GNSS的全称是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System).
它是泛指所有的卫星导航系统,包括全球的、区域的和增强的,如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统,以及相关的增强系统,如美国的WAAS(广域增强系统)、欧洲的EGNOS(欧洲静地导航重叠系统)和日本的MSAS(多功能运输卫星增强系统)等,还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。
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Trilateration(三边测量)是一种常用的定位算法:
已知三点位置 (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3) 已知未知点 (x0, y0) 到三点距离 d1, d2, d3 以 d1, d2, d3 为半径作三个圆,根据毕达哥拉斯定理,得出交点即未知点的位置计算公式:
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这样就可以算出来位置点的坐标.
在2维平面,一个固定点用已知的半径长确定一个圆,两个固定点用已知的半径确定两个点,三个固定点可以确定一个点。这个原理映射到3维,两个球相交确定一个圆,三个球相交确定两个点。远离地球的点舍弃,另一个点就是你的位置了。
但是实际上真正应用比这个复杂,首先就要想,原理上三颗卫星可以解决的问题问什么一定要4颗。因为前面的简单解释是已知卫星和接受机/使用GPS 的人)的距离。在实际应用中这距离是不知道的,这个距离需要去计算。就是常说的伪距(pseudorange)。
卫星是有三个成分组成的分别是空间部分,控制部分和用户部分。
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只要能使用卫星定位的仪器都是用户部分,比如专业接收机,手机,智能手表等等能收到GNSS信号的都可以。
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最直接的就是天上的卫星了。这些卫星是在中轨道上运行,大概有20200km那么高。平均是6个平面,一个平面上有四个点,每个点上至少一个卫星,也就是说也许有多个。之前是是24颗卫星, 这种安排基本上全球大部分地区可以看到至少4颗卫星。
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这个分为三个,1个主要控制站,1个备用控制站,11个地面的天线,16个地面的监测站。主要用于跟踪,监测,接收和传输一些数据和命令。监测站的主要功能是当卫星从头顶飞过时,收集数据(载波和伪距)然后穿给控制站。
GPS是70年代规划,80年代实施,90年代运营,耗资300亿美元,仅次于阿波罗登月计划和航天飞机计划的美国第三大航天工程。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。其次,也为民用、商用提供导航、定位、测速和授时等服务。1994年3月,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
GPS 上电后,每隔一定的时间就会返回一定格式的数据,数据格式为:
$信息类型,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x
每行开头的字符都是'$',接着是信息类型,后面是数据,以逗号分隔开。
GPS信息类型:
类型 | 解释 |
---|---|
GPGSV | 可见卫星信息 |
GPGLL | 地理定位信息 |
GPRMC | 推荐最小定位信息 |
GPVTG | 地面速度信息 |
GPGGA | GPS定位信息 |
GPGSA | 当前卫星信息 |
标准格式:
$GPGSV,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),…(4),(5),(6),(7)*hh(CR)(LF)
含义为:
标准格式:
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh
含义为:
标准格式:
$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR><LF>
含义为:
标准格式:
$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh
含义为:
标准格式:
$GPGSA,A,3,01,20,19,13,,,,,,,,,40.4,24.4,32.2*0A