-
沒有找到您想要的百科
GPS是如何工作的？
GPS是如何工作的？Alfred Leick是GPS衛(wèi)星測(cè)量的作者，也是緬因大學(xué)spai形成科學(xué)系的教授，提供以下答案全球定位系統(tǒng)（GPS）由24顆運(yùn)行衛(wèi)星和幾個(gè)備件組成。
這些備用衛(wèi)星中的一些也在使用中，或者一旦操作衛(wèi)星功能失常就可以很容易地被激活。考慮到這么多衛(wèi)星的特定軌道，觀察者可以隨時(shí)從地球上的任何位置看到至少四顆衛(wèi)星。
根據(jù)所需的準(zhǔn)確度和定位速度，使用GPS的方法或多或少是復(fù)雜的。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，假設(shè)衛(wèi)星的軌道位置可以隨時(shí)相對(duì)于地球精確計(jì)算。進(jìn)一步假設(shè)地面上的GPS接收器可以同時(shí)測(cè)量至少三顆衛(wèi)星的接收器和衛(wèi)星之間的距離。通過用三個(gè)坐標(biāo)（例如緯度，經(jīng)度和高度）定義接收器位置，可以容易地寫出三個(gè)方程，這三個(gè)方程將三個(gè)距離觀測(cè)與衛(wèi)星的已知坐標(biāo)和接收器的未知坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)。對(duì)于三個(gè)未知數(shù)，可以求解這三個(gè)方程。通過衛(wèi)星發(fā)送的定時(shí)信號(hào)測(cè)量到衛(wèi)星的距離，衛(wèi)星以光速朝向地面上的接收器行進(jìn)。
由于光的高速，有必要在衛(wèi)星上的信號(hào)傳輸瞬間和接收器天線處的信號(hào)接收瞬間準(zhǔn)確地記錄以便距離，因此位置計(jì)算是準(zhǔn)確的。實(shí)際上，衛(wèi)星攜帶原子鐘接收器包含廉價(jià)且因此不太精確的時(shí)鐘。結(jié)果，當(dāng)?shù)竭_(dá)的衛(wèi)星信號(hào)在接收器處定時(shí)時(shí)，我們必須允許發(fā)生定時(shí)誤差。
因?yàn)橥瑫r(shí)測(cè)量從所有衛(wèi)星到達(dá)接收器的信號(hào)，所以距離測(cè)量都被相同的接收器時(shí)鐘誤差偽造，必須計(jì)算該誤差，以便確定準(zhǔn)確的位置。接收器的完整位置確定隨后需要四個(gè)未知數(shù)：接收器時(shí)鐘誤差和三個(gè)接收器坐標(biāo)測(cè)量到至少四個(gè)衛(wèi)星的距離允許人們?cè)O(shè)置四個(gè)可以是解決了這四個(gè)未知數(shù)。這導(dǎo)致了對(duì)真正的全球定位系統(tǒng)的基本要求，即任何時(shí)候地球上任何位置都可以看到至少四顆衛(wèi)星。
實(shí)際上，接收機(jī)觀察所有可見衛(wèi)星以確定接收機(jī)時(shí)鐘和位置的最佳估計(jì)解決方案上面描述的通常稱為導(dǎo)航解決方案。這種類型的計(jì)算幾乎在所有接收器中實(shí)現(xiàn)，包括便宜的手持設(shè)備。除了確定位置之外，時(shí)間可以達(dá)到優(yōu)于1微秒的精度。因此，GPS接收器對(duì)于遠(yuǎn)程定時(shí)時(shí)鐘之間的時(shí)間同步非常有價(jià)值。時(shí)間同步是現(xiàn)代通信中通過互聯(lián)網(wǎng)，電話，電視廣播和許多其他手段的重要元素。仔細(xì)研究基礎(chǔ)理論和技術(shù)可以很容易地發(fā)現(xiàn)GPS定位并不簡(jiǎn)單。這對(duì)于使用GPS從這里到那里的徒步旅行者和同步者來說可能沒什么興趣。但對(duì)于科學(xué)家而言，GPS是一種具有無窮無盡應(yīng)用的實(shí)用工具，從電離層和對(duì)流層研究到地殼變形。該列表對(duì)于工程應(yīng)用來說同樣長。 GPS已真正成為國家公用事業(yè)。
考慮到有這么多具體的衛(wèi)星軌道，一個(gè)觀察者能夠在任何時(shí)間和地球的任何地點(diǎn)至少看到4個(gè)衛(wèi)星。
對(duì)深入的理論進(jìn)行仔細(xì)研究后容易發(fā)現(xiàn)，GPS定位決不是很簡(jiǎn)單的事。這對(duì)于徒步旅行者和用GPS同步自己活動(dòng)的人并不會(huì)產(chǎn)生很大興趣。但是對(duì)于科學(xué)家來說，從對(duì)電離層和對(duì)流層的研究到對(duì)地殼變動(dòng)的研究，GPS都是一個(gè)用途極為廣泛的工具。對(duì)于工程應(yīng)用來說，其應(yīng)用范圍也同樣廣泛。GPS已經(jīng)成為一個(gè)國家的公用事業(yè)