卫星如何迅速找到你？解读全球定位系统
卫星如何迅速找到你？解读全球定位系统
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从来没有那个事物像GPS那样改变了人类的生活，你能想象没有GPS的生活情境吗？打开GPS，地球上空的卫星在几分钟之内就会锁定你的位置，它还会告诉你行进的速度、所处位置的海拔高度……一切的一切，在习以为常之后，你是否觉得都这些是理所当然？
全球定位系统（GPS），最早由美国政府与70年代建设，前身是一套专为美军研制的定位系统，出于军用考量，为防止敌方 ...
从来没有那个事物像GPS那样改变了人类的生活，你能想象没有GPS的生活情境吗？打开GPS，地球上空的卫星在几分钟之内就会锁定你的位置，它还会告诉你行进的速度、所处位置的海拔高度……一切的一切，在习以为常之后，你是否觉得都这些是理所当然？
全球定位系统（GPS），最早由美国政府与70年代建设，前身是一套专为美军研制的定位系统，出于军用考量，为防止敌方通过定位信号截获美军的位置，定位系统被设定为单向传输，即GPS终端只接受卫星信号而不向外发射信号，这一特性也为GPS的民用领域奠定了基础。
目前，世界上可以提供精确定位的全球定位系统共有四种：美国的GPS定位系统、俄罗斯的格洛纳斯（Glonass）定位系统、中国的北斗定位系统、欧盟的伽利略定位系统。目前美国的GPS定位系统最为成熟，覆盖面也最广。
以美国GPS系统为例，主要由三部分组成：空间星座，包括21颗工作卫星和3颗备用卫星；地面监控系统，包括1个主控站、3个注入站和5个监控站组成；用户设备，即GPS接收机，主要作用是从GPS卫星收到信号并利用传来的信息计算用户的三维位置及时间。
24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上，即每个平面上4颗卫星。各个轨道面都被设定为特定的角度。这种布局的目的是保证在全球任何地点、任何时刻，每个接收机至少可以接收到4颗卫星的信号。没颗卫星每时每刻都在向全球播报自己的位置信号。
既然GPS接收端不向卫星发送任何信息，只是被动的接收卫星数据，而卫星只是在播报自己的位置，那么GPS系统是如何通过这些数据来确定用户的位置的？在这里，就不得不提定位系统中的重中之重——原子钟与GPS芯片。
如果GPS芯片的作用可以理解的话，但原子钟有什么用？计时工具怎么会和定位有关联？回到定位原理的话题上来，卫星广播自己位置信息时，会附上信息发出的时间，GPS终端接收到信息后，用当前时间减去发送时间，乘以传播速度（光速），即得出终端与卫星的距离。
读懂卫星发来的信息并进行相关运算，这些即是GPS芯片的核心功能。而为了能精确的测定接收终端与卫星的距离，在光速确定的情况下，时间必须精准，原子钟就是为了保证时间的精度。因为时间上再微小的误差，在乘以光速之后都会谬以千里。
但为什么是4颗？根据立体几何知识，三维空间中，三个坐标就可以确定一个点的位置。这样的话，只需要3颗卫星就足够了，多出一颗是做什么的呢？但事实上，要想进行定位，必须要四颗。
三颗卫星定位只是理想的状态下，光速的数字实在太大，对时间精度有极高的要求，同时，光速在大气中也会受到一定的影响而产生误差，卫星广播自己的位置也会有误差，这些误差的存在，使得3颗卫星不足以保证定位的精度。
根据爱因斯坦相对论，快速移动物体随时间的流逝比静止的要慢，卫星上的时钟就和地球的时钟不同步，这样每天GPS卫星都会产生38微秒的偏差，即每天将会增大11千米的误差，这种误差也必须进行补偿。
