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标题: 5分钟了解GPS定位原理 [打印本页]

作者: yangjinduo 时间: 2019-3-1 09:30
标题: 5分钟了解GPS定位原理
本帖最后由 yangjinduo 于 2019-3-5 09:12 编辑

大家好我是矿泉水，上次写了一篇《10分钟了解无人机飞控3大算法》得到了广大网友的好评，所以今天再来跟大家分享个小知识，带你5分钟了解GPS定位原理。

GPS全名叫Global Positioning System，全球定位系统，最早起源于美国的军事项目，美国的这种系统叫GPS，我们中国也有全球定位系统，叫北斗；战斗民族也有，叫格洛纳斯；欧盟也有，叫伽利略。

这4套全球定们系统的定位原理基本都是一样的。

有了这套系统，我们就可以用它进行导航，引导我们到某地。

在军事上可就厉害了，可用于精准打击，可以让DaoDan到全球各地去捣蛋。

不过我们中国不是那么捣蛋，中国军方用它送快递，东风快递听说过吗？

敌军电话响起：喂您好！

我军：您好您的快递到了，请收一下。

敌军：哦？我没网购过呀？您哪家快递？

我军：东风快递！递！递！递！递！

Duang !!

敌军：啊！下次让门卫替我代收吧！

门卫：。。。。。。

好，言归正传。

其实GPS除了可以定位，还可以授时，也就是告诉你准确的时间，准确的定位与时间有密不可分的联系。

比如我们这里有一个带有GPS的无人机，假设我们不知道这个无人机的空间坐标XYZ，也不知道它的时间坐标T。

但是我们可以从卫星这里接收一些信息，也就是卫星的星历，星历里面有卫星自己准确的空间坐标X1 Y1 Z1，同时也有一个准确的时间T1，因为卫星有原子钟。卫星会把这些信息发送给GPS接收机。

坐标和时间其实是有一定的联系的，通过坐标和时间我们都可以算出GPS接收机与卫星之间的距离。

也就是下图蓝线的长度，通过坐标计算距离就是用勾股定理，无人机到卫星距离的平方=Y-Y1的平方加上这条绿线的长度的平方，绿线长度的平方又等于X-X1的平方加上Z-Z1的平方，所以无人机到卫星的距离等于右面的式子开平方。

我们再用时间来求出无人机到卫星的距离，就是信号传输的速度乘以信号传输的时间，也就是光速3⨉10的8次方再乘以T-T1。

我们通过这两种方式算出的距离，实际上它们是相等的，所以我们会得到这个方程：

那这个方程里，有4个未知数XYZ和T，通过这一个方程我们是不能解出这4个未知数的。所以我们需要4个这样的方程才可以解出XYZ和T。所以我们再接收3个卫星的数据，我们就可以和到另外3个方程，最终我们就可以解出XYZ和T。

所以GPS接收机至少要通过4颗卫星，才能确定自己的空间坐标和时间坐标。

卫星定位最不好解决的问题就是误差，因为信号在传输的时候，因为大气等因素的影响，速度哪怕慢一丁点，影响都比较大，因为光速特别快，所以GPS的误差一般是在几米到几十米，想要减少误差，我们就要用差分GPS这项技术，它可以大大提高GPS的定位精度。

它是在无人机相对较近的已知坐标点上布放一个GPS基准站，它也可以接收到为无人机提供位置信息的4颗卫星的信号，根据这些信号算出坐标值，然后与已知的坐标比较，得出坐标的偏差量，然后将偏差量或者实时测得的载波相位，通过数传链路或移动通信网络发送给无人机，无人机根据接收到的信息进行修正。还可以为无人机在专业的精准定位服务商购买定位服务，通过移动通信网络接收误差更正信息来更修正位置。

即然说GPS定位可以通过一些技术达到很高的精度，那无人机为什么不用GPS得到的高度信息，而用气压计来测量高度呢？