gps系统卫星导航简介（gps是哪里建立的卫星导航系统）
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谁能帮我详细介绍一下GPS卫星导航系统
全球定位系统(GPS)是本世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
全球定位系统由三部分构成：(1)地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的 工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成；(2)空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个道平面上；(3)用户装置部分， 主要由GPS接收机和卫星天线组成。
全球定位系统的主要特点：(1)全天候；(2) 全球覆盖；(3)三维定速定时高精度；(4)快速省时高效率：(5)应用广泛多功能。
全球定位系统的主要用途：(1)陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、 市政规划控制等；(2)海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；(3)航空航天应用，包括飞机导航、航空遥 感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。
GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。
经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。 GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。
GPS原理
24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。
由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。
事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。
由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技术，建立基准站(差分台)进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。
GPS前景
由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。
随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布2000年至2006期间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到20米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。据有关专家预测，在美国，单单是汽车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美元，而在我国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。
GPS卫星导航是什么意思？
全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。
随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
GPS系统的特点:
1、全球，全天候工作：
能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。不受天气的影响。
2、定位精度高：
单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。
3、功能多，应用广：
随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量，导航，测速，测时等方面得到更广泛的应用，而且其应用领域不断扩大。
GPS发展
在卫星定位系统出现之前，远程导航与定位主要用无线导航系统。
1、无线电导航系统
