GPS是如何工作的？

GPS导航系统的基本原理是测量已知位置的卫星与用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可以知道接收机的具体位置。为了达到这个目的，可以根据星上时钟记录的时间，在卫星星历中查出卫星的位置。

通过记录卫星信号传播到用户处的时间，然后乘以光速(由于大气中电离层的干扰，这个距离不是用户到卫星的真实距离，而是伪距(PR，)得到用户到卫星的距离:GPS卫星正常工作时，会连续不断地发送由1和0的二进制符号组成的伪随机码(简称伪码)的导航电文。

GPS系统中使用的伪码* * *有两种，分别是民用C/A码和军用P(Y)码。C/A码的频率为1.023MHz，重复周期为一毫秒，码间距为1微秒，相当于300m；

P码频率为10.23MHz，重复周期为266.4天，码距为0.1微秒，相当于30m。y码是在P码的基础上形成的，具有更好的安全性能。导航电文包括卫星星历、工作条件、时钟修正、电离层延迟修正、大气折射修正等信息。

它是从卫星信号中解调出来的，并以50b/s调制在载波频率上发送。导航消息的每个主帧包含五个子帧，每个子帧长6s。前三帧10字；每30秒重复一次，每小时更新一次。

最后两帧***15000b。导航电文的内容主要包括遥测码、转换码、数据块1、2、3，其中最重要的是星历数据。

当用户收到导航电文时，通过提取卫星时间并与自己的时钟进行比较，就可以知道卫星与用户之间的距离，然后利用导航电文中的卫星星历数据，就可以计算出发送电文时卫星的位置，就可以知道用户在WGS-84大地坐标系中的位置和速度。

可以看出，GPS导航系统的卫星部分的作用是不断地传输导航电文。但是由于用户接收机使用的时钟和卫星时钟不可能总是同步的，所以除了用户的三维坐标X、Y、Z之外，还要引入一个δ T，也就是卫星和接收机的时间差，作为一个未知数，然后用四个方程求解这四个未知数。

所以如果你想知道接收器在哪里，你必须能够接收到至少四颗卫星的信号。GPS接收机可以接收精确到纳秒级的时间信息，用于授时；

用于预测卫星未来几个月大概位置的预报星历表；用于计算定位所需卫星坐标的广播星历，精度为几米到几十米(每颗卫星都不一样，随时变化)；和GPS系统信息，例如卫星状态。

GPS接收机通过测码可以得到卫星到接收机的距离，这种距离由于包含了接收机卫星钟差和大气传播误差而被称为伪距。为CA码测得的伪距称为CA码伪距，精度在20米左右。为P码测得的伪距称为P码伪距，精度在2米左右。

GPS接收机对接收到的卫星信号进行解码，或者采用其他技术去除载波上调制的信息，就可以恢复载波。严格来说，载波相位应该叫载波拍相位，是接收到的卫星信号受多普勒频移影响的载波相位与接收机本振产生的信号相位之差。

一般可以通过在接收机时钟确定的历元时间测量并跟踪卫星信号来记录相位变化值，但观测开始时接收机和卫星振荡器的初始相位值是未知的，初始历元的相位整数也是未知的，即整周模糊度只能作为数据处理中的一个参数求解。

相位观测精度高达毫米级，但前提是整周模糊度求解。因此，相位观测只能用于相对定位且有连续观测，只有相位观测才能达到优于米级的定位精度。

根据定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位(差分定位)。单点定位是根据接收机的观测数据确定接收机位置的一种方法。只能通过伪距观测测量，可用于车辆、船舶的粗略导航定位。

相对定位(差分定位)是根据两个以上接收机的观测数据确定观测点之间相对位置的方法。既可以采用伪距观测，也可以采用相位观测，大地测量和工程测量都应采用相位观测值进行相对定位。

在GPS观测中，存在卫星与接收机的钟差、大气传播延迟、多径效应等误差。在定位计算中，还受到卫星广播星历误差的影响。在相对定位中，大多数常见误差被抵消或减弱，因此定位精度会大大提高。双频接收机可以根据两个频率的观测值抵消大气中电离层误差的主要部分。当精度较高，接收机间距较远时(大气明显不同)，应选择双频接收机。

GPS定位的基本原理是根据高速运动卫星的瞬时位置作为已知的初始数据，通过空间距离交会的方法，确定待测点的位置。

假设在t时刻将一台GPS接收机放置在地面的待测点上，就可以测出GPS信号到达接收机的时间△t，加上接收机接收到的卫星星历等其他数据就可以确定以下四个方程。

扩展数据:

GPS设置

获取GPS，如果是新机要定位，已经提到了。另外还有一些设置，比如坐标系、地图基准、参考方位、公制/英制、数据接口格式等等。

坐标系:通常使用纬度/LON和UTM。LAT/LON的意思是纬度和经度，UTM会把他一个人留在这里。

地图基准面:一般使用WGS84。

参考方位:其实有两个北，磁北和真北(简称CB和ZBY)。指南针指的北方是磁北，北斗七星指的北方是真北。两者相差的角度在不同地区是不一样的，地图上的北方就是真北。

公制/英制:可选。

数据接口格式:这个需要详细讨论。全球（卫星）定位系统

可以输出实时定位数据供其他设备使用，这就涉及到数据交换协议。

几乎所有的全球定位系统接收器都遵循国家海洋研究所(国家)

航海电子学

Association)，它规定了所有海事电子仪器之间的通信标准，包括数据传输的格式和数据传输的通信协议。普通

维修工程分析(Maintenance Engineering Analysis)

协议有三种:0180，0182，0183。0183可以认为是前两者的超集，现在正在广泛使用。

纬度和经度的表示

先说数据表示。一般GPS得到的数据是经纬度。纬度和经度可以用多种方式表示。

1.)ddd.ddddd，度的小数部分。学位(5位数字)

2.)ddd.mm.mmm，度的小数部分。一分钟。分钟(3位数)

3.)ddd.mm.ss，度。分钟。秒

不是所有的GPS都有这些显示，GPS315只能选择第二个和第三个。

在纬度/LON坐标系中，纬度是均匀分布的，从南极到北极*** 180纬度。地球直径12756KM，周长12756*PI，纬度12756×PI/360 = 111.133km(不精确)。

经度不是这样的。只有当纬度为零时，即在赤道上，经度之间的距离为111.319km。随着纬度的增加，经度越来越近，最后遇到了南北极。所以经度的单位距离与确定经度的纬度密切相关。简单的公式是:

经度1长度= 111.413 cosφ，在纬度φ。(公式不准确)

参考资料:

百度百科- GPS