GPS接收器的工作方式

想象一下，您在美国的某个地方，您完全迷失了 - 无论出于何种原因，您绝对不知道自己在哪里。您找到一个友好的当地人，问：“我在哪里？”他说：“您距爱达荷州博伊西625英里。”

这是一个不错的事实，但这本身并不是特别有用。您可能会在Boise周围的任何地方都有625英里的半径：这样：

您问其他人在哪里，她说：“您距离明尼苏达州明尼阿波利斯的690英里。”现在你到达某个地方。如果将这些信息与博伊西信息结合在一起，则有两个相交的圆圈。您现在知道，如果您距离博伊西（Boise）625英里，距离明尼阿波利斯（Minneapolis）690英里，则必须处于这两个交叉点之一。

如果第三人告诉您您距离亚利桑那州图森615英里，则可以消除其中一种可能性，因为第三个圈子只会与其中一个点相交。您现在确切地知道自己在哪里 - 科罗拉多州丹佛。

同样的概念也在三维空间中起作用，但是您正在处理球而不是圆圈。在下一部分中，我们将研究这种类型的三材料。

从根本上讲，三维三维与二维三材料没有太大不同，但可视化有些棘手。想象一下以前的示例从各个方向出现的半径。因此，您会得到一系列球体，而不是一系列圆圈。

如果您知道自己距离天空中的A卫星A 10英里，那么您可以在一个巨大的，虚构的球体表面上，半径为10英里。如果您也知道距卫星B 15英里，则可以将第一个球与另一个更大的球体重叠。球体在一个完美的圆圈中相交。如果您知道到第三颗卫星的距离，则获得第三球，该球与该圆相交，分为两个点。

地球本身可以充当第四球 - 实际上两个可能的点中只有一个可以在地球的表面上，因此您可以消除空间中的一个。但是，接收器通常会寻找四个或多个卫星，以提高准确性并提供精确的海拔信息。

为了进行此简单计算，GPS接收器必须知道两件事：

通过分析高频，低功率，GPS接收器都可以算出这两种情况无线电信号来自GPS卫星。更好的单位有多个接收器，因此他们可以同时从几颗卫星中获取信号。

无线电波是电磁能，这意味着它们以光速行驶（每秒约186,000英里，在真空中每秒300,000公里）。接收器可以通过定时信号到达多长时间来弄清楚信号已经走了多远。在下一节中，我们将了解接收器和卫星如何共同进行此测量。

在上一页上，我们看到GPS接收器通过将信号从卫星到接收器的旅程定时计算到GPS卫星的距离。事实证明，这是一个相当复杂的过程。

在特定的时间（假设午夜），卫星开始传输一个长长的数字图案，称为a伪随机代码。接收器也在午夜正好开始运行相同的数字图案。当卫星的信号到达接收器时，其图案的传输将落后于接收器的图案播放。

延迟的长度等于信号的行程时间。这次，接收器乘以光的速度，以确定信号传播的距离。假设信号以直线传输，这是从接收器到卫星的距离。

为了进行此测量，接收器和卫星都需要可以同步到纳秒的时钟。要仅使用同步时钟制作卫星定位系统，您需要拥有原子钟不仅在所有卫星上，而且在接收器本身中。但是原子钟的价格在50,000美元至100,000美元之间，这使它们对于日常消费者来说太昂贵了。

全球定位系统针对此问题具有巧妙，有效的解决方案。每个卫星都包含一个昂贵的原子钟，但是接收器本身使用了普通的原子钟石英钟，它不断重置。简而言之，接收器查看来自四个或更多卫星的传入信号，并衡量其自己的不准确性。换句话说，接收器可以使用的“当前时间”只有一个值。正确的时间值将导致接收器接收到的所有信号在空间中的单个点对齐。该时间值是所有卫星中原子钟持有的时间值。因此，接收器将其时钟设置为该时间值，然后它具有与所有卫星中所有原子时钟相同的时间值。GPS接收器“免费”获得原子钟精度。

当您测量到四个位于四个卫星的距离时，您可以绘制四个球体一度相交的球体。即使您的数字差，三个领域也会相交四个如果您进行的测量不正确，则球不会在某一时刻相交。由于接收器使用自己的内置时钟进行所有距离测量，因此距离将全部比例不正确。

接收器可以轻松地计算必要的调整，从而导致四个球体相交。基于此，它重置其时钟与卫星的原子钟同步。接收器在打开时会不断地进行操作，这意味着它几乎与卫星中昂贵的原子钟一样准确。

为了使距离信息有任何用途，接收器还必须知道卫星的实际位置。这并不是特别困难，因为卫星以很高和可预测的轨道行驶。GPS接收器只是存储年鉴这说明了每个卫星在任何给定时间都应在哪里。像月亮和太阳一定要稍微更改卫星的轨道，但是国防部不断监视其确切位置，并作为卫星信号的一部分传输对所有GPS接收器的任何调整。

在下一节中，我们将查看可能发生的错误，并查看GPS接收器如何纠正它们。

到目前为止，我们已经了解了GPS接收器如何根据其从四个卫星收到的信息来计算其在地球上的位置。该系统运行良好，但确实弹出了不准确的。一方面，此方法假设无线电信号将以一致的速度（光速）穿越大气。实际上，地球的大气使电磁能降低了一定的向下，尤其是当它穿过电离层和对流层时。延迟取决于您在地球上的位置，这意味着很难将其准确地将其定为距离计算。当无线电信号从大型物体中反弹时，也可能发生问题摩天大楼，给接收器的印象是，卫星比实际更远。最重要的是，卫星有时只是发送不良的年历数据，误导了自己的立场。

差异GPS（DGP）有助于纠正这些错误。基本思想是在带有已知位置的固定接收器站衡量GPS的不准确性。由于车站的DGP硬件已经知道自己的位置，因此可以轻松地计算其接收器的不准确性。然后，该站向该区域中的所有配备DGPS接收器广播无线电信号，为该区域提供信号校正信息。通常，访问此校正信息使DGPS接收器比普通接收器更准确。

GPS接收器的最重要功能是拾取至少四颗卫星的传输，并将这些传输中的信息与电子年鉴中的信息结合在一起，以找出接收者在地球上的位置。

一旦接收器进行了计算，它可以告诉您其当前位置的纬度，经度和高度（或一些类似的测量）。为了使导航更加用户友好，大多数接收器将此原始数据插入存储在中的地图文件中记忆。

您可以使用存储在接收器内存中的地图，将接收器连接到一个电脑这可以在其内存中保存更详细的地图，或者简单地购买您所在区域的详细地图，然后使用接收器的纬度和经度读数找到自己的方式。一些接收器可让您将详细的地图下载到内存中或用插件地图墨盒提供详细的地图。

标准的GPS接收器不仅会将您置于任何特定位置的地图上，而且还会在移动时追踪您的路径。如果您将接收器留在那里，它可以保持与GPS卫星的不断通信，以查看您的位置的变化。借助此信息及其内置时钟，接收器可以为您提供几个有价值的信息：

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