●罗兰--C：工作在100KHZ，由三个地面导航台组成，导航工作区域2000KM，一般精度200-300M。
● Omega（奥米茄）：工作在十几千赫。由八个地面导航台组成，可覆盖全球。精度几英里。
●多卜勒系统：利用多卜勒频移原理，通过测量其频移得到运动物参数（地速和偏流角），推算出飞行器位置，属自备式航位推算系统。误差随航程增加而累加。
缺点：覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不高
2、卫星定位系统
最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统（Transit），1958年研制，64年正式投入使用。由于该系统卫星数目较小（5-6颗），运行高度较低（平均1000KM），从地面站观测到卫星的时间隔较长（平均1.5h），因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。
为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求。1973年美国国防部制定了GPS计划。
3、GPS发展历程
GPS实施计划共分三个阶段：
第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。
第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。
第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。
GPS原理
1、GPS系统的组成
GPS由三个独立的部分组成：
●空间部分：21颗工作卫星，3颗备用卫星。
● 地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。
● 用户设备部分：接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。
2、GPS定位原理
GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式：
上述四个方程式中待测点坐标x、 y、 z 和Vto为未知参数，其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。
di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。
△ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。
c为GPS信号的传播速度（即光速）。
四个方程式中各个参数意义如下：
x、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。
xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，
可由卫星导航电文求得。
Vt i (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。
Vto为接收机的钟差。
由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto 。
DGPS原理
目前GPS系统提供的定位精度是优于10米，而为得到更高的定位精度，我们通常采用差分GPS技术：将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。差分GPS分为两大类：伪距差分和载波相位差分。
1． 伪距差分原理
这是应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度。这种差分，能得到米级定位精度，如沿海广泛使用的“信标差分”。
2．载波相位差分原理
载波相位差分技术又称RTK（Real Time Kinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。载波相位差分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要高精度位置的领域。
全球定位系统（GPS）简介
全球定位系统是用人造地球卫星进行点位测量的系统。它广泛用于海空导航、导弹制导、动态观测、时间传递、速度测量、车辆引导等领域。在测绘技术和工程建设方面，不仅在建立大地控制网、全球性的地球参数测量、板块运动状态监测、航空航天参数测定、建立陆地海洋大地测量基准等方面得到应用，而且在工程建设的规划、设计、施工、验收与监测、大型精密设备安装、变形观测、线路测量、精密工程测量等方面也日益广泛地得到引用。
