手机查车辆定位的软件（如何给自己的汽车定位） 汽车里的车载导航 我们的日常出行基本上已经离不开导航定位，最常用的是手机导航或者车载导航，那么，GPS卫星在天上，你知道你的手机是如何利用GPS卫星信号来定位的吗？本文带你简单了解一下。这里不做专业性的技术性分析，只做一般性的科普描述。 ＂定位＂和＂导航＂其实是两个概念，定位是得到你某一时刻的位置（比如经度、纬度、高度）。导航是从某一地点沿着规划路径到达另一个地点，导航依赖于连续的定位结果，另外也依赖于电子地图，连续的定位结果实时显示在电子地图上。 GPS卫星 GPS的空间星座部分由21颗工作卫星和3颗备用卫星构成（实际上为30颗以上），这24颗卫星分布在6个轨道上，每个轨道不均匀的分布着4颗卫星。每个轨道面与地球赤道面的夹角约55°，相邻两个轨道面的升交点精度相差60°。GPS卫星属于地球中轨卫星，卫星轨道的平均高度约20200km，运行轨道是一个很接近于正圆的椭圆形，运行周期为11小时58分钟。 GPS卫星分布在6个轨道面上 1、GPS定位原理和方程 GPS卫星 对于地面上的接收机（手机、车载导航等）来说，其通过GPS天线接收所有可见的GPS卫星的信号，对这些信号进行数据处理，从而精确的测量出各个卫星信号的发射时间，然后将其自身时钟所显示的信号接收时间减去信号发射时间，这个时间差值再乘以光速，就得到接收机与卫星之间的距离。同时，接收机还从卫星信号中解码出卫星的运行轨道参数，计算出卫星的空间位置。 多颗卫星信号被地面同一个接收机（如手机）接收到 如果卫星n（n=1,2,3……）的空间位置在一个直角坐标系中的坐标为（x(n)，y(n)，z(n)），而接收机测得其自身到该卫星的距离为ρ(n)，那么根据数学公式就可以列出方程： 定位公式方程，其实公式左侧还要加上一个未知量，即接收机时钟的误差 其中： 1、卫星坐标（x(n)，y(n)，z(n)）是已知的。 2、接收机到卫星的距离ρ(n)是已知的。 3、接收机坐标（x，y，z）是未知的，是我们想要求解的用户接收机（如手机）在直角坐标系中的三维坐标。 如果接收机对3颗可见卫星有测量值，那么接收机可分别列出3个方程式，然后从这3个方程式组成的方程组中求解出三个未知数（x，y，z）。实际上，接收机的时钟通常与卫星时钟（卫星上的原子钟）不同步，所以接收机需要有4颗卫星的测量值，列出4个方程式才能求解出（x，y，z）和＂接收机钟差＂这4个未知数，这就是GPS定位的基本原理。 下面再说一下，为什么卫星坐标（x(n)，y(n)，z(n)）是已知的，接收机到卫星的距离ρ(n)也是已知的。实际上，它们是接收机可以通过接收卫星信号，解码出卫星信号中的一些数据，直接计算出来的。 2、卫星坐标（x(n)，y(n)，z(n)）是如何知道的 美国官方发布了一份叫《GPS界面控制文件（ICD-GPS-200C）》的文件，这个文件是公开的，在网上可以随意下载。其实我们的北斗导航系统，官方也会发布这么一份ICD文件。这个文件描述了GPS卫星发射的信号的构成，包括载波、伪码以及调制在载波上的数据码（专业术语叫＂导航电文＂）的格式，导航电文里面包含了卫星星历数据，什么是星历呢？可以简单理解为每颗卫星的运行轨道参数，每颗卫星有自己固定的轨道，不是随意乱飞的。 GPS卫星星历参数，在GPS卫星发射的信号中，就调制有导航电文（含星历数据） 卫星每时每刻都在发射信号，信号中包含了它的星历，那么就相当于每时每刻都在告诉地面接收机＂我在哪＂。接收机利用以上的星历参数，可以计算出某颗GPS卫星在某一时刻在轨道上的位置（x(n)，y(n)，z(n)），计算方法有公开的文献资料，不详细赘述了。所以，因为星历是公开已知的，那么卫星位置也是可以计算得到的，视为已知量。 3、接收机到卫星的距离ρ(n)是如何知道的 GPS卫星信号，就是电磁波，传播速度为光速 上面说到，卫星每时每刻都在发射信号，那么每一个发射瞬间都对应着一个时间值t(s)，卫星到地面的平均高度约20200km，除以光速3×10^8m/s，那么信号从发射到达地面，大约需要70毫秒。当然，这里仅仅指的是平均值，只是让大家有个概念，也意识到要得到接收机到卫星之间的距离ρ(n)，就得先知道接收到的信号的发射时间t(s)。 其实这个发射时间t(s)，也是来源于导航电文，接收机解码出导航电文，然后根据导航电文的规则和数据，拼装出发射时间，这里面涉及到比较专业的知识了，就不展开赘述了。 因为导航电文是已知的，那么可以得到信号发射时间t(s)，然后接收时间t(u)也是已知的（从接收机自己的时钟读取），那么，很容易算出：接收机到卫星的距离ρ(n)=（接收时间t(u)-发射时间t(s)）×光速，所以ρ(n)也属于已知量。 4、GPS地球坐标系和GPS时间系统 GPS坐标系统，地心地固直角坐标系（X，Y，Z）和大地坐标系（ρ，λ，h） 最后说一下GPS的坐标系统，以上卫星位置、接收机位置的坐标（x，y，z）等，都是表示在一个直角坐标系中。在GPS系统中，叫做WGS-84坐标系，既可以用相对于坐标原点的（x，y，z）直角坐标来表示，也可以换算为（ρ，λ，h）即经度、纬度、高度的大地坐标系来表示。一般来说，经度、纬度、高度可能更为大众所知，电影里经常有前线士兵，向后方或飞机报告敌人的经纬高坐标，呼唤炮火支援。 GPS卫星原子钟 GPS建立了其专用的GPS时间（GPST）系统，基于原子时，它的秒长是根据安装在GPS地面监测站上的原子钟和卫星原子钟的观测量综合得到的。GPS时间的最小值为0，最大值不超过604800秒，它在每个星期六午夜零时开始逐渐增大，经过1周（即604800秒）后又归0，同时星期数（WN）加1，周而复始。这个星期数（WN）也包含在导航电文里。 GPS时间在每周六午夜零时归零，此时星期数（WN）加1，周而复始 GPS的时间原点是世界协调时（UTC）的1980年1月6日（星期日）的零时刻。有了时间起始原点，有了星期数WN，再有了1周内的某一时刻（604800秒之内的某一刻），就可以换算出GPS时刻。GPS时间和UTC时间的关系：GPST≈UTC+14。