只要在观测过程中不存在周跳， 将保持不变，而接收机也将自动对相位小数连续计数。 如果忽略对流层、电离层和卫星时钟所引起的误差，剩下 的关键问题就是如何确定 N i 和接收机与卫星系统时之间 的钟差。( N + φ )λ = (∆X ) 2 + (∆Y ) 2 + (∆Z ) 2 + cδ t
ρ = j
p ( x j − xu ) 2 + ( y j − yu ) 2 + ( z j − zu ) 2 + c ⋅ δ tu − cδ t j + δρ n + δρ j j +v
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用户位置解算方程及求解
其中，j = 1,2, N , N ≥ 4
(x
( xu , y u , z u )

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提纲
一、导航定位基本原理介绍 二、定位解算的含义及解算方法介绍 三、定位相关概念 四、用户位置解算方程及求解 五、定位精度分析 六、实例仿真
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用户位置解算方程及求解
对于选定的4颗卫星，根据广播星历和改正 后的卫星钟时间，计算4颗卫星的空间位置，再 利用改正后的4个伪距观测量，把用户位置的三 个坐标及用户钟钟差作为未知量，列出相应的 位置观测方程，联列，采用线性化的迭代方法， 获得用户位置和用户钟差参数。 根据三星定位原理可以写出伪距定位的基 本定位方程：
i i i i i p
利用相位观测量进行定位的方法较多，其核心是如 何求取载波相位的整周数和修正周跳引起的误差。 但 在单点定位中求取 Ni 是十分困难的，目前一般采用相对 定位和差分GPS技术计算获得。 周跳：接收机由于某种原因(如卫星信号被挡住、高 动态、电离层活动、对流层延迟、接收机设计)对卫星 短时间失去跟踪，在失去跟踪时间内相位的变化就不能 被测出，称为失周或失锁，也称为周跳。