一、GPS测量的优点
GPS是全球定位系统（Global Positioning System）的简称。GPS测量是利用卫星进行定位的一项新的测量技术。与传统的测量技术相比，它具有如下几个方面的优点：
1）用途广。用GPS信号可进行海空导航、车辆引行、导弹制导、精密定位、工程测量、动态观测等。
2）观测简便。测量时，测量员只要将GPS接收机天线单元安置在测站上，接通电源，启动接收单元；在结束测量时，只需量取天线高度，关闭电源便完成野外数据采集。另外，GPS是全天候测量系统，因此，可以在较短时间内以较少人力物力完成外业工作。
3）精度高。用载波相位测量作相对定位，相对定位精度可达到±（5mm+1×10-6·D）（D是比例误差）的距离精度，观测时间小于1h。若采用快速定位方法，观测时间仅需2min左右，即能达到厘米级的定位精度。
4）经济效率高。GPS测量不要求测站之间通视，可以省去常规测量所需的造标费用，又由于GPS测量精度高，作业时间短，因此经济效益十分显著。
二、GPS系统
GPS系统包括下列三大部分。
1.GPS卫星星座（空间部分）
GPS系统包括24颗卫星，均匀分布在6个近似圆形的轨道上，各个轨道平面之间交角为60°，每个轨道上有4颗卫星，轨道距地面高度约20200km，卫星绕地球一周的时间为12h，地球上任何地方在任何时刻都能收到至少4颗卫星发来的信号。
每个GPS卫星连续地发送两个不同频率的无线电波（L1=1575.42MHz，L2=1227.60MHz）。载波上调制了多种信号，最主要的有测距码（P精码、C/A 粗码）和导航电文。测距码用于测量卫星到地面点接收机的距离；导航电文用于计算卫星的轨道参数。
2.地面监控系统（地面控制部分）
GPS卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否沿着预定轨道运行，都由地面监控系统进行监测和控制。地面监控系统包括一个主控站、3个注入站和5个监测站，分布在美国本土和世界其他地区的美军基地上。
GPS卫星是一种动态的已知点，它是依据卫星发送的星历（描述卫星运动及其轨道的参数）计算而得的。每颗GPS卫星所播发的星历是由地面监控系统提供的。
另外，地面监控系统还监测各颗卫星的时间，并计算它们的有关改正数，进而由导航电文发送给用户，以确保各颗卫星处于同一GPS时间系统。
3.GPS接收机
GPS接收机的主要功能是解码，分离出导航电文，进行相位和伪距测量。GPS接收机从结构来讲，主要由五个单元组成：天线和前置放大器；信号处理单元，它是接收机的核心；控制和显示单元；存储单元；电源单元。
GPS接收机主要用于以下两个方面：
1）静态定位。用户天线在跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，连同GPS卫星在轨的已知位置，可算出固定不动的用户天线的三维坐标。后者可以是个固定点，也可以是若干点位构成的GPS网。静态定位的特点是多余观测量大，可靠性强，定位精度高。
2）动态定位。载体（车辆、船舰、飞机等）上的用户天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球运动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数。动态定位的特点是逐点测定运动载体的状态参数，多余观测量少，精度较低。
GPS接收机的型号很多，按其所用载波频率的多少可分为用一个载波频率（L1）的单频接收机和用两个载波频率（L1L2）的双频接收机。单频接收机便宜，而双频接收机能消除某些大气延迟的影响。对于边长大于10km的精密测量，最好采用双频接收机，而一般的控制测量，单频接收机就行了。
三、GPS定位的基本原理
GPS测量有伪距与载波相位两种基本的观测量。GPS接收机测量了卫星信号（测距码）由卫星传播至接收机的时间，再乘上电磁波传播的速度，便得到由卫星到接收机的伪距。但由于传播时间含有卫星时钟与接收机时钟不同步误差，以及测距码在大气中传播的延迟误差等，所以求得的伪距并不等于卫星与测站的几何距离。载波相位测量是把接收到的卫星信号和接收机本身的信号混频，再进行相位测量。伪距测量的精度约为一个测距码的码元长度的百分之一，对P码而言约为30cm，对C/A码而言为3m左右。而载波的波长则短得多（分别为19cm和24cm），所以载波相位测量精度一般为1～2mm。由于相位测量只能测定载波波长不足一个波长的部分，因此所测的相位可看成是波长整倍数未知的伪距。