所以，要进行的有效的定位，必须引入第四颗卫星来提高定位精度。而在日常生活中，实际应用上的定位卫星数量往往大于这个数量，理论上GPS接收机搜到的卫星数量越多则定位越精准。
以上是最常用的美国GPS导航系统定位原理，我国的北斗导航系统与之相比，其原理略有不同，在相关功能上有所创新，从应用的角度来说，相比GPS，北斗导航系统有着不少独特的优势。
与美国GPS系统类似，北斗导航系统由空间段、地面段、用户段三部分组成。空间段，北斗导航系统计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。
地面段由主控站、注入站、监测站组成。主控站用于系统运行管理与控制，注入站用于向卫星发送信号，对卫星进行控制管理，用户段即用户的终端，接收机需要捕获并跟踪卫星的信号，根据数据按一定的方式进行定位计算。
第一代北斗导航系统的定位原理属于有源定位，需要用户终端主动发送信号，可靠性较差，最新的第二代北斗导航系统已采用了类似GPS的无源定位技术。即用户至少接收4颗卫星信号来定位。
由于卫星数量多余美国GPS定位系统，因此北斗定位系统的定位信号更强，精度也更高。而且北斗定位系统拥有独一无二的短报文传讯功能，可用于军事、救援、科研等许多方面。可同时解决“我在哪？”和“你在哪？”
近日，国航天科工信息技术研究院西安航天华迅公司日前宣布，成功研发出第四代高性能北斗/GPS导航芯片。该芯片定位精度为2.5米，俘获灵敏度、跟踪灵敏度等各项性能指标达到国际领先水平，已经超过了目前GPS的民用定位精度。
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科普：GPS究竟如何工作
来源：作者：天诺责编：无痕
开车最难过的就是迷路。不过自从有了GPS，很多道路问题都能迎刃而解，它可以部署在汽车导航系统或便携式导航设备里，也可以部署进汽车中控台，甚至是车主的智能手机里，只需打开地图，你就能轻松的知道自己在什么位置。不过，如果汽车导航界面做的比较粗糙，输入数据就会比较麻烦，特别是在驾驶汽车的过程中，会很难完成地址的输入操作。本文将给大家介绍下什么是GPS，它可以为汽车做些什么，未来它又会有哪些可能的用途。GPS会让你更加安全地驾驶，帮助你了解周边交通情况，寻找附近的服务，甚至还可以帮助商店推销服务。GPS是如何工作的（可能比你想知道的还要多）&从1994年开始，地球上空就出现了24颗GPS卫星，他们被分成了六组，在1.3万英尺的高空中围绕地球飞行。它们是同步轨道卫星，但并不是静止的，而是以每小时8千英里的速度从西向东飞行，每天可以绕地球两次。每颗卫星上搭载了原子钟，并且不断报告：伪随机码：每颗卫星的ID星历数据：当前日期和时间，卫星是否健康或不健康（“不健康”可能意味着卫星正在重新定位或重新校准，不是指它飞走了）年鉴数据：定位卫星在什么时间到达什么位置的数据（每个GPS卫星都有年鉴数据）GPS内部的接收器会从卫星捕捉到达时间（TOA）和飞行时间（TOF）。给定光速（恒定），以及信号在什么时候、什么地方发生，GPS接收器便会计算出你的车、你的便携式导航仪、徒步GPS，或是智能手机在地球上哪个位置。当设备沿着高速公路移动，它还会计算行驶速度和罗盘航向，不过GPS的速度通常会比汽车里程表显示的时速慢几英里。行驶数据会呈现在导航系统里。卫星信号从地球大气层从40-600英里高空穿过电离层，会产生延迟；而GPS系统会应用校正因子。一般而言，我们需要三个GPS信号来确定（三角定律）接收器的位置，然后用第四个信号来计算高度。当然，接收器接收的卫星数量越多（最多应该是十二个，因为一共二十四颗卫星，另外十二个在地球的另一边），定位的质量就会越高。如果原子时钟不准确，或是其他不准确的信息进入，GPS可以进行修正。