GPS与相对论关系 我们应该非常感谢爱因斯坦，他的理论使得这个惊人的新装置成为现实！设计GPS卫星的科学家必须考虑狭义相对论带来的时间膨胀效应和广义相对论中时间流逝的速率与维度之间的相互关系。 GPS构成 1.空间部分 GPS的空间部分是由21颗工作卫星组成,它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55°。此外,还有3 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能在卫星中预存的导航信息。GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。 2. 地面控制系统 地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据。 3.用户设备部分 用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器,现有单频与双频两种,但由于价格因素,一般使用者所购买的多为单频接收器。 GPS术语 1.GPS Generalized Processor Sharing 通用处理器共享 2.GPS Global Positioning System 全球定位卫星／系统 3.[GPSS]General Purpose Systems Simulator通用系统模拟器 4.[DGPS]Differential GPS差分GPS,差分全球定位系统 5.GPS General Phonetic Symbols 捷易读注音符GPS原理 GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。 可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。 GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。 GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。 GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频 移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位 精度也只能采用相位观测值。 按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。 在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式) 编辑本段相对论为GPS提供了所需的修正 全球定位系统GPS卫星的定时信号提供纬度、经度和高度的信息，精确的距离测量需要精确的时钟。因此精确的GPS接受器就要用到相对论效应。 准确度在30米之内的GPS接收机就意味着它已经利用了相对论效应。华盛顿大学的物理学家Clifford M. Will详细解释说：“如果不考虑相对论效应，卫星上的时钟就和地球的时钟不同步。”相对论认为快速移动物体随时间的流逝比静止的要慢。Will计算出，每个GPS卫星每小时跨过大约1.4万千米的路程，这意味着它的星载原子钟每天要比地球上的钟慢7微秒。 而引力对时间施加了更大的相对论效应。大约2万千米的高空，GPS卫星经受到的引力拉力大约相当于地面上的四分之一。结果就是星载时钟每天快45微秒， GPS要计入共38微秒的偏差。Ashby解释说：“如果卫星上没有频率补偿，每天将会增大11千米的误差。”(这种效应事实上更为复杂，因为卫星沿着一个偏心轨道，有时离地球较近，有时又离得较远。) GPS前景 由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。 随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布2000年至2006年期间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到10米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。据有关专家预测，在美国，单单是汽车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美元，而在我国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。GPS特点 全球定位系统的主要特点： (1)全球、 全天候工作。 ①定位精度高。单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。 ②功能多，应用广。 GPS系统的特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。 1、定位精度高 应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6，100-500KM可达10-7，1000KM可达10-9。在300-1500M工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm。 2、观测时间短 随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20KM以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。GPS功用 全球定位系统的主要用途：(1)陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、 市政规划控制等；(2)海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；(3)航空航天应用，包括飞机导航、航空遥 感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。 