GPS定位时，把卫星看成是动态的已知控制点，利用所测的距离进行空间后方交会，便可得到接收机的位置。
GPS定位包括单点定位和相对定位。
独立确定待定点在WGS-84世界大地坐标系中的绝对位置的方法，称为单点定位或绝对定位。其优点是只需一台接收机即可独立定位；外出观测的组织及实施较为自由方便，数据处理也较简单，但其结果受卫星星历误差和卫星信号传播过程中的大气延迟误差的影响比较显著，所以定位精度较差，一般为几十米。单点定位在船舶、飞机的导航、地质矿产勘探、暗礁定位、海洋捕鱼、国防建设及低精度测量等领域中有着广泛的应用前景。
相对定位是确定同步跟踪相同的GPS卫星信号的若干台接收机之间的相对位置（三维坐标差）的一种定位方法。相对定位测量时，许多误差对同步观测的测站有相同的或大致相同的影响。因此，计算时，这些误差可以抵消或大幅度削弱，从而获得很高精度的相对位置，一般精度为几毫米至几厘米。相对定位与单点定位相比，外业观测的组织与实施以及数据处理就复杂一些。相对定位广泛用于大地测量、工程测量、地壳形变监测等精密定位领域。
四、GPS相对定位的主要误差来源
1）时钟误差。卫星上的时钟误差和接收机的时钟误差都是GPS测量的主要误差。
2）卫星位置误差。GPS卫星的位置是依据卫星发送的星历计算而得的，其平均误差约为20mm。令dr为卫星位置误差，则其对相对定位的影响可近似用下式估算，即
建筑工程测量
式中：D——两接收机问的距离；
dD——相对位置误差；
S——接收机到卫星的距离，近似为20000km。
例如dr=20m，对两点相位位置的影响为1×10-6。
3）大气延迟影响。卫星信号要穿过大气层才到达接收机，因此大气对卫星信号有延迟作用（影响其传播速度）。从地面到约50km高空的大气叫对流层，对流层的延迟是大气中气温、气压和湿度的函数，可通过测站上所测量的气象要素进行改正。50km以上高空的大气叫电离层，它的影响用双频接收机的测量结果来改正。
4）多路径误差。经某些物体表面反射后到达接收机的信号和直接来自卫星的信号叠加进入接收机，使测量产生误差。其影响与天线周围环境有关。因此，选择合适的测站位置是减少此项误差的主要措施。
5）观测误差。观测误差与测量所用信号的波长有关。用C/A码和P码做伪距观测，误差分别为3m和0.3m；载波相位测量，误差为1～2mm。
一般来讲，GPS相对定位的精度可表示为
σ2=a2+b2·D2 （6-26）
式中：σ——相对定位中误差；
a——固定误差部分；
b——比例误差部分；
D——两测站间的距离。
复习题
1.经纬仪导线测量的外业工作包括哪些内容？
2.选定导线点时应注意哪些问题？
3.导线与附合导线的计算有哪些异同点？
4.按表6-11已知数据，计算闭合导线各点的坐标值。
表6-11 闭合导线坐标
gps卫星导航原理
GPS的英文全名叫：Global Posting System，中文名字叫全球卫星导航系统，简称GPS。
GPS的上一代产品是美国海军1964年研制的“子午仪”导航卫星，属于低轨道卫星。主要用途是为核潜艇和水面舰艇的导航之用，兼做大地测量功能。它最重要的功能是为北极星核导弹提供精确的定位，以便迅速发动核打击。从1960年4月到80年代初共发射30多颗 。第一颗是子午仪1B号，用来对导航卫星方案及其关键技术进行试验鉴定，并验证双频多普勒测速定位导航原理，结果证明卫星导航可行。 “子午仪”的主要用户——北极星核导弹
“子午仪”卫星主体是八棱柱体，高 25.4厘米，宽45.7厘米，有一根长22.86米的稳定杆，从柱体的顶部伸出，杆子未端带有一个重约1.36公斤的质量块。四块短形太阳电池帆板从棱柱体侧面伸出，形成十字形，帆板长167.6厘米，宽25.4厘米。
1963 年12月发射第一颗实用导航卫星子午仪 5B-2号；1964 年 6 月发 射第一颗定型导航卫星子午仪 5C - 1号，并交付海军使用；1967 年7月子午仪号导航卫星组网实用并允许民用。1972年开始执行子午仪改进计划（TIP ），共发射3颗卫星，主要试验扰动补偿系统 ，对大气阻力和太阳辐射压力等引起的轨道摄动作实时补偿，大大提高了轨道预报精度，故称无阻力卫星。1981 年5月发射经过改进的实用型子午仪号卫星，改名为新星号（NOVA）。 卫星导航的开山之作：“子午仪”卫星
