GPS现代汽车的导航原理
   
  

主要原理就是电脑装上地图软件及发射及接驳器,而与天上之人造卫星接上,而得出物件之座标,此坐标是由电脑高速於非常短时间内算出,从而与地图连上再得出物件所在地点。

什麼是GPS ?

全球卫星定位系统(Global Position System, GPS)为美国国防部开发,利用规模遍及全球的人造卫星之航法系统,由24颗人造卫星所构成,其中包括三颗预备卫星。利用对民间开放的C/A码标准测法,能得到数十米的精度,为无线电定位法的一种。
卫星定位系统整体运作上可分成三部份:太空部分、地面部分以及讯号部分。
太空部分

目前 GPS 卫星已发展至 Block II 型式的定位卫星, 由Rockwell International 制造,在轨道上重量约 1,900 磅, 太阳能接收板长度约17 呎,预期寿命为7.5年,於 1994年完成第24颗卫星的发射,整个GPS 系统正式宣告建构完成。因此目前太空中有24颗GPS 卫星可供定位运用,它们平均分布於6个轨道面,每个轨道面上各有 4颗,距离地面高度约10,900海里 (大约20,000公里), 呈55°角倾斜绕行地球运转,绕行地球一周需 12 恒星时,每日可绕行地球 2周,这也就是说,不论任何时间,任何地点,包含北极, 南极,至少有 4 颗以上的卫星出现在我们的上空。

讯号部分

GPS卫星产生两组随机电码,一组称为C/A码,一组称为P码。C/A码主要开放给民间使用,因此在精度上刻意降低,P码则是美国国防部保留为其军事用途的电码,精度比C/A码高很多,因此设有密码,一般民间使用者无法解读。一般而言,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。

地面部分

地面设施部分主要包含GPS监控站与使用者接收设备两部份。

监控站

包括一个主要控制站(Master Control Station)、五个监测站(Monitor Station)-分布於夏威夷、亚森欣岛、迪亚哥加西亚、瓜加林岛、科罗拉多州、三个地面控制站(Ground Control Station)等。监测站主要负责追踪所有卫星的运行位置、时间、气象资料及电离层资料等,将每15秒观测到所有资料,计算出每15分钟一组的平滑化数据(Smoothed Data),传送到主控制站后,由主控制站加以统合,计算出卫星星历、时表修正量、电离层改正系数,再转换成导航讯息,以维护卫星系统的精度与正常运作,此部份由美国国防部负责,使用者无从了解也毋需了解此部份的技术。
使用者接收设备

主要是一个卫星讯号接收器,依照不同的目的而有不同的定位能力,基本的功能是接收L1载波,分离出C/A电码,进行最简单的虚拟距离定位,也是一般车辆定位所使用的机型。其中必须注意的是:GPS卫星产生两种不同的载波来承载所有电码与讯息,其中C/A码仅调置在L1载波上,P码则分别调置在L1与L2载波上,并区别为P1与P2电码,但美国军方目前仅开放C/A码仅民间使用。而一般间使用之接收机可经由差分修正(DGPS差分定位)达15呎或更加之准确度。但使用DGPS讯号需付费,一般使用者应考量成本及使用目地是否需要到如此精准。如做汽车导航您所需要知道的是您的相对位置配合您所使用之电子地图,无需使用到那麼高精度之定位。

GPS 的基本定位原理

GPS 的定位是利用卫星基本三角定位原理,GPS 接收装置以测量无线电信号的传输时间来量测距离,以距离来判定卫星在太空中的位置,这是一种高轨道与精密定位的观测方式。假设卫星在11,000英哩高处,测量我们的距离,首先以11,000英哩为半径,以此卫星为圆心画一圆,而我们位置正处於球面上。

再假设第二颗卫星距离我们12,000英哩,而我们正处於这二颗球所交集的圆周上。现在我们再以第三颗卫星做精密定位,假设高度13,000 英哩,我们即可进一步缩小范围到二点位置上,但其中一点为非我们所在的位置极有可能在太空中的某一点,因此,我们舍弃这一点参考点,选择另一点为位置参考点。

如果要获得更精确的定位,则必定要再测量第四个颗卫星,从基本物理的观念上来说,以讯号传输的时间乘以速度即是我们与卫星的距离,我们将此测得的距离称为虚拟距离,在 GPS 的测量上,我们测的是无线信号,速度几乎达18万6千英哩/Sec的光速,而时间却短的惊人,甚至只要0.06秒,时间的测量需要二个不同的时表,一个时表装置於卫星上以记录无线电信号传送的时间,另一个时表则装置在接收器上,用以记录无线电信号接收的时间,虽然卫星传送信号至接收器的时间极短,但时间上并不同步,假设卫星与接收器同时发出声音给我们,我们会听到二种不同的声音,这是因为卫星从11,000英哩远的地方传来,所以会有延迟的时间,因此,我们可以延迟接收器的时间,从此延迟的时间╳速度,就是接收器到卫星的距离,此即为 GPS 的基本定位原理。

越创公司简介

深圳市东莞越创实业有限公司是一家致力于GPS导航定位产品与驾驶安全预警系统于一体的高科技企业,公司位于深圳市宝安区高新技术产业园,公司现有GPS导航仪、雷达安全预警等系列产品。卓越创通与众多国际知名汽车电子企业的战略合作,使公司能够迅速掌握和了解全球同步的高精尖技术资源,以“科技创造精彩”为核心理念,不断实现技术突破与产品创新。

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