北斗/GPS是怎么實(shí)現(xiàn)定位的？為什么衛(wèi)星定位需要4顆以上衛(wèi)星才能定位？相信很多人都會(huì)有這種困惑，通過(guò)本文的專業(yè)解答，為你揭開(kāi)衛(wèi)星導(dǎo)航的神秘面紗。
　　在無(wú)高度的一維空間上，當(dāng)知道信號(hào)發(fā)射位置時(shí)，準(zhǔn)確定位接收機(jī)位置只需要消除信號(hào)發(fā)生器和接收機(jī)之間的時(shí)間差值，通常稱該時(shí)間差值為鐘差。消除鐘差常見(jiàn)方法通常為多增加一路信號(hào)發(fā)射裝置，如下圖所示

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖１-1 平面定位示意圖
如將?τ_1-?τ_2表示一側(cè)信號(hào)多走的距離部分，則有
　　　　　　　　
式中，C表示信號(hào)傳播速度。可推算出接收機(jī)與信號(hào)發(fā)生器之間得距離
　　　　　　　
由上述一維空間確定距離推算可知，若需要精確計(jì)算沿線的時(shí)間和位置，需要兩個(gè)時(shí)間信號(hào)發(fā)生器，由此可以推出以下結(jié)論：當(dāng)計(jì)算位置采用不同步的時(shí)鐘系統(tǒng)時(shí)，時(shí)間信號(hào)發(fā)生器的數(shù)量必須超過(guò)未知維度，但也只需要大于一即可。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖１-２ 四星定位示意圖
　　由一維空間上的距離推論，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用星載原子鐘作為時(shí)間信號(hào)發(fā)射器，接收機(jī)為確定經(jīng)度、緯度、高度三維坐標(biāo)和確切時(shí)間，至少需要接收四顆衛(wèi)星的信號(hào)。
　GNSS衛(wèi)星將其準(zhǔn)確位置和星載時(shí)鐘時(shí)間傳輸?shù)降厍颉Ｓ糜诙ㄎ坏碾姶挪ㄐ盘?hào)以光速傳輸，需要大約67.3ms到達(dá)衛(wèi)星包圍的地球表面位置。每增加一公里的行程，信號(hào)還需要3.33us時(shí)間傳輸。為建立位置，所需要的只是一個(gè)接收器和一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)鐘。通過(guò)比較衛(wèi)星信號(hào)的到達(dá)時(shí)間與信號(hào)播發(fā)時(shí)刻的板載時(shí)鐘時(shí)間，以此可以確定信號(hào)傳播時(shí)間。通過(guò)使用兩顆衛(wèi)星的信號(hào)傳播時(shí)間?1和?2，可以在衛(wèi)星周圍繪制半徑為D1和D2的兩個(gè)圓，圓的半徑對(duì)應(yīng)于計(jì)算到衛(wèi)星的距離，相對(duì)于衛(wèi)星接收機(jī)所有可能位置都位于這些圓上。如果排除衛(wèi)星上方的位置，則接收機(jī)的位置位于兩個(gè)圓與衛(wèi)星下方相交的確切點(diǎn)，因此，兩顆衛(wèi)星足以確定X/Y平面上的位置，如圖(１-3)所示。

　　　　　　　　　　　　　圖１-３衛(wèi)星平面定位示意圖
　　在現(xiàn)實(shí)世界中，必須在三維空間而不是在平面上確定位置。由于平面和三維空間之間的差異由額外維度高度Z組成，因此必須有另外的第三顆衛(wèi)星來(lái)確定真實(shí)位置。如果已知三顆衛(wèi)星信號(hào)傳播的距離，則所有可能的位置都位于三個(gè)球體的表面上，球體半徑等于各衛(wèi)星計(jì)算的信號(hào)傳播距離，接收機(jī)位置為三球體共同相交的點(diǎn)。　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　圖１-４立體定位示意圖
　　衛(wèi)星和地面定位接收器之間的測(cè)量傳播時(shí)間即使只有1us的誤差，也會(huì)產(chǎn)生300m的位置誤差。假設(shè)所有GNSS衛(wèi)星上的時(shí)鐘是同步且認(rèn)為傳輸過(guò)程中無(wú)誤差情況下，接收機(jī)接收衛(wèi)星的觀測(cè)信息時(shí)，所有信號(hào)傳播時(shí)間與接收機(jī)接收時(shí)間具有相同的不準(zhǔn)確量。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，如果未知變量有N個(gè)，則需要至少N個(gè)獨(dú)立方程聯(lián)立方程組求解，如果測(cè)量伴隨著未知時(shí)間誤差Δt，在三維空間中將有四個(gè)未知變量：x,y,z,Δt。因此，為獲得位置信息至少需要四個(gè)方程，四顆獨(dú)立衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠建立所需方程并獲得解算。通過(guò)人為控制，使得在地球上的任何一點(diǎn)，至少有四顆衛(wèi)星是“可見(jiàn)的”，因此，盡管接收器時(shí)鐘的部分不準(zhǔn)確并且導(dǎo)致時(shí)間誤差，但仍然可以計(jì)算位置。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的北斗/GPS如何实现定位的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。