“子午仪”卫星运行在高度约1100公里的近圆极轨道，目的是为了避免多普勒效应减弱。它们在轨道面上均匀分布组成围绕地球的空间导航网，六颗卫星在轨道上的配置似鸟笼形状。它可为全球任何地方的水下潜艇、水面船只、地面车辆和空中飞机等用户服务，用户每隔1.5小时左右就可以接收每颗卫星以150兆赫与400兆赫频率连续播送的无线电信号。地球上的用户根据发送的信号，便可以确切地知道卫星在太空轨道上的位置。人们根据多普勒效应，用计算机就能确定出地球上运动体（如潜艇等）所在的位置。这样，即使潜艇在浩瀚的海洋水下航行，时时刻刻都能知道自己在何处，在大海深处航行数月也不会迷失方向。
地球上的用户，利用“子午仪”导航卫星发送的无线电信号来确定自己所在的位置，一颗卫星的定位精度在20~ 50米。如果在一天内把数颗卫星飞越30多次的数据都收集起来，然后进行平均计算，可以把定位误差减小到最小，这样就可以把定位精度提高到几米。
总体性能方面，“子午仪”系统用于军事导航的定位精度为6米左右，通过多次定位可达2米以内。整体系统可工作到1996年。子午仪导航系统可以全天候导航，导航信号覆盖全球；导航精度优于以前任何系统。但不能定高度、速度，不能连续实施导航。
不能连续导航对于用户来说实在麻烦，固定地点采用卫星多次飞越的数据来提高定位精度，显然是一个很好的办法。但是对于航行在水中的潜艇、水面的船舶，它们的导航接收机安在活动的艇、船上，还必须精确地知道它们航行的速度，否则，定位精度将会大大降低。对于翱翔在空中的飞机，由于在两次导航定位的时间间隔内，飞行距离可达1000公里以上，显然，不能用“子午仪”导航卫星来进行导航，而需要研制更先进的导航卫星系统。
“子午仪”的诞生在当时具有重大的科学意义，它是人类首次建立的卫星导航系统，它为后来的GPS以及伽利略系统奠定了基础。另外，“子午仪”也让军方充分认识到导航系统的重要性，接下来的时间内，世界主要强国均在卫星导航系统上投下巨资。
GPS的诞生和组成
GPS的诞生
为了解决“子午仪”存在的众多问题，美国国防部70年代投资100亿美元开发新的卫星导航系统，即我们熟悉的GPS，从当时到1993年GPS建成投入使用，共耗资300亿美元以上。GPS在当时隶属于“星球大战”的组成部分受到了相当高的重视，80年代美国放弃星球大战计划后，GPS仍然得以存活发展。 GPS系统示意图
和早期的“子午仪”相比，GPS提高了卫星的数量，同时应用了最新的计时工具，让定位精度大为提高。另外GPS可提供实时导航，大大方便了飞行器和舰船的应用。同时GPS解决了“子午仪”不能提供高度数据的缺陷，当GPS接收器能锁定4颗卫星信号的时候，便可提供实时的高度数据。另外，GPS还提供较高的容错性，当接收机能接收到5颗卫星的数据时，其中一颗便可提供错误信息供参考。除了传统的导航用途外，GPS还可以提供较为精确的移动信息和时间校正功能。
可以说，GPS相对于“子午仪”有了重大的飞跃，让卫星导航真正进入大规模应用领域。
GPS的发展阶段
GPS系统的组成
GPS主要包括3部分的设备：地面控制中心；导航卫星和GPS接收装置。GPS主控制站在美国科罗拉多，负责全权控制，另外的三个地面天线，五个监测站，分布在全球。主要是收集数据、计算导航信息、诊断系统状态、调度卫星这些杂事。太空中共有27颗GPS卫星，距离地面20200公里。27颗卫星有24颗运行、3颗备用。这些卫星已经更新了三代五种型号。卫星发射两种信号：L1和L2。L1:1575.42MHZ-p.htm" target="_blank" title="1575.42MHZ货源和PDF资料"1575.42MHZ L2:1227.60MHZ。卫星上的时钟采用铯原子钟或铷原子钟，计划未来用氢原子钟。至于接收机就很简单了，就是我们手头的GPS设备，包括大米同学的手机。常见的民用手持机接收L1信号，还有双频的接收机，做精密定位用的。军用的要复杂一些，主要更为可靠。 美国的德尔塔火箭发射最新型的GPS卫星
GPS的精度
性能方面，GPS虽然是军民合用的系统，但它针对军用和民用提供了不同的定位精度。军用为3米，民用信号增加了干扰机制，使精度下降到100米。鉴于GPS在民用中发挥越来越重要的作用，美国政府2005年取消了GPS的干扰机制，使民用信号的精度提高到了5米，大大方便了民用用户的使用，也为现在GPS的普及奠定了基础。不过据称经过改进的GPS军用信号已经达到了1米的精度，但尚未对民用开放。
下面我们来了解GPS的主要工作原理。
GPS的主要原理比较简单，只涉及基本的地理和数学知识，但由于种种因素的干扰，完全搞明白GPS的原理就比较复杂了。我们这里只讲述最基本的知识，以便大多数读者能够理解。
