GPS 接收器的工作原理 – 三边测量与三角测量

GPS 接收器的工作原理 – 三边测量与三角测量

  • 最近更新2022年08月28日

GPS 接收器使用三边测量

你有没有想过你的 GPS 接收器是如何工作的?他们使用一种称为三边测量的技术。

尽管 GPS 接收器经常与三角测量(测量角度)混淆,但它们实际上根本不使用角度。

三边测量涉及测量距离

让我们更详细地了解一下。

三边测量测量距离,而不是角度

GPS 系统如何使用三边测量确定您的位置?

使用一个简单的二维示例,假设我们有三颗 GPS 卫星,每颗卫星在空间中的位置已知。

三边测量 GPS 卫星

真的,卫星所做的只是广播一个信号,让您的 GPS 接收器在特定的时间和距离内接收。

例如,第一颗卫星广播的信号最终会击中您的 GPS 接收器。我们不知道角度,但我们知道距离。这就是为什么这个距离形成一个在所有方向上都相等的圆。

这意味着您的 GPS 位置可以在此特定半径的该圆上的任何位置。

三边测量卫星广播

当您的 GPS 接收到第二个信号时会发生什么?

同样,此距离会在所有方向上均等地广播,直到它到达您的 GPS 接收器。这意味着距离可以在该圆上的任何位置。

但这一次,我们与两颗卫星有两个已知的距离。对于两个信号,精确位置可以是圆相交的两个点中的任何一个。

三边测量卫星广播

因为我们有第三颗卫星,它会显示您的真实位置,所有三个圆圈相交的位置。

使用三个距离,三边测量可以精确定位。每颗卫星都位于球体的中心,它们相交的地方就是 GPS 接收器的位置。

随着 GPS 接收器位置的移动,每个圆的半径(距离)也会发生变化。

三边测量卫星广播

但现实是在我们的三维世界中,GPS 卫星以球体形式广播信号。

每颗卫星都在一个球体的中心。

所有球体相交的位置决定了 GPS 接收器的位置。

全球定位系统三边测量

阅读更多:GPS 精度:HDOP、PDOP、GDOP、多路径和大气

三角测量测量角度,而不是距离

另一方面,测量员使用三角测量来测量未知距离。他们通过建立基线长度来做到这一点。

三角测量

测量员使用经纬仪等仪器从每个点测量远处点的角度。当我们知道长度和角度时,三角测量通过形成三角形来确定距离,如上图所示。

例如,测量员从堪萨斯州的 Meade’s Ranch 收集了大约 26,000 个测站,以创建1927 年北美基准 (NAD27)。但全球定位系统使用世界大地测量 (WGS84)来参考位置。

结论

当 GPS 卫星广播它们的位置和时间时,三边测量会测量距离以查明它们在地球上的确切位置。

虽然测量员使用三角测量来测量远处的点,但 GPS 定位不涉及任何角度。

通过距离的测量,可以确定您的精确 GPS 位置。然而,HDOP、PDOP、GDOP 和大气等几个因素会影响GPS 精度和误差

GPS 是一个卓越的测量和导航系统,就像这10 个 GPS 应用程序一样。但是您想了解更多关于在轨卫星的信息吗?这里还有几篇文章可以建立您在该领域的专业知识:

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