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全球定位系统的基础知识

通过大卫先生|2016年3月21日

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全球定位系统(GPS)是从最初主要为军事用途而开发的相对原始的系统发展而来的。不久之后,这些系统在世界范围内为平民所用,但分辨率降低了。1996年,比尔·克林顿总统签署了一份文件,终止了选择性供应。今天,每个人都可以免费访问最高分辨率的GPS。它被科学家、天文学家、测量员、汽车驾驶员、飞机和海军领航员以及任何想知道GPS接收器精确位置的人所使用。它可以定位被盗的汽车,引导迷路的徒步旅行者回到文明世界。

GPS是一个精确、可靠的系统,可以被认为是三个部分的集成:
•太空段(SS)由32颗卫星组成,在离地面12600英里的高度绕地球运行。因为这个距离是地球同步卫星高度的一半,所以GPS卫星每天绕地球运行两次。轨道不在同一平面上,也不像地球同步卫星那样位于赤道上方。在给定的时间里,从地球上的任何一点上都可以看到大约9颗卫星,所以即使有停机维护和调整的时间,总有超过4颗卫星的开销来实现精确的全球定位。
•控制段(CS)由主站、控制站、监测站和四个地面天线组成。
•用户部分(美国)由数以百万计的军用和民用地面接收器组成。这些装置可以采用多种形式,如集成到天文望远镜支架和汽车上的装置,或徒步旅行者可以携带的便携式装置。早期的接收器体积庞大,重量超过50磅,但现在一个典型的模块,不包括电池和显示器,只有一本火柴书的四分之一大小。

全球定位系统(GPS)电路

GPS接收器电路的一个例子就是这个,它是围绕Maxim集成产品公司的GPS前端下变频器芯片构建的。CMOS MAX2742与GPS基带集成电路一起工作,整个接收机将包括一个天线供应控制模块,一个复位电路和一个延迟电路。

所有GPS卫星都以相同的频率广播。信号是调制的载波,由卫星的准确时间和位置组成。发送的信号包括一个接收方已知的伪随机码(1和0的序列)。通过对接收端生成的代码版本和接收端测量的代码版本进行时间校准,可以在接收端时钟时间尺度中确定代码序列中定义的点(称为epoch)的到达时间(TOA)。

卫星载波信号还包括编码历元(GPS系统时标)的传输时间(TOT)和该时间的卫星位置。从概念上讲,接收机测量四个卫星信号的TOAs(根据它自己的时钟)。从TOAs和tot,接收机形成四个飞行时间(TOF)值,(给定光速)大约相当于接收机-卫星距离差。接收器然后计算它的三维位置和从四个tfs的时钟偏差。

在实际应用中,接收机的位置(以地球中心为原点的三维笛卡尔坐标)和接收机时钟相对于GPS时间的偏移是同时计算的,使用导航方程来处理tfs。

接收机以地球为中心的解的位置通常被转换成相对于椭球地球模型的纬度、经度和高度。然后高度可进一步转换为相对于平均海平面的高度。这些坐标可能只是显示或使用一些其他系统,如车辆导航系统。

这一信息的准确度为两到三英尺。在不久的将来,预计将获得更大的精度。

《华盛顿邮报》全球定位系统的基础知识第一次出现在测试和测量提示.


了下:测试和测量提示


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