首先我们假定GPS卫星的位置为已知，而我们又能准确测定所在地点A至卫星之间的距离，那么A点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步，我们又测得点A至另一卫星的距离，则A点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测得与第三个卫星的距离，就可以确定A点只能是在三个圆球相交的两个点上。根据一些地理知识，可以很容易排除其中一个不合理的位置，因为这两点相差很远，可能在地球之外和地心某处，所以通过GPS内置的逻辑系统可以很容易的排除掉。
为了担保不会有意外发生，GPS通常会测量第4颗卫星的位置，这样4个虚拟的圆形相交的点就是我们的精确位置了。
综合所述，想GPS定位需要具备两个重要条件：
1、其一是要确知卫星的准确位置
2、其二是要准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离
具体来讲，实现第一点的方法是通过精确的控制。首先要优化设计卫星运行轨道，而且，要由监测站通过各种手段，连续不断监测卫星的运行状态，适时发送控制指令，使卫星保持在正确的运行轨道。将正确的运行轨迹编成星历（相当于火车时刻表），注入卫星，且经由卫星发送给GPS接收机。正确接收每个卫星的星历，就可确知卫星的准确位置。 导航卫星的飞行轨迹有严格的限制，每颗都必须按照时刻表运行
第二点解决原理，只要知道卫星发射的信号到地面的距离就能准确知道卫星的距离，其中原理是最简单的物理公式：距离=速度*时间。GPS接收机计算卫星信号之间的间隔时间，乘上电磁波的速度就是准确的距离乐。但是这其中涉重要问题：卫星时间和GPS时间要同步，GPS系统在每颗卫星上装置有十分精密的原子钟，并由监测站经常进行校准。卫星发送导航信息，同时也发送精确时间信息。GPS接收机接收此信息，使与自身的时钟同步，就可获得准确的时间（GPS自身的时钟采用廉价的石英钟）。所以，GPS接收机除了能准确定位之外，还可产生精确的时间信息。 GPS的核心装配——原子钟（非GPS用）
知道了距离和卫星的位置后GPS就可以开始工作了。当然这其中还涉及相当复杂的知识，包括大气的干扰；时间的校对；卫星的控制；容错功能；提高精度的差分技术等等，足可以让你学上好几年。当然，作为普通用户，我们只知道简单原理就成了。
最后，我们来模拟一次卫星导航，就说大米同学吧。此人在外HAPPY后夜间迷路，怎么也会不了家，突然一掏兜想起自己还有GPS。慌乱中，大米启动GPS导航，系统开始自动寻找可用的GPS卫星，大米运气不错，有4颗卫星能用，信号清晰。GPS开始接收卫星传输的无线电波，首先计算出4颗卫星的距离，然后通过“卫星运行时刻表”，知道了4颗卫星的位置。条件具备后，GPS开始对比内置地图，根据经纬度坐标确定目前的方位，最后根据大米的指示开始导航，甜美的语音告诉使用者出前方5米掏开门的提示——敢情大米在家门口转悠了一个晚上！
如何，相信您对GPS的整个系统和运作方法有了大概的了解。
系统构成与工作原理 北斗卫星导航定位系统的系统构成有：两颗地球静止轨道卫星、地面中心站、用户终端。 北斗卫星导航定位系统的基本工作原理是“双星定位”：以2颗在轨卫星的已知坐标为圆心，各以测定的卫星至用户终端的距离为半径，形成2个球面，用户终端将位于这2个球面交线的圆弧上。地面中心站配有电子高程地图，提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。用数学方法求解圆弧与地球表面的交点即可获得用户的位置。
由于在定位时需要用户终端向定位卫星发送定位信号，由信号到达定位卫星时间的差值计算用户位置，所以被称为“有源定位”而其他几种定位系统都是接收机被动接受信号，成为无源系统。北斗星除了能作导航用途外，还可以进行简单的通讯功能，这是其他系统所不具备的。
北斗星显然是应急的产物，系统只有3颗卫星，造价和同类系统相比非常便宜，它的主要作用是确保战争时期和特殊用途时不受GPS的限制，有很强的战备目的。从性能上看，北斗星定位等功能和GPS相比也稍微不及，并且“有源定位”的工作方法很容易暴露用户的位置，保密性差，在军用方面是个不小的缺点。
总体来看，北斗星是我国在卫星导航的试水产品，很多地方还不完善，还有很长的路要走。出于战备目的，市面很少有北斗星的接收机出售，且价格昂贵，使用者基本是军队等国家用户。虽有少数零售产品，但都是应付事的面子工程，基本没有商业价值。 GPS和摩托罗拉“铱”系统的区别
在小编完成此文的时候，大米同学突出说出“铱”系统这个名词，并且将“铱”和GPS弄混了。为了解释这个问题，我们最后再介绍一下摩托罗拉的“铱”系统，看看它和GPS有和区别。
