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James369
V2EX  ›  问与答

GNSS 卫星定位系统的 定位原理中有 2 个不明白的地方?

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  •   James369 · 2021-05-09 20:39:15 +08:00 · 1546 次点击
    这是一个创建于 1294 天前的主题,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。
    看了一些资料,它的定位基本原理是这样的:
    通过 4 颗卫星来画 4 个球面(电波在空间的传播速度 v * 时间 t ),4 个球面在空间中将交汇在一个点,这个点就是确定后的终端位置。

    但是有些疑问:
    1. 地面的终端设备上的时间与卫星的时间如果不一致有没有影响? 不一致如何求出准确的距离。
    2. 需要知道卫星在空间中的精确位置吗,如果需要,但卫星是在不断移动中有没有影响? 前后时间差卫星已经发生走位。
    15 条回复    2021-05-10 15:31:37 +08:00
    des
        1
    des  
       2021-05-09 20:41:44 +08:00
    1 、时间用的是卫星时间,有个 GPS 同步时间的功能就是这个时间
    2 、我不知道,等后人回答
    Xusually
        2
    Xusually  
       2021-05-09 20:45:34 +08:00
    1 、没有影响。非但没有影响,反而 GNSS 系统还有个很重要的功能就是授时。GNSS 的报文里会自带时间信息。
    2 、对于你这个问题本身而言,是不需要知道空间中的精确位置。但是星历数据还是需要的,对启动搜星有帮助。
    James369
        3
    James369  
    OP
       2021-05-09 20:49:29 +08:00
    @Xusually 在不知道位置和距离的情况下授时,不大明白怎么精确授时过程?
    luckykong
        4
    luckykong  
       2021-05-09 20:50:07 +08:00
    卫星轨道是固定的。时间确定好,查星历就能确定卫星的精确位置
    lizy001
        5
    lizy001  
       2021-05-09 21:01:16 +08:00
    多年前学过 gnss 来回答一下,若有错误请大家指正
    1,有影响的,但是这个影响对于民用来说影响不大,而且接收端和发射端都有一定的算法去减少误差。
    2,这个简单来说是不需要,具体的距离通常通过电磁波周期测算。电磁波是正弦波,有个术语叫整周模糊度。用于估计星-站距离,多个卫星多个方程减小误差。
    gnss 涉及到的东西比较复杂但是不难理解,想研究的话找一本 gnss 书看看就好,
    James369
        6
    James369  
    OP
       2021-05-09 21:10:02 +08:00
    @lizy001 哈哈,越来越触及知识盲区了,没想到这么复杂。听说再加上一种叫差分解算的,可以将定位精度做到厘米级别。真的是厉害。想想卫星和终端的个头都不止厘米那么小,电波传输还要穿过大气层离子层,科技真的强大。
    opengps
        7
    opengps  
       2021-05-09 21:11:02 +08:00
    1,没影响,准确来说,地面设备可以直接采用卫星的时间。我理解为卫星的 4 个时间差异计算出的当前坐标。
    2,计算时候应该不需要,这种位置计算,只需要把收到的几个信号带入某种公式。(其实实际应用中经常海平面做一个纬度,用三颗卫星计算位置)
    lizy001
        8
    lizy001  
       2021-05-09 21:15:05 +08:00
    @James369 差分需要多台设备,二差三差去尽量减少误差,不过一般的手机定位对于个人来说也足够用了
    gtexpanse
        9
    gtexpanse  
       2021-05-09 23:06:39 +08:00 via iPhone
    1. 没影响,都是用的卫星系统的时间
    2. 卫星的位置叫星历,可以加快设备启动后搜星的速度。定位过程中没用(但差分定位体系中会有用)
    jim9606
        10
    jim9606  
       2021-05-09 23:25:38 +08:00
    GNSS 事实上就是每个卫星上放了个原子钟,不停广播自身时间,终端接收卫星信号得到距离和卫星的时间,然后通过解一组方程(至少四个未知量:x 轴,y 轴,z 轴,时间)得到自身位置。
    不过这是朴素情况,还得考虑测距误差、广义相对论效应。
    shakoon
        11
    shakoon  
       2021-05-10 08:44:56 +08:00
    地面设备的时间是否准确是不影响定位的,只要卫星之间的时间是同步的即可,地面设备根据不同卫星传来的同一基准时间就能计算得出位置
    shadowspace
        12
    shadowspace  
       2021-05-10 10:48:07 +08:00 via Android   ❤️ 1
    空间坐标系中,地面点的坐标是 x,y,z,GNSS 定位原理是后方交会,两个球相交是一个面,三个球是两个点,但是只有一个点在地球表面上,所以三颗卫星即可确定位置。卫星和地面点之间的距离是卫星信号由卫星发射信号的时间到设备接收信号的时间的传播距离,所以需要确定卫星发射信号的时间,由接收机接收信号的时间减去信号传播的时间可以得到卫星发射信号的时间,所以卫星移动没有影响,但是要考虑在信号传播时间内的地球自转。因为卫星是原子钟,而接收机是石英钟,所以接收机的时间不准确,接收机的时间误差就是钟差,所以接收机的钟差也是待估参数,坐标 x,y,z 和钟差四个参数需要至少四颗卫星组成观测方程求解(线性代数基本原理)
    shadowspace
        13
    shadowspace  
       2021-05-10 11:01:54 +08:00 via Android
    卫星的空间位置越精确,地面的位置才能越精确,定位模式分为 SPP (卫星位置不精确,米级),RTK (消除卫星位置误差的影响,厘米级),PPP (精确的卫星位置,厘米级)
    killeder
        14
    killeder  
       2021-05-10 11:07:04 +08:00
    4 颗卫星可以解出 4 个变量,包括坐标 x,y,z 以及当时的时间 t
    KouShuiYu
        15
    KouShuiYu  
       2021-05-10 15:31:37 +08:00
    1. 地面的终端设备上的时间与卫星的时间如果不一致有没有影响? 不一致如何求出准确的距离。
    有影响,而且卫星时间都是用的精确的原子钟,卫星不仅有定位功能还有授时的功能,
    2. 需要知道卫星在空间中的精确位置吗,如果需要,但卫星是在不断移动中有没有影响? 前后时间差卫星已经发生走位。
    需要知道,卫星有星历,某一时间的位置是可以可以确定的,
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