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手機(jī)gps定位系統(tǒng)在哪里設(shè)置(手機(jī)號(hào)碼gps定位設(shè)置技巧)

汽車?yán)锏能囕d導(dǎo)航

我們的日常出行基本上已經(jīng)離不開導(dǎo)航定位，最常用的是手機(jī)導(dǎo)航或者車載導(dǎo)航，那么，GPS衛(wèi)星在天上，你知道你的手機(jī)是如何利用GPS衛(wèi)星信號(hào)來定位的嗎?本文帶你簡(jiǎn)單了解一下。這里不做專業(yè)性的技術(shù)性分析，只做一般性的科普描述。

“定位”和“導(dǎo)航”其實(shí)是兩個(gè)概念，定位是得到你某一時(shí)刻的位置(比如經(jīng)度、緯度、高度)。導(dǎo)航是從某一地點(diǎn)沿著規(guī)劃路徑到達(dá)另一個(gè)地點(diǎn)，導(dǎo)航依賴于連續(xù)的定位結(jié)果，另外也依賴于電子地圖，連續(xù)的定位結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在電子地圖上。

GPS衛(wèi)星

GPS的空間星座部分由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星構(gòu)成(實(shí)際上為30顆以上)，這24顆衛(wèi)星分布在6個(gè)軌道上，每個(gè)軌道不均勻的分布著4顆衛(wèi)星。每個(gè)軌道面與地球赤道面的夾角約55°，相鄰兩個(gè)軌道面的升交點(diǎn)精度相差60°。GPS衛(wèi)星屬于地球中軌衛(wèi)星，衛(wèi)星軌道的平均高度約20200km，運(yùn)行軌道是一個(gè)很接近于正圓的橢圓形，運(yùn)行周期為11小時(shí)58分鐘。

GPS衛(wèi)星分布在6個(gè)軌道面上

1、GPS定位原理和方程

GPS衛(wèi)星

對(duì)于地面上的接收機(jī)(手機(jī)、車載導(dǎo)航等)來說，其通過GPS天線接收所有可見的GPS衛(wèi)星的信號(hào)，對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而精確的測(cè)量出各個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的發(fā)射時(shí)間，然后將其自身時(shí)鐘所顯示的信號(hào)接收時(shí)間減去信號(hào)發(fā)射時(shí)間，這個(gè)時(shí)間差值再乘以光速，就得到接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離。同時(shí)，接收機(jī)還從衛(wèi)星信號(hào)中解碼出衛(wèi)星的運(yùn)行軌道參數(shù)，計(jì)算出衛(wèi)星的空間位置。

多顆衛(wèi)星信號(hào)被地面同一個(gè)接收機(jī)(如手機(jī))接收到

如果衛(wèi)星n(n=1,2,3……)的空間位置在一個(gè)直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x(n)，y(n)，z(n))，而接收機(jī)測(cè)得其自身到該衛(wèi)星的距離為ρ(n)，那么根據(jù)數(shù)學(xué)公式就可以列出方程：

定位公式方程，其實(shí)公式左側(cè)還要加上一個(gè)未知量，即接收機(jī)時(shí)鐘的誤差

其中：

1、衛(wèi)星坐標(biāo)(x(n)，y(n)，z(n))是已知的。

2、接收機(jī)到衛(wèi)星的距離ρ(n)是已知的。

3、接收機(jī)坐標(biāo)(x，y，z)是未知的，是我們想要求解的用戶接收機(jī)(如手機(jī))在直角坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。

如果接收機(jī)對(duì)3顆可見衛(wèi)星有測(cè)量值，那么接收機(jī)可分別列出3個(gè)方程式，然后從這3個(gè)方程式組成的方程組中求解出三個(gè)未知數(shù)(x，y，z)。實(shí)際上，接收機(jī)的時(shí)鐘通常與衛(wèi)星時(shí)鐘(衛(wèi)星上的原子鐘)不同步，所以接收機(jī)需要有4顆衛(wèi)星的測(cè)量值，列出4個(gè)方程式才能求解出(x，y，z)和“接收機(jī)鐘差”這4個(gè)未知數(shù)，這就是GPS定位的基本原理。

下面再說一下，為什么衛(wèi)星坐標(biāo)(x(n)，y(n)，z(n))是已知的，接收機(jī)到衛(wèi)星的距離ρ(n)也是已知的。實(shí)際上，它們是接收機(jī)可以通過接收衛(wèi)星信號(hào)，解碼出衛(wèi)星信號(hào)中的一些數(shù)據(jù)，直接計(jì)算出來的。

2、衛(wèi)星坐標(biāo)(x(n)，y(n)，z(n))是如何知道的

美國(guó)官方發(fā)布了一份叫《GPS界面控制文件(ICD-GPS-200C)》的文件，這個(gè)文件是公開的，在網(wǎng)上可以隨意下載。其實(shí)我們的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，官方也會(huì)發(fā)布這么一份ICD文件。這個(gè)文件描述了GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)的構(gòu)成，包括載波、偽碼以及調(diào)制在載波上的數(shù)據(jù)碼(專業(yè)術(shù)語叫“導(dǎo)航電文”)的格式，導(dǎo)航電文里面包含了衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)，什么是星歷呢?可以簡(jiǎn)單理解為每顆衛(wèi)星的運(yùn)行軌道參數(shù)，每顆衛(wèi)星有自己固定的軌道，不是隨意亂飛的。

