AT89C51单片机GPS定位定向系统设计(5)
2.2 GPS定位原理
GPS卫星定位系统定位的基本原理是延时测距，通过测量四个己知位置上信号传播的时间延迟，确定四个己知位置至用户的距离，根据这四个量测距离解算出用户的三文位置和用户与已知位置的时间同步偏差。GPS定位方式大体分两类:绝对GPS定位和差分GPS定位(DGPS)。绝对GPS定位原理就采用的观测量而言，可分为伪距法和载波相位法。前者主要用于导航定位，后者用于精密的大地测量和可确定整周数模糊度情况下的动态测量。本文重点介绍伪距绝对定位法。
GPS绝对定位是以地球质心为参考点，确定接收机天线在WGS-84坐标系中的绝对位置。其基本原理是：以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离观测量为基准，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收天线所处的位置。由于定位过程仅需要一台接收机，所以又称为单点定位［1］。
GPS卫星发射两种伪随机测距码：1）P码：P码是GPA的精测码，码率为10.23MHz，它是由两个伪随机码相乘而成。2）C/A码：C/A码是用于跟踪、锁定和测量的伪随机码。它是由长度相等而互相关极大值最小的m序列码逐位进行模2相加构成。C/A码码率为1.023MHz，又称粗测距码。
当卫星发射一伪随机码，接收机内也产生（复制）一个相同的伪随机码。当卫星信号经过传播距离的延迟后到达接收机，与本地码进行相关处理;移动本地码，使相关函数达到最大值。这样本地码所移动的时间延迟值就是卫星信号传播时间，乘上光速值就得到所测距离。
全球定位系统多采用多星高轨测距体制，以距离作为基本观测量。通过对四颗卫星同时进行伪距离测量即可解算出接收机的位置。全球定位系统采用统一的原子时系统，以t表示时间，所观测的第j颗卫星时钟的钟面时以tj表示，接收机时钟的钟面时间以tR表示。由于卫星、接收机钟与GPS原子时不同步，其钟差分别为:
这里定义的钟差与天文钟的定义反号，这样只是为了使用方便，或者可以定义为:
设某一信号自第j颗卫星发送的时间为ts，接收机所接收的时刻为tr。显然可以算出自信号传播延迟：
从而算得卫星到接收机的距离:
式中c为光速。
但是实际上只能得到该信号事件发送时刻卫星钟的钟面时 ，接收时刻及手机钟面时 。所得观测量为：
式中Δtj是卫星钟钟差，可由地面监控系统测定并通过卫星发送的导航电文提供给用户，可以认为它是已知值。于是上式写为:
(2.2.10)
是实际可以得到的观测量(已加入卫星钟差改正)，它等于卫星接收机的距离与接收机钟差改正之和，通常称伪距。
一般用户很难以足够的精度测定接收机的钟差，可以把它作为一个待定系数于接收机的位置一并解出。
上式2.2.10可以写为:
(2.2.11)
式2.2.11中x,y,z表示接收机在所采用的地球坐标系中的三文坐标值。xj、yj、zj为第j颗卫星在同一坐标系中的坐标，卫星的位置信息可以从卫星发播的导航电文中得到。这样，式2.2.11中除去直接观测 和已知卫星钟钟差Δtj，卫星位置(xj、yj、zj)外，尚有四个待定系数，它们是接收机位置（x、y、z)和接收机钟差△tR。只需对四颗卫星进行观测可得:
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