全球定位系統(GPS)的原理基於空間距離交會法來確定接收機的位置。以下是其原理的詳細介紹:
組成。GPS系統由三大部分組成,包括空間星座部分(GPS衛星)、地面控制部分(地面監控系統)和用戶設備部分(GPS信號接收機)。
空間星座部分。由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成,這些衛星分布在六個軌道面上,軌道傾角為55度,使得在全球任何地方、任何時間都可以觀測到至少4顆GPS衛星。
地面控制部分。包括一個主控站、三個注入站和五個監測站,負責持續觀測和計算GPS衛星的位置,並將這些信息傳送給衛星。
用戶設備部分。GPS信號接收機可以捕獲到衛星的信號,並對信號進行變換、放大和處理,實時計算出接收機的三維位置、三維方向以及運動速度和時間信息。
工作原理。GPS定位的基本原理是利用高速運動的衛星瞬間位置作為起算數據,採用空間距離交會的方法來確定待測點的位置。在GPS觀測中,可以讀取衛星到接收機的距離,利用三維坐標中的距離公式,結合衛星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差,以及大氣對流層、電離層對信號的影響,可以解算出觀測點的位置(X、Y、Z)。
定位精度。由於衛星運行軌道、衛星時鐘存在誤差,大氣對流層、電離層對信號的影響,民用GPS的定位精度大約為10米。為提高定位精度,普遍採用差分GPS(DGPS)技術,建立基準站進行GPS觀測,並對外發布修正數,從而提高定位精度。