第一颗GPS卫星是在1978年发射升空的，目前很多GPS卫星都能很好地运行，工作时间长达十年。他们的重量约为2千磅（按地球上重量计），如果算上支持卫星动力的太阳能电池板的话，长度可以达到17英尺。这些卫星的发射器能超过产生不到50瓦特的输出，当然，很多新的卫星也在开发，发射，全世界很多国家现在都有自己的GPS卫星。更加新一些的GPS系统（接收器在地球上）定位会更加准确，而且能够定位更小的对象，价格也更便宜，它们甚至还能定位室内GPS接收器。美国国防部高级研究计划局曾经展示过一个芯片，它比一美分硬币还要小，但是却内置了三个陀螺仪，三个加速度计，以及一个内置时钟（见上图）。还有其他一些研究人员开发了很多技术，目的是提升GPS计时功能和卫星时钟的准确度。这些研究的主要目的，是让昂贵的GPS系统能够进一步提升准确度，并且能够把这种准确度应用在普通人的汽车中控系统里面。GPS接收器有多准确？GPS一开始军事卫星系统，主要是希望提升飞机，潜艇，以及其他武器设备的定位准确度。直到2000年，GPS才实现了民用化，但是精确度有些降低。发送给非军事用户的未加密的时间信号会随机抵销，让定位误差在100米左右。人们这种情况称为选择可用性(SA)，当你定位一辆汽车，也许它的实际位置可能会和你有一到两个街区那么远。差分GPS技术的开发，使用了基于地面参考站来纠正精准度，这种技术可以将SA信号定位在15米范围内，大约2到3辆汽车的长度，如果在最好的情况下，其精准度甚至可以达到10厘米或四英寸，这种情况已经非常不错了，它甚至可以用来测试定位桩是否足够准确。与此同时，美国联邦航空局、海岸警卫队、以及交通运输部却要求停止使用SA信号。2000年，时任美国总统的比尔克林顿命令提升民用GPS质量，不再允许所谓的“选择可用性”，美国政府的GPS网站上说，“美国没有意图再使用选择GPS可用性了。”如今，汽车内的GPS接收器可以精准定位到10至15米的范围，而且其中的卫星接收器模块成本也只有几美元而已。单独的GPS接收器，精准度可以达到3米范围，如果你使用的是价格更贵，质量更好的卫星接收器模块，甚至可以精准定位到几厘米的范围。美国天宝公司推出的Total&Station&GPS系统，售价高达2.5万美元，它的精准度可以控制在一英寸范围内。这意味着在高精度GPS系统的控制下，你甚至可以远程控制道路施工设备，整平并修整地面，最终铺设一条公路出来。如果你有一个老式汽车导航系统，它的定位精准度大概在15米范围左右，那么这个导航系统会做些小把戏。如果你的高速公路上向北行驶，附近没有其他道路，位置图标会与道路对齐；如果你在双向之间有分车带的公路上开车，那么导航系统就会对齐到向北的道路上。如果你转弯，或是绕圈行驶，导航也会进行自我校正。GPS导航也会使用一个内置的罗盘，运动传感器，以及测速仪，它会准确判断出你是否进入到隧道。（如果你在一个隧道里，那么会看到当前位置图标在隧道中间，精准度可以达到一辆汽车长度的范围，非常完美。）除了显示地图，GPS还能为汽车做什么？显然，汽车里的GPS可以在地图上准确定位，但实际上，它还可以做很多其他事情，下面就举几个例子：自动碰撞通知。在汽车事故中，如果汽车装配了车载资讯处理系统，比如通用的安吉星（OnStar），汽车会自动向车载资讯远程呼叫中心报告所在位置，然后呼叫距离你最近的公共安全应答点（PSAP），或帮你拨打紧急电话。此外，使用Ford&Sync，还可以通过蓝牙连接的手机直接拨打电话。通常路过的司机也会帮忙拨打紧急电话，但如果车祸发生在一个比较偏僻的地方，说不定好久才有一辆汽车路过。增强型的自动天体导航添加了很多非GPS信息，比如失事的地理位置和车辆破损程度，还有如果汽车翻车了，乘客是否有系安全带。