GPS卫星定位系统的工作原理

~ 1. GPS卫星定位系统由24颗卫星组成，这些卫星以大约12小时的周期绕地球运行，确保地面上的任何位置在任何时间都能同时接收到至少4颗卫星的信号。
2. 卫星的准确位置已知，通过测量卫星与接收机之间的距离，并应用三维空间中的距离公式，可以计算出接收机的位置（X, Y, Z）。
3. 由于卫星时钟与接收机时钟之间可能存在差异，实际上有四个未知数需要解算，即X、Y、Z和时间差。因此，需要第四颗卫星来构成四个方程式，以解算出观测点的确切位置，包括经纬度和高程。
4. 实际应用中，接收机通常能够锁定多于四颗卫星。在这种情况下，接收机会根据卫星星座的分布将卫星分成多组，每组四颗卫星，并通过算法选择误差最小的一组来进行定位，这有助于提高定位的精度。
5. 然而，由于卫星轨道的误差、卫星时钟的不准确性、大气层和对信号的电离层影响，民用GPS的定位精度通常只有大约10米。
6. 为了提高定位的精度，差分GPS（DGPS）技术被广泛采用。这种技术通过建立基准站（差分台）进行GPS观测，并将观测值与已知的精确基准站坐标进行比较，得出修正值，然后将这些修正值发布出去。
7. 接收机接收到这些修正值后，会将其与自身的观测值进行比较，从而消减大部分误差，得到一个更准确的位置。实验证明，采用差分GPS技术，定位精度可以提高到大约5米。
8. GPS模块是GPS信号接收器，可以通过无线蓝牙或有线方式与电脑或手机连接，并将接收到的GPS信号传递给设备中的GPS软件进行处理。
9. GPS模块像“收音机”一样接收和解码卫星的C/A码信号，这些信号的频率为1575.42MHz。模块本身不发射信号，而是被动接收定位信号。
10. GPS模块的应用关键在于串口通信协议的制定，包括模块的输入输出协议格式，主要涉及数据类型和信息格式。这些信息可以通过串口与GPS接收机进行通信。
11. GPS模块通过计算与每个卫星的伪距离，并采用距离交会法来确定接收机的位置，包括经度、纬度、高度和时间修正量等四个参数。该方法的特点是定位速度快，但可能存在较大误差。
12. 首次定位的模块至少需要四颗卫星参与计算，这种定位称为3D定位。如果只有三颗卫星，可以实现2D定位，但精度会降低。
13. GPS模块通过串行通信口不断输出NMEA格式的定位信息及辅助信息，这些信息可供接收者选择并应用于他们的需求。

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