GPS如何计算航向？

Posted 2023-04-14

【中文标题】GPS如何计算航向？

【英文标题】：How is heading calculated by GPS?

【发布时间】：2013-08-26 06:41:38

【问题描述】：

这是一个简单的问题，我宁愿与某人聊天，但这里是：

heading 是如何计算的？我无法从视觉上弄清楚。

如果航向是相对于地球的地理北方计算的，这是否意味着地球的俯视图？因此，当您站在地球表面某处时，您如何在数字设备上获得航向？计算方法是什么？它是否完全涉及球体，或者设备是否忽略了球体的存在而只是记住一个简单的坐标，例如。 90.000 N 和 0.000 W？

我不知道为什么我似乎无法从数学上掌握航向的概念......

编辑：我想我想通了。在表面上，您被视为一个点；象征性地，北方总是在你的正上方——你可能会偏离这个点 360 度，就像你作为地球表面上的一个点一样。

【参考方案1】：

正是 GPS 接收器不计算航向。 heading 是您正在寻找的方向。 更正确的术语是 course 或 course over ground。 但现代 API 经常混合使用航向、航向和方位。

车辆的航向和路线相同， 但不适用于船（由于漂移）。

但重点是人们可以认为 GPS 芯片通过评估新旧位置来计算航向/航向。但是这是错误的。到目前为止，这将是不准确的。

GPS 接收器使用多普勒频移来计算速度，也可能用于航向计算。

是的，航向和航向是从地理北（0°）顺时针测量的角度

【讨论】：

Alex，我正在寻找您对标题和确定方法的评论。但是：你能提供一个证明链接吗？在 10 公里/小时的速度下，多普勒频移将是 10 ppb (1/100e6)，我无法想象一个便携式设备能够以任何合理的精度测量这种频率漂移。

只有特定 GPS 设备的制造商才能回答它是如何实现的：这里有一篇介绍速度和航向技术的论文：Jun-ichi Meguro: Positioning Technique based on Vehicle Trajectory, Using GPS Raw数据和低成本 IMU 。你在谷歌中发现它是 pdf

论文不详述，原文（DOI：10.1080/00423114.2011.602697）未公开。我仍然不明白如何以任何合理的精度测量多普勒频移。但如果是这样，那将是非常令人兴奋的！

如果您乘坐的车辆航向和方位不同，最好坚持住，因为您遇到了麻烦！

@AlexWien 在上面提到的Jun-ichi Meguro: Positioning Technique Based on Vehicle Trajectory, Using GPS Raw Data and Low-cost IMU 的链接是here。

【参考方案2】：

坐标中没有“航向”的概念，只有在某物移动时生成的一系列坐标中，在这种情况下，航向是根据坐标之间的差异来计算的。 因此，如果您的第一个坐标位于 10N50E，而第二个坐标位于 11N50E，您的设备会将您计算为正向北行进，因此是向北行进。

【讨论】：

+1.. 另外，较新的 GPS 接收器往往具有不同类型的算法来保持航向工作一段时间，即使信号丢失或信号质量降低也是如此。诸如“航位推算”之类的东西。昂贵的接收器也可能具有集成的罗盘模块，这显然不是航向，但也应考虑在内（尽管它使用的是自己的 NMEA 消息）

GPS 接收不提供（仅坐标）他们提供导航解决方案（简称“修复”）并且解决方案包含地面路线

不幸的是，您的答案是错误的，GPS 接收器不使用位置来计算航向，他们使用多普勒频移来计算航向（航向）和速度，这要准确得多。移动速度越快，方向和速度就越准确

很遗憾，你错了，因为多普勒频移只能计算速度，不能计算方向。

我不明白，我以为航向与设备的位置和地理北方有关？你被视为一个圆的中心点，圆的顶部是北方。不就是这样吗？我说的是访问 touchdevelop 中的标题功能，它输出 0 到 360 度之间的数字。

【参考方案3】：

关于这个问题不止一个问题:)

航向（或航空学中的偏航角）定义为飞机水平时（俯仰角和横滚角为零）时飞机机头所面对的方向与北方之间的角度。 这也是您可以在指南针上读取的内容（北 = 0°，东 = 90°，等等）

无论您在地球上的哪个位置，都应该能够在地面上放置一个量角器，其 0° 与您当前的子午线对齐，指向北方，而 90° 与当地的纬线对齐，指向东方。因此，您可以在任何地方阅读您的标题（除了在电线杆上）

在汽车中，通过查看先前记录的点，从轨迹推断出航向（基于多普勒的速度测量在廉价设备上并不普遍）。而且，如其他答案所述，这不是标题，而是显示的轨迹（您移动的方向，与您面对的方向相比）。幸运的是，汽车不会漂移（大部分时间），因此赛道与航向相同。

在智能手机中，航向的显示可能由内置罗盘辅助。

因此，GPS 无法评估您的航向，除非您使用多个天线，例如 device。两个天线之间测量的相位差使设备能够推断出纯粹的基于 GPS 的航向。