GPS是美國第二代衛星導航系統, GPS是迄今為止全球最精確的無線電導航技術,它是一種高精度、全天候、全球性的無線電導航、定位、定時系統,應用GPS系統可以準確測定GPS接收機的地理位置以及移動速度。因而能對全球表面任何地點及空間提供實時高精度的三維位置、三維速度和時間信息,其目標主要是為美國軍方建立一個戰略性的、高精度的、全球衛星導航系統,並以較低的精度兼供民用。
簡單的說: GPS定位原理就是利用空間幾何三點定位原理,如果已知空間上三個衛星的位置(也就是座標) ,在知道這三個衛星與接收器的空間距離,就能確定接收器的位置,也就是能夠知道接收器的座標,結合地理知識就可以知道接收器的經緯度,知道一段時間內接收器位置的變化,就能知道接收器的移動速度,美國的GPS系統就是這麼工作的,GPS接收器通過測量衛星發射的無線電信號打到接收器的時間來計算衛星和接收器的距離。
在衛星信號的收發過程中,以及對信號的傳播時間計算方面都不可避免的帶來誤差,引起定位誤差的因素有很多,大致可以分成以下幾類。
首先,雖然衛星上裝了精確度很高的原子鐘,但是原子鐘還是存在誤差,衛星軌道本身雖然很高但是收到地球大氣層的影響要產生漂移,其次接收器本身時鐘也存在誤差和噪聲,這些都影響定位的精確度,但這些不是主要的。
GPS通過電波發送定時信號,當GPS信號經過電離層(Ionosphere)上一些帶電性的粒子及對流層(Troposphere)上的水汽時,信號便產生遲滯延時的現象。這些點擊文檔鏈接，可查看更多信息點擊文檔鏈接，可查看更多信息延時不可能提前預知,因為受到天氣的影響,另外還受到大氣環境的影響,在好的接收器中考慮了典型大氣層延時的影響,做了相應的修正,但是不可能對大氣層的變化做出實時的,精準的數學模型,所以大氣層對定時信號的延時影響依然存在,這也是影響定位精度的又一原因。
再說說SA(selective availability)策略
GPS衛星傳送兩種頻率的載波L1 (Link 1)載波的頻率為1575.42 MHZ, L2 (Link 2)載波的頻率為1227.60MHZ。這兩種載波可修正電離層遲滯效應的誤差,在載波上除了狀態訊息之外,並調製了2個供定時的碼C/A碼(Coarse AcqusitionCode),頻率為1.023MHZ,僅在L1載波上作調變,每1023位重複一次,這種碼制的定位精度大大超出了原來的設計,出於美國自身及其盟國安全的考慮,在這一碼制當中加入了時鐘偽碼和星曆偽碼,導致其定位精度在100米左右,提供給民間和非軍事同盟國使用。
P碼(Precise Code),頻率為10.23MHZ,每七天重複一次可同時採用L1及L2載波變,主要提供軍事用途P碼的頻率大約是C/A碼的10倍不但更為精確,也更不易被幹擾。這種定位精度很高的碼制只有美國軍方獨家使用。
當然還有其他因素，以上前兩種都可以說是固有的誤差,而SA策略則是人為的,這個是造成GPS定位精度下降的關鍵因素,本文提供的方法就能大大改善由此策略造成的精度下降。另外還有其他的素影響精度,比如信號的多徑效應,太空當中的一些偶發事件都會對衛星造成影響,從而導致精度下降,不過這些和SA策略相比而言不佔主要地位3DGPS技術
這裡說一下DGPS，目前普通GPS用戶得到的定位精度在幾十米的範圍內,用戶測量的接收器位置就是通過本身單一接收器解算出來的,為了提高精度我們通常採用DGPS技術(也叫差分定位技術),此技術需要兩臺GPS接收器,將一臺GPS接收器安置在基準站上進行觀測。
在基準站上的接收機要求得到它與可見衛星間的距離,並將此計算出的距離與含有誤差的測量值加以比較。利用一個α-β濾波器將此差值進行濾波並求出偏差。然後將所有衛星的測距誤差傳輸給用戶,用戶利用此測距誤差來改正測量的偽距。最後,用戶利用改正後的偽距求解出本身的位置,就可消去公共誤差,提高定位精度。
GPS技術能夠克服GPS定位產生的誤差,比如:對每一個用戶接收機所共有的誤差:衛星鐘誤差、星曆誤差,利用差分技術可完全消除;對於電離層誤差、對流層誤差只要基地GPS接收器與用戶GPS接收器在幾百公里的距離內,也可以完全消除,不能由用戶測量或由校正模型來計算的傳播延時誤差大部分可以消除。對美國SA政策帶來的誤差,實質上它是人為地增大前兩部分誤差,所以差分技術也相應克服SA政策帶來的影響。正是基於這種原理，目前國內主流的企業，如華測、中海達、普玄物聯等企業開發出一系列高精度差分產品，通過配合國家cors和千尋位置公司提供的差分數據服務，該系列產品定位精度可以達到亞米級別，同時保證了低成本，低功耗，使用非常方便。
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