“铱”系统简单介绍
“铱”星系统是由美国摩托罗拉公司卫星通信部设计、筹建的通过低地球轨道运行的卫星组成的通信系统，与现有通信网结合，可实现全球数字化个人通信。于“铱”星系统包括66颗卫星，有部分是由中国长城工业公司的长征2C/SD火箭承担发射任务的。
这个系统最初设计中是模拟化学元素铱的原子结构，铱的原子核外有77个电子绕核旋转，所以设计的“铱”星系统也由77颗卫星在太空中的7条太阳同步轨道上绕地球运行，可以覆盖地球表面的任一点，构成“天衣无缝”的通信覆盖区，后来，这一系统改为66颗卫星围绕6个极度地圆轨道运行，但仍用原来注册的名称。
“铱”星系统于1994年开始发射了7颗卫星。1998年11月1日，“铱”星系统正式投入运行，开创了人类电信史上的新篇章。美国的副总统戈尔成为“铱”星的第一位用户，他将第一个电话打给了美国地理学会主席(此人是电话的发明人亚历山大·贝尔的曾孙)并告知他这个振奋人心的好消息。
“铱”星系统是一个非常庞大的低轨道卫星网络，共计72颗通信卫星(66颗组网卫星和6颗在轨的备用卫星)，运行在距离地面780公里高的轨道上，构成了6个倾角为86.4度的轨道面，卫星在轨道上绕地球运行的周期是100分钟又28秒。每颗卫星的质量约700千克。在每颗卫星上有48个发射点用来传送通讯信号。整个“铱”星系统和“铱”星本身都是由Motorola公司负责设计的，“铱”星系统的用户端的手持设备(“铱”星手机)是由Motorola公司和日本的专业手持电话制造商京瓷(Kyocera)提供，“铱”星手机分为只用于Iridium系统通信单功能机和GSM移动网/Iridium复合模式两种。后者既能用作卫星电话，又能用作蜂窝无线电话使用。当一个“铱”星用户呼叫另一个“铱”星用户时，“铱”星系统将会通过整个“铱”星网络定位被呼叫的“铱”星用户。如果被呼叫用户位于一个地面GSM系统的呼叫范围内的话，则信号将通过该地面GSM网络接通该用户的GSM信道(如果该用户使用兼容GSM的“铱”星电话)，就如同上面的情形。而如果无法在地面电话网内定位，则信号将直接在卫星与卫星之间传送，直到传送到被呼叫的“铱”星系统用户的“铱”星电话上。所以，只要通话双方都使用“铱”星电话，则无论用户在南极还是北极，该次通话肯定能够建立，体现出了“铱”星在个人通信方面的强大能力。 卫星爱好者拍摄的“铱”星掠过的照片
1998年11月“铱”星公司的全球卫星通讯系统全面建成并正式投入商业运营后，“铱”星公司在世界各地广设分公司，并拨出庞大的财务预算在全球范围内进行大规模的广告宣传活动，以纪念这一重大的技术创举，可谓声势浩大。不过，随着时间的推移，“铱”星公司在项目论证上存在的严重问题就逐渐暴露出来了。“铱”星公司所吸收的卫星电话用户的数量远远低于原来的预期，甚至达不到当初预计数字的一个零头。
同时，由于“铱”星公司的有息负债额高达44亿美元，占投资总额的80%，严重的入不敷出导致资金迅速枯竭，财务上陷入困境，该公司不得不在1999年8月向法院申请破产保护，在2000年3月17日，“铱”星公司被宣布破产，耗资57亿美元的“铱”系统最终走向失败。据最新消息，“铱”卫星公司(Iridium Satellite LLC，不是“铱”星公司)只花了2500万美元就完成了对“铱”星公司(Iridium LLC)及其子公司所属资产的收购，并刚从美国国防部获得了一份为期两年，价值7200万美元的合同，给大约20000名官员提供不限时间的无线通信服务。目前几十颗“铱”星委托波音公司管理和维护。 “铱”星电话，和普通GSM手机差不多
虽然走向大众的“铱”星系统失败了，但卫星移动通信系统仍存在广阔市场。因为目前，陆地蜂窝移动通信系统只能覆盖地球2%的面积，而且受用户和通信量制约，在一些地广人稀的区域长期运营蜂窝网得不偿失，加之海事卫星系统几十年来的成功运营，均表明卫星移动通信市场前景广阔。目前卫星通信系统仍在发展，除已投入使用的全球星系统外，还有ICO系统、奥德赛系统、日本的NTT系统、欧洲的RACE系统，都有着广阔的发展前景。
“铱”星系统通信装置在国内有出售价格与通话费用惊人也只有少数政府部门采购的起，普通老百姓是无缘享受了。
“铱”星系统和GPS的区别显而易见，“铱”星系统功能是通信，打电话用的；GPS是负责导航的，看地图用的。二者不能混淆。 卫星导航展望
讲了半天卫星导航，大家肯定有点累了，咱们最后说点实际的。
