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GPS定位系统是如何定位的,工作原理是什么?
- 2019-11-11-

       GPS定位系统已经成为我们生活中不可缺少的一步。如论是出行还是发生危险时GPS都可以定位到我们的位置。接下来合肥GPS定位系统就带大家来聊一聊。

       所以,当你享受GPS的好处时,你有没有想过为什么千里之外的卫星会如此精确?卫星定位系统是如何工作的?

工作原理:

1、卫星定位系统的原理

       在了解了卫星定位系统的组成后,我们发现用户的GPS接收器并没有向卫星发送任何信息,只是被动地接收卫星数据。卫星数据只告诉接收端卫星的位置,那么GPS系统究竟如何利用卫星数据来确定用户的位置呢?

       事实上,卫星定位系统的原理并不复杂。当卫星向接收器发送位置信息时,它将附加发送信息的时间。GPS终端接收到信息后,用当前时间减去发送时间,得到信息传输时间。通过将信息传输的时间乘以信息传输的速度,我们可以得到终端与卫星之间的距离。

       理论上,只要能得到用户终端与四颗非共面卫星之间的距离,就能确定用户终端在三维空间中的位置。在实践中,手机等用户接收器可以接收到来自多颗定位卫星的信息。如果你有兴趣,你可以在你的手机上安装一个类似“GPS雷达”的应用程序,看看你的手机的哪个GPS接收器可以接收到几个定位卫星的信号。

2、卫星定位系统的心脏——原子钟

       在了解了卫星定位系统的基本原理后,我们可以发现卫星定位系统的核心部分是准确测量卫星信号的传输时间。失之毫厘,谬以千里。任何微小的时间误差乘以光速都会把距离误差放大很多倍。在卫星导航系统中,1纳秒的时间误差会导致0.3米的距离误差。

        为了使时间误差最小化,我们使用了卫星定位系统中最精确的时间测量工具——原子钟。原子以其固有频率不断地振荡,不受温度或压力的影响。原子钟就是根据这个原理制成的。

         原子钟的准确性是如此之高,以至于数千万年只有一秒钟。目前,全球定位系统可以提供世界上精确定位,即美国GPS定位系统,俄罗斯的glonass定位系统,中国的北斗定位系统和欧盟的伽利略卫星定位系统使用原子钟确定所有的时间。毫不夸张地说,原子钟是GPS的核心。

3、定义一个位置,至少需要4颗卫星

       虽然原子钟可以帮助减少时间误差,但技术和成本使得不可能在每个用户的接收器上安装原子钟。这颗卫星实际上配备了一个原子钟,而接收器是一个石英钟,比原子钟精确得多。

       此外,根据爱因斯坦的广义相对论,一个物体的运动速度会导致它在时间上弯曲,物体越快,时间就会变得越慢。广义相对论还说,质量大的物体会导致它们周围的空间和时间扭曲,因为它们越接近这些物体,时间就越慢。

       与地面上的人相比,GPS卫星离地球更远,受到的引力也更小。基本上,GPS卫星上的时钟每天将比地球上的时钟快38微秒,这意味着误差每天将增加11公里。

       有了这些知识,我们可以发现即使在同一时间,接收到的石英钟和卫星上的原子钟显示的时间也不同,这对定位的准确性有很大的影响。

       美国GPS系统的24颗卫星平均分布在6个轨道平面上,每一个都有特定的角度。这种配置的目的是为了确保在世界上的任何时候,每个接收器都能接收到至少四颗卫星发出的信号。

4、卫星定位系统的组成


       为了理解卫星定位系统是如何工作的,我们首先来看一下卫星定位系统的结构。卫星定位系统主要由空间部分、控制部分和用户设备部分三部分组成。

       空间部分包括运作和备用卫星。这些卫星不断地向空中发射无线电信号,为GPS接收器提供时间和位置信息。控制部分包括主控站、注入站和监测站。监测站连续接收GPS卫星信号并进行数据积累。主控站根据监测站发送的数据进行系统运行管理和控制,并编制导航报文;注入站的卫星发送导航信息,对卫星进行控制和管理。

       用户部分,GPS接收器。其主要功能是接收来自GPS卫星的信号,利用发射的信息计算出用户的三维位置和时间。

       以上就是有关合肥GPS定位系统的资讯,如果还想了解更多,欢迎前来咨询,我们乐意为您解答。