現(xiàn)在，gps定位逐漸用于商業(yè)，例如車載定位等，主要用途是防止車被盜。裝了gps定位監(jiān)控體系，不管車在哪里你都能找到，現(xiàn)現(xiàn)新疆GPS在小偷都不會(huì)偷盜帶有監(jiān)控的車子了，十分安全高效。那么，gps定位原理是什么呢？下面，小編詳細(xì)說(shuō)說(shuō)。

 

　　GPS定位，實(shí)際上便是經(jīng)過(guò)四顆已知方位的衛(wèi)星來(lái)確認(rèn)GPS接收器的方位。
如上圖所示，圖中的GPS接收器為當(dāng)時(shí)要確認(rèn)方位的設(shè)備，衛(wèi)星1、2、3、4為本次定位要用到的四顆衛(wèi)星:
· Position1、Position2、Position3、Position4分別為四顆衛(wèi)星的當(dāng)時(shí)方位（空間坐標(biāo)），已知
· d1、d2、d3、d4分別為四顆衛(wèi)星到要定位的GPS接收器的間隔，已知
· Location 為要定位的衛(wèi)星接收器的方位，待求
那么定位的進(jìn)程，簡(jiǎn)單來(lái)講便是經(jīng)過(guò)一個(gè)函數(shù)GetLocation(),從已知的[Position1,d1]、[Position2,d2]、[Position3,d3]、[Position4,d4]四對(duì)數(shù)據(jù)中求出Location的值。
Location=GetLocation([Position1,d1],[Position2,d2],[Position3,d3],[Position4,d4]);
為什么必需要4對(duì)參數(shù)呢？那下面咱們就來(lái)一同探求一下。
實(shí)際上，運(yùn)轉(zhuǎn)于宇宙空間的GPS衛(wèi)星，每一個(gè)都在時(shí)間不停地新疆GPS經(jīng)過(guò)衛(wèi)星信號(hào)向全世界播送自己的當(dāng)時(shí)方位坐標(biāo)信息。任何一個(gè)GPS接收器都能夠經(jīng)過(guò)天線很輕松地接收到這些信息，并且能夠讀懂這些信息（這其實(shí)也是每一個(gè)GPS芯片的中心功用之一）。這便是這些方位信息的來(lái)歷。

咱們現(xiàn)已知道每一個(gè)GPS衛(wèi)星都在不辭辛勞地播送自己的方位，那么在發(fā)送方位信息的一同，也會(huì)附加上該數(shù)據(jù)包宣告時(shí)的時(shí)間戳。GPS接收器收到數(shù)據(jù)包后，用當(dāng)時(shí)時(shí)間（當(dāng)時(shí)時(shí)間當(dāng)然只能由GPS接收器自己來(lái)確認(rèn)了）減去時(shí)間戳上的時(shí)間，便是數(shù)據(jù)包在空中傳輸所用的時(shí)間了。
知道了數(shù)據(jù)包在空中的傳輸時(shí)間，那么乘上他的傳輸速度，便是數(shù)據(jù)包在空中傳輸?shù)拈g隔，也便是該衛(wèi)星到GPS接收器的間隔了。數(shù)據(jù)包是經(jīng)過(guò)無(wú)線電波傳送的，那么抱負(fù)速度便是光速c，把傳播時(shí)間記為Ti的話，用公式表明便是：
di=c*Ti(i=1,2,3,4);
這便是di(i=1,2,3,4)的來(lái)歷了。
這個(gè)函數(shù)是我為了說(shuō)明問(wèn)題而虛構(gòu)的，事實(shí)上未必存在，可是一定存在這樣類似的運(yùn)算邏輯。這些運(yùn)算邏輯能夠由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，可是事實(shí)上或許大都是由硬件芯片來(lái)完結(jié)的（這或許也是每一個(gè)GPS芯片的中心功用之一）。
根據(jù)立體幾何常識(shí)，三維空間中，三對(duì)[Positioni,di]這樣的數(shù)據(jù)就能夠確認(rèn)一個(gè)點(diǎn)了（實(shí)際上或許是兩個(gè)，但咱們能夠經(jīng)過(guò)邏輯判斷舍去一個(gè)），為什么這兒需要四對(duì)新疆GPS呢？抱負(fù)情況下，的確三對(duì)就夠了，也便是說(shuō)抱負(fù)情況下只需要三顆衛(wèi)星就能夠?qū)崿F(xiàn)GPS定位。可是事實(shí)上，必需要四顆。

