基于卡尔曼滤波的GPS定位系统设计(3)
（3）用户部分（地面接收）：主要用于GPS接收器,数据处理软件和相应的用户设备,主要影响来自GPS卫星接收信号并使用这些信息来计算用户的三文位置和时间。
这三个部分共同构成一个完整的GPS系统。
GPS的实现使用“到达时间差”的概念:根据每个GPS卫星的精确位置和持续给星上原子钟生成信息获得从卫星到接收机的到达时间差。GPS接收器接收GPS卫星连续发送带有时间和精确位置信息的无线电信号。由于传输距离远,接收器接收到信号的时间比卫星发送信号的时间长,通常被称为时间延迟。所以,也可以由时延来确定距离。当卫星和接收机同时产生相同的伪随机码时,一旦两个随机代码实现时间同步,接收方可以决定延迟;将时延乘以光速,可以得到距离。
为了更精确的测量和导航，GPS系统建立了特殊的时间系统。GPS系统时间由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持。一般来说,这些星时钟可以精确到世界协调时(UTC,由海军观象台的“主钟”保持,每个主时钟的稳定性为数个10-13秒)的几纳秒钟以内。GPS卫星在早期采用两个铯频率标准,两个铷频标,然后逐渐改为采用更多的铷频率标准。通常,在任何时候,只有一个在工作中的卫星频率标准。
GPS的基本原理是:测量已知位置的卫星到接收机之间的距离,集成卫星测量之间的距离即能知道接收机的位置[5]。卫星的位置可以通过星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。用户到卫卫星的距离,则可通过记录卫星信号传播到用户位置所需时间,再乘以光速得出。由于大气电离层扰动,计算出的距离不是真正的用户和卫星之间的距离而是伪距。为了计算用户的三文位置和接收机时钟偏移,伪距测量至少需要从四个卫星接收信号。
GPS在现实中的应用主要有：
（1）道路工程中的应用
主要用于建立各种道路工程控制网及测定空中外部控制点等。高等级公路勘测技术的快速发展提出了更高的要求,由于长时间线,不知道点,用常规测量方法不仅布网将会更加困难,且难以保证高精度[6]。我国逐步采用GPS技术建立了线路首级高精度控制网,并且使用传统方法线加密。实践证明,使用这种方法在几十公里的范围点错误是只有2厘米,达到其他方法难以实现的精度,而且大大提高了施工效率。GPS技术也同样用于大型桥梁和隧道的控制措施。无需通视,可以构成一个强大的网络形式,位置精度较高,同时可以应用于检测常规测量的支点，具有明显的经济效益和社会效益。
（2）汽车导航和交通管理中的应用
① 车辆跟踪
利用GPS结合电子地图可以实时显示出车辆的位置，并且可以任意放大、缩小；即使目标在移动移动，也可使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多屏幕、多车辆同时跟踪。利用此功能可对重要的车辆以及货物进行跟踪运输
② 提供出行路线规划和导航
包括自动规划线路和人工规划线路。自动线路规划确定起点和目的地之后，由计算机软件按照要求自动设计出最佳的行驶路线，包括最快到达路线、最不拥堵路线、通过高速路段次数最少的路线等[7]。人工线路设计可由驾驶员自己设计起点、终点和途经点等，自动建立路线。线路规划完成后，显示器能够在电子地图上显示出设计的路线，并且同时显示汽车行驶路径和行驶方式。
③ 信息查询
为用户提供主要物标，如景点、酒店、餐厅等数据库，用户能够在电子地图上筛选需要的数据并显示其位置。同时，监测中心也可以利用监测控制台对区域内的任意目标所处位置进行查询，该目标将以数字形式显示在控制中心的电子地图上。