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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)从早期相对原始的系统发展而来,最初主要是为了军事用途。不久之后,这些系统就可以在世界范围内使用,但分辨率较低。1996年,比尔·克林顿总统签署了一份文件,终止了选择性可用性。如今,每个人都可以免费使用最高分辨率的GPS。它被科学家、天文学家、测绘员、驾驶员、飞机和海军导航员以及任何想知道GPS接收器的精确位置的人所使用。它可以定位被偷的汽车,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:
•太空部分(Space Segment, SS)由32颗在地球表面12600英里高空环绕地球运行的卫星组成。因为这个距离是地球同步卫星高度的一半,所以GPS卫星每天环绕地球运行两次。轨道不在同一平面上,也不像地球静止卫星那样位于赤道上方。在给定的时间内,从地球上的任何一点都可以看到大约9颗卫星,所以即使停机维护和调整,准确的全球定位所需要的头顶卫星也总超过4颗。
•控制段(CS)由主控站、控制站、监测站和4个地面天线组成。
•用户部分(美国)包括数以百万计的军事和民用地面接收器。它们可以有多种形式,比如集成到天文望远镜支架和汽车中的单元,或者徒步旅行者可以携带的便携式单元。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,只有一本书大小的四分之一。

全球定位系统(GPS)电路

这是一个GPS接收器电路的例子,它是围绕Maxim集成产品公司的GPS前端下变频芯片构建的。CMOS MAX2742与GPS基带集成电路一起工作,完整的接收器将包括天线供应控制块、复位电路和延迟电路。

所有GPS卫星都以相同的频率广播。信号是一种经过调制的载波,包含卫星的准确时间和位置。发射信号包括接收机已知的伪随机码(1和0的序列)。通过对编码的接收机生成版本和接收机测量版本进行时间对齐,可以在接收机时钟时间刻度中确定编码序列中一个定义点的到达时间(TOA),称为epoch。

卫星载波信号还包括编码历元(GPS系统时间尺度)的传输时间(TOT)和卫星当时的位置。从概念上讲,接收器测量四个卫星信号的TOAs(根据它自己的时钟)。从TOAs和TOTs,接收机形成四个飞行时间(TOF)值,(给定光速)约等于接收机-卫星距离差。接收机然后计算它的三维位置和时钟偏差从四个tof。

在实践中,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时间的偏移被同时计算,使用导航方程来处理tof。

接收机的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,高度可以进一步转换为相对于平均海平面的高度。这些坐标可能只被一些其他系统显示或使用,如车辆导航系统。

这个信息有两到三英尺的精确度。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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