GPS的应用 主要是为船舶，汽车，飞机等运动物体进行定位导航。例如： 1.船舶远洋导航和进港引水 2.飞机航路引导和进场降落 3.汽车自主导航 4.地面车辆跟踪和城市智能交通管理 5.紧急救生 6.个人旅游及野外探险 7.个人通讯终端（与手机，PDA，电子地图等集成一体） 1.电力，邮电，通讯等网络的时间同步 2.准确时间的授入 3.准确频率的授入 1.各种等级的大地测量，控制测量 2.道路和各种线路放样 3.水下地形测量 4.地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测 GIS应用 6.工程机械（轮胎吊，推土机等）控制 7.精细农业 GPS在道路工程中的应用 GPS在道路工程中的应用，目前主要是用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。随着高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常规方法难以实现的精度，同时也大大提前了工期。GPS技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中。由于无需通视，可构成较强的网形，提高点位精度，同时对检测常规测量的支点也非常有效。GPS技术在隧道测量中也具有广泛的应用前景，GPS测量无需通视，减少了常规方法的中间环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。 GPS在汽车导航和交通管理中的应用 三维导航是GPS的首要功能，飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新 GPS应用型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理机、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。 GPS在长途客运车辆管理中的应用（举例） 以国内首套专业的GPS长途客运车辆管理系统——雅迅长途客运GPS智能管理系统为例，它就是结合了卫星定位技术、GPRS/CDMA通讯业务、GIS技术、图像采集技术、计算机网络和数据库等技术，在客运公司建立一个总控（C/S结构和B/S结构相结合），其它设为分控，公安部门和运管部门等各部门建立专控的中心系统，系统由控制中心系统、无线通信平台（GPRS/CDMA）、全球卫星定位系统（GPS）、车载设备四部分组成一个全天候、全范围的驾驶员管理和车辆跟踪的综合平台；系统可对注册车辆实施动态跟踪、监控、拍照、行车记录、管理、数据分析等功能，监控车辆可以在电子地图上显示出来，并保存车辆运行轨迹数据；操作终端可任意选择服务器内部局域网或国际互联网对中心进行访问并可通过IE浏览器提供网上综合客车管理数据分析控制系统（B/S结构）；且系统软其容量可随时根据中心服务器和操作终端硬件配置进行扩展，最大为五十万辆，入网车辆不仅可以是长途客运车辆，也可以旅游车等社会车辆。同时系统还可以采用分组管理，不同类型的车辆归入不同分组，便于管理人员的操作。 GPS在个人定位中的应用 国内首款语音彩信GPS定位器-- 深圳市昱读全资科技有限公司语音彩信GPS定位器为列，它内置全国的地图数据，无需后 台支持，结合了GPS全球定位系统、GSM通信技术、嵌入式语音播报技术、GIS技术、GIS搜索引擎、图像处理技术和图像传输技术，直接回复终端中文地址、彩信、或语音播报地理位置 GPS技术在导航仪中的应用举例 国际领先GPS导航仪品牌：Ahada（艾航达）――源自美国硅谷，现已登录中国！ 产品核心功能： 1) 地图查询 ◎可以在操作终端上搜索你要去的目的地位置。 ◎可以记录你常要去的地方的位置信息，并保留下来，也和可以和别人共享这些位置信息。 ◎模糊的查询你附件或某个位置附近的如加油站，宾馆、取款机等信息， 2) 路线规划 ◎GPS 导航系统会根据你设定的起始点和目的地，自动规划一条线路。 ◎规划线路可以设定是否要经过某些途径点。 ◎规划线路可以设定是否避开高速等功能。 3) 自动导航 ◎语音导航： ◎画面导航： ◎重新规划线路： 编辑本段引GPS种类 GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。 按接收机的用途分类 1. 导航型接收机 此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。这类接收机一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为±10m，有SA影响时为±100m。 这类接收机价格便宜，应用广泛。根据应用领域的不同，此类接收机还可以进一步分为： 车载型——用于车辆导航定位； 航海型——用于船舶导航定位； 航空型——用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空上用的接收机要求能适应高速运动。 星载型——用于卫星的导航定位。由于卫星的速度高达7km/s以上，因此对接收机的要求更高。 2. 测地型接收机 测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。 3. 授时型接收机 这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。
汽车导航系统：通过GPS卫星信号确定位置坐标
车载导航仪是通过卫星信号导航的。
车载导航仪 卫星信号极差原因：汽车贴膜的影响。
解决方法：
最好的解决方式自然是选用没有无线信号屏蔽的太阳膜，其实只要不是一些金属太阳膜，大多数的太阳膜都不会对无线信号造成影响。只需要在购买前问一声产品销售，，无线信号的屏蔽能力销售员心中自然有数。
如果贴膜已经贴了，就看看自己的车载导航仪是否有外接信号接收器的插口。如果有的话，把GPS信号接收器的安装位置调整到不受太阳膜影响的位置，车载导航便能正常使用了。
卫星信号定位，和手机定位一样
内容全部来源于网络收集，如有侵权，请联系网站删除：QQ：24596024