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GPS:位置，时间和距离

2005年6月9日

接收器的位置由卫星的位置和它们之间的距离来计算。距离是根据无线电信号在卫星和接收器之间传输的时间计算出来的。但是我们如何知道卫星的位置以及旅行时间是如何确定的呢?卫星定位,我知道它是什么，我知道它做了什么，但GPS如何工作？

卫星如何测量距离

基本上，卫星定位是三边形问题。从三颗卫星的已知位置和它们之间的测量距离和接收器之间的测量距离，可以计算接收器位置的坐标。通过将无线电信号的行进时间乘以光速来确定距离。但GPS跟踪有多准确，如何保持卫星的位置持续检查？它们的轨道不是完全确定的，而是由于天体重力力而波动。由于无线电信号以每秒300,000km的速度行进，因此时间测量的不准确为1纳秒（十亿个部分或10-9秒），引起距离误差30cm，同时使用大地测量器，我们可以实现准确性厘米水平。

GPS卫星的位置和时间

地面部分监视和控制GPS卫星的位置。在美国科罗拉多斯普林斯的猎鹰空军基地有一个主站，在夏威夷、阿森松岛、迭戈加西亚和夸贾林岛有一个远程站，92%的时间都在跟踪和监测这些卫星。在两个持续一个半小时的每日窗口中，每个卫星都与地面站失去联系。主站充当所有信息的数据处理中心，包括从远程站收集的信息。轨道坐标由三角剖分连续确定。将卫星上的四个原子钟与地面上类似设备的时间进行比较，就可以获得时间误差的信息。当卫星稍微偏离轨道时，就进行重新定位。时钟也可以调整，但通常情况下，时间误差的信息被附加到GPS信号中作为校正因子。经计算的校正、时间调整和重新定位资料，会透过与下行监测站同处的三个上行监测站传送给卫星。通过这种方式，所有GPS卫星都能够不断地将校正值附加到它们发出的参数上，这些参数包括星历数据、历法数据、卫星健康信息和时钟校正数据。

距离和差异

无线电信号的行进时间可以主要被确定为在接收器处的到达时间和GPS卫星传输时间之间的差异。如已经描述的，为了在厘米水平下实现位置精度，必须在亚纳秒水平处确定时间差。达到这种准确性将需要接收器和卫星的原子钟。然而，原子钟对于日常消费者来说是昂贵的。由巧妙的工程师发现的解决方案简单有效。因为它们很少，只有卫星配备了昂贵的原子高精度时钟，只有2纳秒的年度漂移。GPS接收器配备相对便宜，石英时钟每天最多可准确10纳秒。这种精度足以让它假设接收器时钟和卫星在卫星上的那些卫星之间的时间偏压是相同的。这样只需一个时间参数实际上是未知的：时间偏见。这可以通过测量无线电信号的行进时间来确定，而是四个卫星。 Discrepancies among the calculated coordinates of receiver position (which should, of course, be absent, it concerning just one location) provide sufficient information accurately to determine time bias. Every land surveyor knows that for purposes of reliability one should gather more measurement data than is actually needed to solve the unknowns. Therefore all geodetic GPS receivers will require data from at least five satellites before release of coordinates giving receiver location.