因?yàn)楦鶕?jù)上面的公式，di是經(jīng)過(guò)c*Ti計(jì)算出來(lái)的，而咱們知道c值是很大的（抱負(fù)速度即光速），那么關(guān)于時(shí)間Ti而言，一個(gè)極小的差錯(cuò)都會(huì)被放大很多倍從而導(dǎo)致整個(gè)成果無(wú)效。也便是說(shuō)，在GPS定位中，對(duì)時(shí)間的精度要求是極高的。GPS衛(wèi)星上是用銫原子鐘來(lái)計(jì)時(shí)的，可是咱們不或許為每一個(gè)GPS接收器也配一個(gè)銫原子鐘，因?yàn)橐粋€(gè)銫原子鐘的價(jià)格或許現(xiàn)已超過(guò)了這個(gè)GPS設(shè)備再加上運(yùn)用GPS的這輛貴重汽車的價(jià)格。
一同，因?yàn)樗俣萩也會(huì)受到空中電離層的影響，因此也會(huì)有差錯(cuò);再者，GPS衛(wèi)星播送的自己的方位也或許會(huì)有差錯(cuò)。其他等等一些因素也會(huì)影響數(shù)據(jù)的精確度。
總之，數(shù)據(jù)是存在差錯(cuò)的。這些差錯(cuò)或許導(dǎo)致定位精確度下降，也或許直接導(dǎo)致定位無(wú)效。GetLocation（函數(shù)）中多用了一組數(shù)據(jù)，正是為了來(lái)校正差錯(cuò)。至于詳細(xì)的細(xì)節(jié)，咱們就不用關(guān)懷了，咱們只要知道，多用一組數(shù)據(jù)，就能夠經(jīng)過(guò)一些巧妙的算法，消除或減小差錯(cuò)，確保定位有用。這便是GetLocation（）函數(shù)必須用四組數(shù)據(jù)的原因，也便是為什么必須有四顆衛(wèi)星才干定位的原因。
前面說(shuō)在進(jìn)行方位計(jì)算時(shí)都是用的空間坐標(biāo)方式表明，可是對(duì)GPS設(shè)備及應(yīng)用程序而言，通常需要用的是一個(gè)[經(jīng)度，緯度，高度]這樣的方位信息。那么咱們能夠想象，在GetLocation()函數(shù)回來(lái)方位成果前，或許會(huì)進(jìn)行一個(gè)從空間坐標(biāo)方式到經(jīng)緯度方式的轉(zhuǎn)化，咱們不妨假設(shè)存在一個(gè)Convert(經(jīng)緯度，空間坐標(biāo))這樣的函數(shù)來(lái)進(jìn)行這個(gè)轉(zhuǎn)化。
實(shí)際上上面所說(shuō)的僅僅定位原理中的其間一種，稱為單點(diǎn)定位，或肯定定位。便是經(jīng)過(guò)僅有的一個(gè)GPS接收器來(lái)確認(rèn)方位。
目前定位精度高的是差分定位，或稱相對(duì)定位。便是經(jīng)過(guò)增加一個(gè)參考GPS接收器來(lái)進(jìn)步定位精度。
上面咱們現(xiàn)已環(huán)繞一個(gè)虛擬的GetLocation()函數(shù)基本搞清楚了GPS定位的基本數(shù)學(xué)模型，關(guān)于編程而言，知道這些就足夠了（其實(shí)不知道也不影響編程）。假如好奇心還沒(méi)滿意的話，咱們持續(xù)了解一些GPS相關(guān)的布景常識(shí)。
GPS（Global Position System,全球定位體系），全稱為NAVSTAR GPS（NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System，導(dǎo)航星測(cè)時(shí)與測(cè)距全球定位體系）。GPS是一個(gè)由美國(guó)國(guó)防部開發(fā)的空基全天侯導(dǎo)航體系，它用以滿意軍方在地面或近地空間內(nèi)獲取在一個(gè)通用參照系中的方位、速度和時(shí)間信息的要求。
1957年10月第一顆人造地球衛(wèi)星SputnikⅠ發(fā)射成功，空基導(dǎo)航定位由此開始1958年開始規(guī)劃NNSS-TRANSIT,即子午衛(wèi)星體系； 1964年該體系正式運(yùn)轉(zhuǎn)； 1967年該體系解密以供民用。1973年，美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)研制GPS; 1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，GPS初次大規(guī)模用于實(shí)戰(zhàn)； 1994年，GPS悉數(shù)建成投入運(yùn)用； 2000年，克林頓宣告，GPS撤銷施行SA(對(duì)民用GPS精度的一種人為約束策略)。