卫星导航在我国还出于尚在发展的产物，产品主要是以美国的GPS为主，价格说实话还比较昂贵，一般的产品的售价在2000元左右，而且还需要缴纳每年的使用费用，以更新地理数据等，否则设备会作废或过期。从实际使用上来看，小编觉得还有不少问题需要解决，首先是地图精度实在不足，信息少的可怜，只能给你大概的走法，并且精度不能保证。
其次，GPS的使用稍有复杂，尤其是行车期间绝不能使用，否则复杂的操作很可能令你出交通事故。因此GPS在易用性方面还需要进行较大的改进。
目前可用的导航系统只有GPS一家，没有其他替代品。不过随着2008年欧洲“伽利略”的投入使用，相信导航系统竞争加剧，价格会进一步下调。预计今后的导航系统很可能内置GPS和伽利略两套系统，互为备份并且还能提高使用精度。至于俄罗斯的GLONASS和我国的北斗星，由于种种原因，很可能不足以进入市场。
总之，小小的GPS别看样子简单，但其中蕴含的科技却是普通人难以想象的，从早期的罗盘指南针路到现在的卫星导航，其中经历了数千年的发展历程，背后经过了无数人的艰辛劳动，所以别小看您的GPS! 转载附录：卫星导航的核心设备—原子钟
GPS系统操作原理其实是很简单的:每一颗卫星不断发射包含其位置和精确到十亿分之一秒的时间的数字无线电信号。GPS的接收装置接收到来自于四颗卫星的信号，然后计算出在地球上的位置，误差仅为几百英尺。接收装置将接收时间与卫星发射的时间进行比较，通过二者之差计算出远离卫星的距离(光线的速度为每秒186000英里，假如卫星发射时间比接收时间晚千分之一秒，那么接受装置离卫星的距离就为186英里)。通过比较这个时间与其他三个已知位置的卫星的时间，接收装置便能够确定经纬度及海拔高度。
从以上论述可以看出精确计时及其计时工具在整个GPS系统中的重要地位。
说到原子钟，它最初本是由物理学家创造出来用于探索宇宙本质的;他们从来没有想过这项技术有朝一日竟能应用于全球的导航系统上。
根据量子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差，来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是不连续的，这也就是人们所说的共振频率。同一种原子的共振频率是一定的—例如铯133的共振频率为每秒9192631770周。因此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。
30年代，拉比和他的学生们在哥伦比亚大学的实验室里研究原子和原子核的基本特性。也就是在这里，他们在依靠这种原子计时器来制造时钟方面迈出了有价值的第一步。在其研究过程中，拉比发明了一种被称为磁共振的技术。依靠这项技术，他便能够测量出原子的自然共振频率。为此他还获得了1944年诺贝尔奖。同年，他还首先提出“要讨论讨论这样一个想法”(他的学生这样说道)，也就是这些共振频率的准确性如此之高，完全可以用来制作高精度的时钟。他还特别提出要利用所谓原子的“超精细跃迁”的频率。这种超精细跃迁指的是随原子核和电子之间不同的磁作用变化而引起的两种具有细微能量差别的状态之间的跃迁。
在这种时钟里，一束处于某一特定“超精细状态”的原子束穿过一个振荡电磁场。当原子的超精细跃迁频率越接近磁场的振荡频率，原子从磁场中吸收的能量就越多，从而产生从原始超精细状态到令一状态的跃迁。通过一个反馈回路，人们能够调整振荡场的频率直到所有的原子完成了跃迁。原子钟就是利用振荡场的频率即保持与原子的共振频率完全相同的频率作为产生时间脉冲的节拍器。
两位科学家先驱的工作为全球定位系统的发展奠定了基础:左图:拉比对原子和原子核的基本性质所做的研究引导他发明了磁共振的技术，为第一台原子钟的出现奠定基础。右图:拉比以前的学生诺曼·兰姆赛为铯原子束“喷泉”钟的发展奠定了基础。他还发明了氢微波激射仪器，从而为时间记录的概念重新下了定义。
拉比本人并没有深入到制造这种时钟的工作，但其他的研究者继续工作改进这个想法和技术。1949年，拉比的学生诺曼?兰姆赛所做的研究表明如果让原子束通过振荡场两次的话便能得到更精确的时钟。为此，兰姆赛于1989年获得了诺贝尔奖。 几十年来，铯束钟、氢微波激射钟和铷钟这三种时钟在空间领域发挥着重要作用，要么是被安装在卫星上，要么是安装在地面控制系统里。GPS系统的卫星最终必须依赖这些和拉比六十年前所构想出的时钟相似的铯钟。
1993年也就是五角大楼构思GPS系统的20年后，随着第二十四颗卫星的升空，GPS系统终于成为一个实用的系统了。美国空军操纵着这些卫星，并从遍布全世界的五个地面站监视着它们。收集到的数据将送到位于科罗拉多的空军联合空间行动中心进行分析，该中心每天将这些最新数据传送回每颗卫星上，校正时钟及轨道数据。