宝马和通用汽车正在研究相关算法，可以预测当汽车出车祸时，乘客严重受伤的可能性；这些汽车公司相信，他们的算法足够准确，能够帮助处理安全事故的工作人员判断，是否需要派遣医疗救援直升机（主要出于成本考虑，因为使用一次医疗救援直升机的费用大约是5千到1.5万美元）。上面提到的这一切，如果没有GPS信号都是无法实现的。可预测前照灯。首先是前照灯，然后是好的前照灯（包括氙气大灯，LED大灯，以及激光大灯），再下来是转向大灯（当你的方向盘朝右打的时候，车轮向右，右转灯就会打开）。现在，如果有了GPS信号，当你驶向路口时，汽车就会预先判断出你要转向，继而打开车灯。据悉福特汽车公司正在试运行一款根据GPS信号判断的转向灯。延长混合动力汽车，电动汽车的行驶里程。电动汽车，或者是混合动力汽车，需要尽可能的保持电量充足，才能行使更长的里程。但是很多爬坡，或是路况不好的地段往往特别耗电，举个例子，如果让你的电动车在略微有些坡度的高速公路上行驶一段时间，貌似不会有太大问题。但是，如果地图数据显示了GPS位置，然后告诉你目前的充电量在完成上坡路段之后，只能再开2.5公里，那么或许你在上坡之前，就该考虑一下是不是要给自己的汽车充电了。服务。当你搜索附近距离最近的汉堡王时，就得依靠GPS来帮忙了。不过GPS服务仍然需要做的更好一些，很多第三方App，还有车载导航系统里的数据库，真的需要思考一下如何提供用户想要的服务，要知道，人们想要的是距离最近的汉堡王，而不是20里外的汉堡王。智能手机App。如果你的汽车里有车载资讯处理系统，那么肯定会有与之配套的App，你可以在自己的手机上操作很多功能，比如远程启动汽车，或是远程关闭车门。据说还有一款基于GPS的定位App应用，如果你把车停在一个巨大的商场停车场，购物之后想不起来具体停在哪个车位上，此时这款App应用就会将你引导到自己的汽车边上。智能车库门开启器。许多汽车有HomeLink车库门开启器。汽车的中控台已经被各种各样的按键占满了，如果让车主在手工去操作打开车库门似乎还真的有点儿low了，此时GPS的作用就发挥出来了，当你距离车库还有半英里的时候，中控显示屏上的右边就会弹出一个按键，你只需触摸点击一下，车库门就会自动打开。校准车速里程表。美国联邦监管机构要求汽车的车速里程表不能少报车速。集成GPS可以把你的车速里程表校准到最准确的速度上。如果你有一个便携式导航设备，通常可以显示出你的车速。提供最佳车道建议。如今，一些好的导航系统具有车道出口显示功能，告诉司机哪些是直通车道，哪些是驶出车道，哪些既能直通，又能驶出。一些定位更准确的GPS，甚至会在你需要驶出车道，或是需要变道之前，给司机进行提示。GPS和自动驾驶汽车自动驾驶汽车依靠视觉（或雷达）传感器，和三维地图来准确定位，也能因此判断出哪些地方有危险。此时，如果GPS能够精准定位到英寸级别的范围，而不是一米或五米范围，那么将会发挥更大的作用。事实上，这种技术已经诞生了。至少，自动驾驶汽车需要把自己放在一个12英尺宽的车道中间，并且车辆来回摇晃幅度的范围不能超过一英尺。带有后视镜的汽车大约有六到七英尺宽。如果考虑到里中心位置存在一定的偏离度，那么可以在汽车两边在延长出1.5到2英尺的安全距离。如今，利用相关视觉辅助系统可以通过定位车道标记来跟踪汽车的位置。当汽车搭载上超精准的GPS，就可以扮演汽车传感器的“独立审计员”。GPS可以判断出车道偏离警示系统（LDW）可能不是表现的很好，并提醒车主。如果是下雨或是下雪天，视觉系统的功能可能会略有下降，因为有些车道标线可能会被雨雪给覆盖掉，此时GPS将会继续帮助汽车保持在车道中央行驶。