兩種GPS服務(wù)： SPS--規(guī)范定位服務(wù)，民用，精度約為100M； PPS--精密定位服務(wù)，軍用和得到特許的民間用戶運(yùn)用，精度高達(dá)10M.
兩種約束民用定位精度的辦法(確保國(guó)家利益不受損害)： SA--挑選可用性，認(rèn)為下降普通用戶的測(cè)量精度，約束水平定位精度100M，筆直157M(已于2005年5月1日撤銷); AS--反電子詐騙。GLONASS（全球軌跡導(dǎo)航衛(wèi)星體系），前蘇聯(lián)Galileo-ENSS（歐洲導(dǎo)航衛(wèi)星體系，即伽利略計(jì)劃），歐盟北斗導(dǎo)航體系，中國(guó)
GPS體系=空間部分+操控部分+用戶部分
1.空間部分
GPS空間部分主要由24顆GPS衛(wèi)星構(gòu)成，其間21顆作業(yè)衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星。24顆衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)在6個(gè)軌跡平面上，運(yùn)轉(zhuǎn)周期為12個(gè)小時(shí)。確保在任一時(shí)間、任一地址高度角15度以上都能夠觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星。
主要效果：發(fā)送用于導(dǎo)航定位的衛(wèi)星信號(hào)。
構(gòu)成：24顆衛(wèi)星=21顆作業(yè)衛(wèi)星+3顆備用衛(wèi)星
2.操控部分
GPS操控部分由1個(gè)主控站，5個(gè)檢測(cè)站和3個(gè)注入站組成。
組成：GPS操控部分=主控站（1個(gè)）+監(jiān)測(cè)站（5個(gè)）+注入站（3個(gè)）
效果：監(jiān)測(cè)和操控衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)，編算衛(wèi)星星歷（導(dǎo)航電文），堅(jiān)持體系時(shí)間。
主控站：從各個(gè)監(jiān)控站搜集衛(wèi)星數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的星歷和時(shí)鐘批改參數(shù)等，并經(jīng)過(guò)注入站注入衛(wèi)星；向衛(wèi)星發(fā)布指令，操控衛(wèi)星，當(dāng)衛(wèi)星出現(xiàn)故障時(shí)，調(diào)度備用衛(wèi)星。
監(jiān)控站：接收衛(wèi)星信號(hào)，檢測(cè)衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，搜集氣候數(shù)據(jù)，并將這些信息傳送給主控站。
注入站：將主控站計(jì)算的衛(wèi)星星歷及時(shí)鐘批改參數(shù)等注入衛(wèi)星。
散布情況：
· 主控站：坐落美國(guó)科羅拉多州（Calorado）的法爾孔（Falcon）空軍基地。
· 注入站：阿松森群島（Ascendion）,大西洋；迭戈加西亞（Diego Garcia）,印度洋；卡瓦加蘭（Kwajalein），東太平洋。
· 監(jiān)控站：1個(gè)與主新疆GPS控站在一同；3個(gè)與注入站在一同；別的一個(gè)在夏威夷（Hawaii）,西太平洋。

3.用戶部分
GPS用戶設(shè)備部分包含GPS接收器及相關(guān)設(shè)備。GPS接收器主要由GPS芯片構(gòu)成。
如車載、船載GPS導(dǎo)航儀，內(nèi)置GPS功用的移動(dòng)設(shè)備，GPS測(cè)繪設(shè)備等都?xì)w于GPS用戶設(shè)備。
組成：主要為GPS接收器
效果：接收、跟蹤、改換和測(cè)量GPS信號(hào)的設(shè)備，GPS體系的消費(fèi)者