GNSS卫星定位原理简析

Posted 2021-07-19 三明治开发社区

卫星导航系统测定位置的方式基本如下
●位置已知的卫星发送规则时间信号。
●根据测量出的无线电波（以光速c=300000km/s穿越空间的电磁信号）行程时间来计算接收机的位置。

我们可以通过一个简单的模型更清楚地了解这一原理。假设我们在B点，来确定我们的位置。在已知处有一部无线电发射机A，每秒发送一个时间信号脉冲。我们在B处携带了一台时钟，它与发射机A上的时钟同步。通过测量从A到B的行程时间（T），就能计算出我们在B点的位置（D）：

D=T*c

由于我们B上所载的时钟可能无法与发射机上A的时钟精确同步，因而计算出的距离与实际行程距离会存在偏差，即

D=(T+ΔT)*c

在导航中这个不真实的距离被称为伪距，1微秒的行程时间误差产生了300m的伪距。

为我们配备一台精确的原子钟可以解决这一问题，但这可能会超出我们的预算。另一个解决方案就是使用第二部同步时间信号发射机C，它与第一部发射机A的间距（L）是已知的。即使时钟不够精确，通过测量Ta，Tc两个行程时间也能准确地计算B点距离（D）：

D=(（Ta-Tc)*c+L）/2

这样就有效消除了ΔT

我们可以看出，为了能够精确地计算在一条直线（一个维度）上的位置和时间，我们需要两部时间信号发射机。由此我们可以得出以下结论：如果在计算位置时采用的时钟不同步，时间信号发射机的数量需要比未知维度的数量多一个。
所以：
●在一个平面上（两个维度）我们需要3部时间信号发射机。
●在三维空间里我们需要4部时间信号发射机。

因此，卫星导航系统使用卫星作为时间信号发射机，为测定3个所需坐标（经度、纬度和高度）和精确的时间，至少需要与4颗卫星通信