衞星定位原理
以美國全球定位系統為例,來説明衞星定位的基本原理。
24顆GPS衞星在離地面2萬200千米的高空上,以12小時的週期環繞地球運行,使得在任意時刻,在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衞星。
由於衞星的位置精確可知,在GPS觀測中,我們可得到衞星到接收機的距離,利用三維座標中的距離公式,利用3顆衞星,就可以組成3個方程式,解出觀測點的位置(X,Y,Z)。考慮到衞星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差,實際上有4個未知數,X、Y、Z和鐘差,因而需要引入第4顆衞星,形成4個方程式進行求解,從而得到觀測點的經緯度和高程。
事實上,接收機往往可以鎖住4顆以上的衞星,這時,接收機可按衞星的星座分佈分成若干組,每組4顆,然後通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位,從而提高精度。
由於衞星運行軌道、衞星時鐘存在誤差,大氣對流層、電離層對信號的影響,以及人為的SA保護政策(2000年5月1日取消),使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度,普遍採用差分GPS(DGPS)技術,建立基準站 (差分台)進行GPS觀測,利用已知的基準站精確座標,與觀測值進行比較,從而得出一修正數,並對外發布。接收機收到該修正數後,與自身的觀測值進行比較,消去大部分誤差,得到一個比較準確的位置。實驗表明,利用差GPS,定位精度可提高到5米。
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