ＧＰＳ卫星导航定位的原理和方法

吴国和

我们知道，用数对可以表示平面上任意一点的位置。其实，表示平面上点的位置，方法并不是只有一种。这里介绍用GPS来导航定位的原理和方法。

GPS的工作原理，简单地说来，就是要首先确知卫星的准确位置，然后准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离，从而达到定位的目的。

要确知卫星所处的准确位置，首先要通过深思熟虑，优化设计卫星运行轨道，而且要由监测站通过各种手段，连续不断监测卫星的运行状态，适时发送控制指令，使卫星保持正确的运行轨道。将正确的运行轨迹编成星历，注入卫星，且经由卫星发送给GPS接收机。正确接收每个卫星的星历，就可确知卫星的准确位置了。

接下来就要解决准确测定地球上某用户至卫星的距离。卫星远在地球上层空间，又处在运动之中，我们不可能像在地上量东西那样用尺子来量，那么又是如何来做的呢?

同学们都知道，速度乘以时间等于距离，我们从科学课中还知道，电波传播的速度是每秒钟30万千米，所以我们只要知道卫星信号传到我们这里的时间，就能利用速度乘时间等于距离这个公式来求得距离。因此，问题就归结为测定信号传播的时间。

要准确测定信号传播时间，要解决两方面的问题。一个是时间基准问题，就是说要有一个精确的时钟。就好比我们日常量一张桌子的长度要用一把尺子一样，假如尺子本身就不标准，那量出来的长度就不准；另一个就是要解决测量的方法问题。

GPS系统在每颗卫星上装置有十分精密的原子钟并由监测站经常进行校准，而测定卫星信号传输时间的方法十分复杂，有待于同学们在以后的学习中不断去探讨和研究。解决了这些问题，我们就能利用GPS系统精确定位了。

GPS定位技术是正在发展中的高新技术，数据处理技术也处在不断更新之中。全球定位系统GPS是近年来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性、全天候性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。

目前，GPS技术在我国道路工程和交通管理中的应用还刚刚起步。相信随着我国经济的发展、高等级公路的快速修建和GPS技术应用研究的逐步深入，其在道路工程中的应用也会更加广泛和深入并发挥更大的作用。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆眼踪和交通管理等许多功能，如利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置并任意放大、缩小、还原、换图，还可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上等等。