GPS衛(wèi)星星歷參數(shù)，在GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)中，就調(diào)制有導(dǎo)航電文(含星歷數(shù)據(jù))

衛(wèi)星每時(shí)每刻都在發(fā)射信號(hào)，信號(hào)中包含了它的星歷，那么就相當(dāng)于每時(shí)每刻都在告訴地面接收機(jī)“我在哪”。接收機(jī)利用以上的星歷參數(shù)，可以計(jì)算出某顆GPS衛(wèi)星在某一時(shí)刻在軌道上的位置(x(n)，y(n)，z(n))，計(jì)算 *** 有公開的文獻(xiàn)資料，不詳細(xì)贅述了。所以，因?yàn)樾菤v是公開已知的，那么衛(wèi)星位置也是可以計(jì)算得到的，視為已知量。

3、接收機(jī)到衛(wèi)星的距離ρ(n)是如何知道的

GPS衛(wèi)星信號(hào)，就是電磁波，傳播速度為光速

上面說到，衛(wèi)星每時(shí)每刻都在發(fā)射信號(hào)，那么每一個(gè)發(fā)射瞬間都對(duì)應(yīng)著一個(gè)時(shí)間值t(s)，衛(wèi)星到地面的平均高度約20200km，除以光速3×10^8m/s，那么信號(hào)從發(fā)射到達(dá)地面，大約需要70毫秒。當(dāng)然，這里僅僅指的是平均值，只是讓大家有個(gè)概念，也意識(shí)到要得到接收機(jī)到衛(wèi)星之間的距離ρ(n)，就得先知道接收到的信號(hào)的發(fā)射時(shí)間t(s)。

其實(shí)這個(gè)發(fā)射時(shí)間t(s)，也是來源于導(dǎo)航電文，接收機(jī)解碼出導(dǎo)航電文，然后根據(jù)導(dǎo)航電文的規(guī)則和數(shù)據(jù)，拼裝出發(fā)射時(shí)間，這里面涉及到比較專業(yè)的知識(shí)了，就不展開贅述了。

因?yàn)閷?dǎo)航電文是已知的，那么可以得到信號(hào)發(fā)射時(shí)間t(s)，然后接收時(shí)間t(u)也是已知的(從接收機(jī)自己的時(shí)鐘讀取)，那么，很容易算出：接收機(jī)到衛(wèi)星的距離ρ(n)=(接收時(shí)間t(u)-發(fā)射時(shí)間t(s))×光速，所以ρ(n)也屬于已知量。

4、GPS地球坐標(biāo)系和GPS時(shí)間系統(tǒng)

GPS坐標(biāo)系統(tǒng)，地心地固直角坐標(biāo)系(X，Y，Z)和大地坐標(biāo)系(ρ，λ，h)

最后說一下GPS的坐標(biāo)系統(tǒng)，以上衛(wèi)星位置、接收機(jī)位置的坐標(biāo)(x，y，z)等，都是表示在一個(gè)直角坐標(biāo)系中。在GPS系統(tǒng)中，叫做WGS-84坐標(biāo)系，既可以用相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)的(x，y，z)直角坐標(biāo)來表示，也可以換算為(ρ，λ，h)即經(jīng)度、緯度、高度的大地坐標(biāo)系來表示。一般來說，經(jīng)度、緯度、高度可能更為大眾所知，電影里經(jīng)常有前線士兵，向后方或飛機(jī)報(bào)告敵人的經(jīng)緯高坐標(biāo)，呼喚炮火支援。

GPS衛(wèi)星原子鐘

GPS建立了其專用的GPS時(shí)間(GPST)系統(tǒng)，基于原子時(shí)，它的秒長(zhǎng)是根據(jù)安裝在GPS地面監(jiān)測(cè)站上的原子鐘和衛(wèi)星原子鐘的觀測(cè)量綜合得到的。GPS時(shí)間的最小值為0，更大值不超過604800秒，它在每個(gè)星期六午夜零時(shí)開始逐漸增大，經(jīng)過1周(即604800秒)后又歸0，同時(shí)星期數(shù)(WN)加1，周而復(fù)始。這個(gè)星期數(shù)(WN)也包含在導(dǎo)航電文里。

GPS時(shí)間在每周六午夜零時(shí)歸零，此時(shí)星期數(shù)(WN)加1，周而復(fù)始

GPS的時(shí)間原點(diǎn)是世界協(xié)調(diào)時(shí)(UTC)的1980年1月6日(星期日)的零時(shí)刻。有了時(shí)間起始原點(diǎn)，有了星期數(shù)WN，再有了1周內(nèi)的某一時(shí)刻(604800秒之內(nèi)的某一刻)，就可以換算出GPS時(shí)刻。GPS時(shí)間和UTC時(shí)間的關(guān)系：GPST≈UTC+14。