GPS是美国第二代卫星导航系统, GPS是迄今为止全球最精确的无线电导航技术,它是一种高精度、全天候、全球性的无线电导航、定位、定时系统,应用GPS系统可以准确测定GPS接收机的地理位置以及移动速度。因而能对全球表面任何地点及空间提供实时高精度的三维位置、三维速度和时间信息,其目标主要是为美国军方建立一个战略性的、高精度的、全球卫星导航系统,并以较低的精度兼供民用。
简单的说: GPS定位原理就是利用空间几何三点定位原理,如果已知空间上三个卫星的位置(也就是坐标) ,在知道这三个卫星与接收器的空间距离,就能确定接收器的位置,也就是能够知道接收器的坐标,结合地理知识就可以知道接收器的经纬度,知道一段时间内接收器位置的变化,就能知道接收器的移动速度,美国的GPS系统就是这么工作的,GPS接收器通过测量卫星发射的无线电信号打到接收器的时间来计算卫星和接收器的距离。
在卫星信号的收发过程中,以及对信号的传播时间计算方面都不可避免的带来误差,引起定位误差的因素有很多,大致可以分成以下几类。
首先,虽然卫星上装了精确度很高的原子钟,但是原子钟还是存在误差,卫星轨道本身虽然很高但是收到地球大气层的影响要产生漂移,其次接收器本身时钟也存在误差和噪声,这些都影响定位的精确度,但这些不是主要的。
GPS通过电波发送定时信号,当GPS信号经过电离层(Ionosphere)上一些带电性的粒子及对流层(Troposphere)上的水汽时,信号便产生迟滞延时的现象。这些点击文档链接，可查看更多信息点击文档链接，可查看更多信息延时不可能提前预知,因为受到天气的影响,另外还受到大气环境的影响,在好的接收器中考虑了典型大气层延时的影响,做了相应的修正,但是不可能对大气层的变化做出实时的,精准的数学模型,所以大气层对定时信号的延时影响依然存在,这也是影响定位精度的又一原因。
再说说SA(selective availability)策略
GPS卫星传送两种频率的载波L1 (Link 1)载波的频率为1575.42 MHZ, L2 (Link 2)载波的频率为1227.60MHZ。这两种载波可修正电离层迟滞效应的误差,在载波上除了状态讯息之外,并调制了2个供定时的码C/A码(Coarse AcqusitionCode),频率为1.023MHZ,仅在L1载波上作调变,每1023位重复一次,这种码制的定位精度大大超出了原来的设计,出于美国自身及其盟国安全的考虑,在这一码制当中加入了时钟伪码和星历伪码,导致其定位精度在100米左右,提供给民间和非军事同盟国使用。
P码(Precise Code),频率为10.23MHZ,每七天重复一次可同时采用L1及L2载波变,主要提供军事用途P码的频率大约是C/A码的10倍不但更为精确,也更不易被干扰。这种定位精度很高的码制只有美国军方独家使用。
当然还有其他因素，以上前两种都可以说是固有的误差,而SA策略则是人为的,这个是造成GPS定位精度下降的关键因素,本文提供的方法就能大大改善由此策略造成的精度下降。另外还有其他的素影响精度,比如信号的多径效应,太空当中的一些偶发事件都会对卫星造成影响,从而导致精度下降,不过这些和SA策略相比而言不占主要地位3DGPS技术
这里说一下DGPS，目前普通GPS用户得到的定位精度在几十米的范围内,用户测量的接收器位置就是通过本身单一接收器解算出来的,为了提高精度我们通常采用DGPS技术(也叫差分定位技术),此技术需要两台GPS接收器,将一台GPS接收器安置在基准站上进行观测。
在基准站上的接收机要求得到它与可见卫星间的距离,并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比较。利用一个α-β滤波器将此差值进行滤波并求出偏差。然后将所有卫星的测距误差传输给用户,用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后,用户利用改正后的伪距求解出本身的位置,就可消去公共误差,提高定位精度。
GPS技术能够克服GPS定位产生的误差,比如:对每一个用户接收机所共有的误差:卫星钟误差、星历误差,利用差分技术可完全消除;对于电离层误差、对流层误差只要基地GPS接收器与用户GPS接收器在几百公里的距离内,也可以完全消除,不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延时误差大部分可以消除。对美国SA政策带来的误差,实质上它是人为地增大前两部分误差,所以差分技术也相应克服SA政策带来的影响。正是基于这种原理，目前国内主流的企业，如华测、中海达、普玄物联等企业开发出一系列高精度差分产品，通过配合国家cors和千寻位置公司提供的差分数据服务，该系列产品定位精度可以达到亚米级别，同时保证了低成本，低功耗，使用非常方便。
