原创 汽车电子之新秀--GPS导航(转)

那么，到底一个 GPS 卫星传送了那些资讯给我们呢 ? GPS 的讯号中包含了一个叫 'pseudo-random code', 假乱数码  ephemeris (发音: ee-fem-er-is) 以及星历资料 ( 人造卫星在轨道上很穏定很精确的运行，因此如同天文学中的卫星一样, 有一定的规律) 。Pseudo-random code 识别那个卫星正传送的资料，有 I.D. 识别码。我们是以 PRN (pseudo-random number) 来参照各个卫星的，从1 到 32，并且这个号码会显示在我们的GPS 接收机上, 告诉我们所收到讯号的有那些卫星. 为什么有多于 24 个的 PRN 编号呢 ? 其实, 这只是单纯用来维护卫星网路的运作. 一个替换或备用的卫星可以在它所要接替的卫星真正失效之前就启动启用的, 编号只是单纯的用于分办 (再提一次, 编号是从 1 到 32) 新加入的卫星.
星历表中的资料是由每一个卫星持续传送下来的, 其中包含了重要的资讯, 如卫星的状态(正常或不正常hy ), 目前的资料, 时间等. 没有这些资料讯息, 您的GPS接收机将不知道目前的时间与日期. 而且这些资料是用来定位时的核心资料.

星历资料告诉 GPS接收机每一个 GPS卫星在一整天中应有的位置. 每一个卫星传送的星历呈现了轨道的资讯.

现在, 要取得您的位置, GPS 接收机比较由每个卫星传送下来的时间. 这个时间的差距告诉了我们的GPS接收机每个卫星距离我们多远. 若我们了解其它卫星的资讯, 我们可以用叁角测量的方法计算求得我们的位置. 这也是 GPS真正的作用. 当至少叁个卫星或更多的卫星求得时, 您的GPS接收机就可以求得一组经纬度座标而什么叫做 2D 定位锁定. 当 4 个以上的卫星讯号求得时, GPS接收机可以得到 3D 定位, 这包括了经纬度以及高度. 经由位置资料不断的更新, GPS就可以计算出我们的速度与方向等旅程电脑所需的资料了.

有一个因素影响到 GPS的精确性，就是所谓的卫星几何演算。In simple terms，卫星几何参照某些卫星的位置来推算其它卫星的位置 (由GPS接收机内建的透视算法)。若一具GPS接收机锁定了某四个卫星且所有这四个卫星在GPS接收机上空的南与西方。卫星分布相当的差，事实上，GPS接收机也许不能提供定位。为什么呢 ? 因为所有用来量测距离的讯号都来自于同一个方向。这意味着在这种条件下叁角测量有其困难，量测距离的区域有着高度的重迭 (例如：由笔尖晕出来的墨水造成了很大的面积，要写细字是不可能的 ) 在这种情况下，即使GPS接收机提供了座标, 但是精确度将不会太好 (或许会有 300 - 500 英尺的误差)。

就这四个相同的卫星，若我们将它们往所有的方向延展。我们的定位精度将会有戏剧性的增加. 假设这四个卫星同时的延展相隔约 90 度角 (东南西北四个方向)。现在卫星的几何位置将会非常有利于从各个方向来量测距离。其共同于量测距离的的共同的面积会变小。如此我们将可以求得更准确的位置. 就这个方案下，即使在 SA 之下，我们的精度还是可以维持在 100 英尺之内，甚至于更佳。


卫星几何演算也成为使用 GPS接收机于交通工具中的必要利器, 环境上极接近高层的建物, 或着山谷地型及街道区域.  GPS 卫星有些收讯经常会中断, 同相互位置来演算卫星将决定量测位置的精确性 (而且剩馀的卫星数量将决定定位是否可以取得).在天空被建物与地形因素的遮蔽下, 定位将会变的非常的困难.  高阶的GPS接收机不只显示出那些卫星是有效的被使用的, 而且还会显示它们在天空的位置, 所以您可以由此来判断目前GPS接收的状况..

另一个影响到 GPS精确性的因素为 Multipath. 这是由于无线电讯号被物体反射而导致的误差. Multipath 就如同电视讯号所产生的鬼影. GPS的 Multipath 导致讯号的反弹, 改变讯号方向与路径. 这将会增加它抵达GPS接收机的时间, 进而造成距离计算上的误差. 使GPS误判卫星的距离而变的更远些. 通常它会造成约 15 英尺的误差.


还有其它导致误差的来源吗 ? 熟知无线电的朋友一定知道"Propagation" 电离层所造成的迟延. 所以它造成的时间差类型的误差. GPS接收机的设计中有对这类因素提供补偿, 而且非常的有效率. 但不能完全的排除这一类型的误差. 无线电的速度在真空下相当于光线. 速度会受到大气中的电离层及对流层影响而减缓速度.