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GPS衛星定位基本原理,gps定位原理

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目前，智能手機的GPS定位方式主要有兩種：直接使用GPS系統進行定位和輔助GPS系統定位，也叫作A-GPS（AssistedGPS） 。但在這種情況下，定位需要的時間會比較長，一般需要幾分鐘，而A-GPS條件下則定位時間更短，只需要幾秒鐘；定位的準確性可能會相對較差，定位效果主要取決于周圍環境遮擋情況和手機內置的GPS芯片的性能 。
GPS的定位原理是應用了相對論嗎？

GPS衛星定位基本原理,gps定位原理


想必題主剛剛參加了“百萬英雄”的答題，其中有一道就是問GPS衛星定位應用到了什么理論，在可供選擇的答案中相對論是正確的 。事實上，不管是美國的GPS系統，還是我國的北斗系統，都需要應用到相對論，這個問題在北斗衛星導航系統的官網中有簡單介紹 。下面，就對這個問題做個較為詳細的計算 。根據愛因斯坦的相對論，在不同參照系中，時間流逝速率是不一樣的，時間并非絕對的 。
【GPS衛星定位基本原理,gps定位原理】根據狹義相對論，如果有個時鐘相對于地球運動，那么，靜止在地球上的觀察者會測得運動時鐘走得比地面靜止的時鐘更慢，這個效應是由運動引起的 。由于GPS衛星在太空中相對于地球的運動速度達到了1.4萬千米/小時（3889米/秒），那么，GPS時鐘的時間ΔT會慢于地面時鐘的時間Δt，它們之間存在如下的關系式：其中v是GPS時鐘的速度，c是光速（299792458米/秒） 。
代入數值，可以計算出ΔT≈0.999999999916Δt 。這意味著地面時鐘過1秒，GPS時鐘過0.999999999916秒，所以GPS時鐘稍慢于地面時鐘 。如果累積一天的時間，GPS時鐘走得比地面時鐘慢（1-0.999999999916）×24×3600×10^6微秒≈7微秒 。另一方面，根據廣義相對論，如果有個時鐘遠離包括地球在內的大質量天體，那么，我們在地球上會測得遙遠時鐘走得比地面時鐘更快，這個效應是由引力引起的 。
由于GPS衛星距離地面2萬千米，那么，GPS時鐘的時間ΔT會快于地面時鐘的時間Δt 。如果不考慮地球自轉的影響，根據引力時間膨脹效應的計算公式可得：其中Δt0為遠離任何大質量天體的時鐘時間，G為萬有引力常數，M為地球質量，r為時鐘與地心的距離 。代入數值可以得到ΔT=0.9999999998318Δt0，Δt≈0.999999999304Δt0，從而可以得到ΔT≈10.0000000005278Δt 。
這意味著地面時鐘過1秒，GPS時鐘過1.0000000005278秒，所以GPS時鐘稍快于地面時鐘 。如果累積一天的時間，GPS時鐘走得比地面時鐘快（1.0000000005278-1）×24×3600×10^6微秒≈45微秒 。因此，綜合狹義和廣義相對論效應，GPS時鐘每天走得比地面時鐘快38微秒 。如果不消除這種時間差，那么，就會導致定位誤差一天的累計值高達38×10^-6×299792458×10^-3千米≈11.4千米，這是必須要消除掉的 。
如果沒有網絡，智能手機上的GPS如何工作？
GPS衛星定位基本原理,gps定位原理


目前，智能手機的GPS定位方式主要有兩種：直接使用GPS系統進行定位和輔助GPS系統定位，也叫作A-GPS（Assisted GPS） 。A-GPS定位是需要手機聯網的，其工作原理是通過在衛星信號接收效果較好的位置上設置若干參考GPS接收機，解算出當前的衛星星歷等信息，然后通過移動網絡將該終端需要的星歷和時鐘等輔助數據發送給終端，終端根據輔助信息可以進行快速的信號捕獲 。
此外，終端還可以根據解算出來的誤差信息進行輔助定位，提高導航定位的精度和可靠性 。A-GPS是需要將輔助信息傳輸給終端的，通常采用的是移動通信網絡來進行信息的傳輸，比如4g網絡等地基的移動通信網絡，所以，如果沒有網絡A-GPS是不可用的 。但是，事實上，單純的GPS定位是不需要網絡的，因為GPS衛星導航系統是利用手機內的GPS芯片接收來自GPS衛星的信號，并對信號進行同步和解算獲取位置信息，當接收到超過4顆衛星的時候，就可以實現導航定位 。

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