2025年GPS及其定位技术原理 .pdfVIP

博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。——《礼记》

GPS及其定位技术原理

GPS（全球定位系统）是基于卫星导航技术的一种定位系统。它通过

一系列卫星在空间中进行广播，接收用户设备信号并计算出设备的位置信

息。GPS定位技术原理主要包括卫星轨道和时钟校正、信号传输和接收以

及位置解算三个部分。

首先，GPS系统由一组卫星构成，它们分布在固定的轨道上。通过恒

星导航计算得到星座中每颗卫星的精确位置，并利用测控站进行周期性的

轨道修正。此外，为了保持卫星的时间准确性，GPS系统采用了高精度的

原子钟进行时钟校正，以确保卫星和地面设备之间的时间同步。

其次，GPS系统通过无线电波在卫星与用户设备之间进行信号传输。

卫星将包含时间、位置和健康状态等信息的导航消息进行广播，用户设备

则通过天线接收这些信号。GPS信号频率较高，可直接穿过大气层，但在

传输过程中还是会受到电离层、大气湿度和建筑物等的影响。因此，GPS

系统通过频率扩展、编码和差分改正等技术来提高信号质量和抗干扰能力。

最后，用户设备通过接收多个卫星的信号并计算出其与各卫星之间的

距离，从而进一步确定设备的位置。设备需要同时接收至少4颗卫星的信

号才能进行定位，因为每颗卫星提供了三个未知数（x，y，z坐标）以及

一个时间未知数。设备利用接收到的卫星信号中包含的导航数据计算出距

离，并通过多边测量法来确定自己的位置。这个过程采用了三角形计算、

椭球面模型和时间同步等数学原理和方法。

需要指出的是，由于各种因素的影响，GPS定位并不是百分之百准确

的，可能存在一定的误差。常见的误差主要包括天线相位中心偏差、大气

延迟、多径效应（信号反射导致的多个接收点）和钟差等。为了提高定位

人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。——刘鹗

精度，现代GPS系统还引入了差分GPS和增强型GPS技术。差分GPS利用

信号传输过程中的误差参量进行纠正，而增强型GPS则结合了其他辅助定

位技术，如惯性导航系统和地面基站等，提供更高精度的定位结果。

总之，GPS定位技术基于卫星导航原理，通过卫星轨道和时钟校正、

信号传输和接收以及位置解算等步骤来确定用户设备的具体位置。随着技

术的发展和应用的广泛，GPS在航空、交通、农业、测绘和导航等领域有

着重要的应用价值。