ＧＰＳ衛星導航定位的原理和方法

吳國和

我們知道，用數對可以表示平面上任意一點的位置。其實，表示平面上點的位置，方法并不是只有一種。這里介紹用GPS來導航定位的原理和方法。

GPS的工作原理，簡單地說來，就是要首先確知衛星的準確位置，然后準確測定衛星至地球上我們所在地點的距離，從而達到定位的目的。

要確知衛星所處的準確位置，首先要通過深思熟慮，優化設計衛星運行軌道，而且要由監測站通過各種手段，連續不斷監測衛星的運行狀態，適時發送控制指令，使衛星保持正確的運行軌道。將正確的運行軌跡編成星歷，注入衛星，且經由衛星發送給GPS接收機。正確接收每個衛星的星歷，就可確知衛星的準確位置了。

接下來就要解決準確測定地球上某用戶至衛星的距離。衛星遠在地球上層空間，又處在運動之中，我們不可能像在地上量東西那樣用尺子來量，那么又是如何來做的呢?

同學們都知道，速度乘以時間等于距離，我們從科學課中還知道，電波傳播的速度是每秒鐘30萬千米，所以我們只要知道衛星信號傳到我們這里的時間，就能利用速度乘時間等于距離這個公式來求得距離。因此，問題就歸結為測定信號傳播的時間。

要準確測定信號傳播時間，要解決兩方面的問題。一個是時間基準問題，就是說要有一個精確的時鐘。就好比我們日常量一張桌子的長度要用一把尺子一樣，假如尺子本身就不標準，那量出來的長度就不準；另一個就是要解決測量的方法問題。

GPS系統在每顆衛星上裝置有十分精密的原子鐘并由監測站經常進行校準，而測定衛星信號傳輸時間的方法十分復雜，有待于同學們在以后的學習中不斷去探討和研究。解決了這些問題，我們就能利用GPS系統精確定位了。

GPS定位技術是正在發展中的高新技術，數據處理技術也處在不斷更新之中。全球定位系統GPS是近年來開發的最具有開創意義的高新技術之一，其全球性、全能性、全天候性的導航定位、定時、測速優勢必然會在諸多領域中得到越來越廣泛的應用。

目前，GPS技術在我國道路工程和交通管理中的應用還剛剛起步。相信隨著我國經濟的發展、高等級公路的快速修建和GPS技術應用研究的逐步深入，其在道路工程中的應用也會更加廣泛和深入并發揮更大的作用。GPS導航系統與電子地圖、無線電通信網絡及計算機車輛管理信息系統相結合，可以實現車輛眼蹤和交通管理等許多功能，如利用GPS和電子地圖可以實時顯示出車輛的實際位置并任意放大、縮小、還原、換圖，還可以隨目標移動，使目標始終保持在屏幕上等等。