在恶劣天气里，有些车辆仍然需要外出工作，比如扫雪车，此时如果有GPS，不仅可以引导车辆方向，超速时提醒司机保持中速行驶，还可以在偏离既定路线时发出警报。在未来的五年时间里，虽然让自动驾驶汽车实现每小时60英里的速度有些困难，但是每小时30英里应该不难实现。购买建议上世纪90年代中期，世界上首款嵌入式车载导航系统出现在了宝马7系车上，成本约为2500美元（放在2015年，相当于4千美元）。如今，超过1千美元的导航系统已经是凤毛麟角了，一般的导航系统售价基本是在500美元（或以下），部署这些导航设备的汽车售价基本上都是在5万美元以上。另外值得一提的是，现在汽车中控装载彩色LCD屏幕已经是标配了，因此导航也成为了汽车必不可少的一项服务功能。嵌入式导航系统的主要优点就是屏幕大（对角线为7英寸到10英寸），二级导航显示一般会放在仪表盘或是挡风玻璃显示屏上，相对于便携式导航已和智能手机导航，车载导航的控制旋钮和操作按键更大。此外，汽车车顶都会装上鲨鱼鳍式天线，这样可以更快速的启动定位。汽车导航系统几乎从来不会被人偷掉，而且也没有烦人的电线。智能手机通常具有较强的语音识别功能，比如，你会使用Siri说，“Siri，告诉我去球场的方向”。很多导航App应用要么非常便宜，要么就是免费的，甚至连升级都是免费的。相比而言，一般汽车导航升级需要花费一百美元到两百美元不等。苹果的CarPlay和Google的Andriod&Auto则都具有整合优势，他们的导航系统几乎都有内置的地图应用，即苹果地图和谷歌地图，当你把这些应用连接到汽车上之后，GPS导航便可以显示在汽车LCD显示屏上，并通过汽车的按钮和旋钮进行操控。如果你选择购买车载GPS导航系统，那么必须知道这种产品的淘汰率比较高，换句话说，如果你现在购买一套车载GPS导航系统，那么肯定会比当前市面上的便携式导航设备好，但是随着时间的过去，很快就会有更好的便携GPS导航设备超越你的车载导航系统。到目前为止，没有汽车制造商提供主机或GPS模块更新服务，如果你想随时随地使用最新的GPS导航系统，那么最好的方法不是买买买，而是租个设备用用。
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华为G520为什么不能GPS定位？原以为是软件的问题，可是换了好几个导航软件，都提示打开GPS，我也按提示打开了呀。为什么还是不行啊？急求解！！！！！！ 拜托了各位 谢谢
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新到手的GPS手机,首次定位耗时较长是普遍现象。这是手机GPS模块本身决定的,一般来说跟使用的软件无关。华为G520属于中低档手机,配备的GPS模块首次定位耗时10分钟以下都应该是正常的。首次定位完成后,以后再使用速度会有明显提高。建议解决办法:在室外、周边空旷、至少能看到三分之二天空(必须是天空,不能仅仅是窗外,因为窗外还可能是楼房)的地方,打开GPS、打开电子地图,静止状态下进行定位(移动状态下会大大增加定位难度、延长定位时间)。华为手机首次纯GPS定位(不连接网络)可能需要3-5分钟时间,甚至可能更长一些。如果急于使用GPS定位,可以打开数据访问(WLAN一般不管用),可以明显缩短定位时间。如果想了解搜星定位过程,可以安装GPS TEST(网上搜索可得),可以直观地观察到搜到卫星的数量、数据接收情况及其变化,有助于了解GPS定位的工作过程,增强对手中GPS工具使用的信心,有观点认为该软件还可以提高定位速度。满意请采纳
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