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過年無聊~挑戰一下各位的gps傳統觀念

不是這樣的啦,真的要詳細講,可能太複雜了,就我所知的皮毛,簡單說明如下

1. 衛星方面:
GPS衛星與地球相對位置不是不動的喲,GPS衛星的軌道距地面約10900海哩(20180公里),在這個軌道上繞地球一圈需12小時,所以每顆衛星每天繞地球兩圈(有人提到軌道傾角了...GPS衛星的軌道傾角為55度所以南北極區也收的到喔),GPS衛星軌道的設計讓地面上任一點同時至少會有4顆衛星可用
題外話...至於軌道環繞地球的速度,請想像在繩子的一端綁上石頭,甩起來後繩子越短,轉速越快是吧,同理越低的軌道(繩短)繞地球的速度是越快地,而距離地球表面約35790km的軌道轉速剛好是24小時/圈,所以如果衛星環繞赤道上空35790km處,在地面看衛星就是停在空中了
GPS衛星上有非常精確的鐘,為了讓所有的衛星及地面校正站還有監測站有一致的時間標準,這也是整套系統精準度的基礎,而在世界各地的監控站控制著整個系統(主控站在美國Colorado Spring 的Falcon Air Force Base),也監測著衛星健康度及訊號品質
衛星在天上持續發出兩種UHF頻率的編碼電波,傳送包含衛星位置及衛星狀態還有其他訊息,稱為L1及L2,(現在好像有更多組了,我沒有update),兩組訊號都有加密,其中L1訊號一般民用的GPS晶片即可解碼,這就是我們手上(或車上)GPS機在作的事...接收...解碼...計算...算什麼呢?...機子所在位置相對於各衛星的距離

2.原理:
接下來的是重點了,用二匹貓的圖來解釋好了,
圖二
只收到一顆衛星,我有的資訊只有sat1的座標,所以我還不知道我和sat1的相對關係,這樣是畫不出紅圈的


圖三
現在收到兩顆衛星了,我的資訊有

1: sat1的座標
2: sat2的座標
3: 收到sat1和sat2訊號的時間差

利用以上3個資訊可解出我與

sat1的距離=d1
sat2的距離=d2

(我數學不好......別問我怎算)
所以圖二大致成立,但要注意的是,紅色球體(半徑=d1)的"表面" 和藍色球體(半徑=d2)的"表面" "交會處" 才是我有可能在的地方,而這個交會處的樣子光用想的話是要想破頭才想得出來的(親身體驗),不如去拿兩個沙灘球來比一比就知道了....答案是圓形
所以我有可能在這個圓上的任一點,很好,我們已把範圍縮小到數百公里的圓圈上

再來就是收到第三個衛星了,我實在很想自己畫一張圖,可是我的美術也不好...(你這廢柴,來點會的吧...),希望有心人能聽的懂我的說啥,來張圖頂著先(只要有心,應該人人都能聽懂吧...)

同上法,求得我與sat3的距離=d3

而黃球的表面與剛剛的圓圈圈交會處就有可能是我們所在的地方,事實上我們會得到兩個可能的交會點,為什麼?不是說3顆就能定位,那是因為兩點之中一定會有一點非常接近理論上地球表面的位置,因為使用者不太可能飛入太空或是鑽入地心然後還用GPS找路,所以,就選那比較接近地表的一點,這就是2D定位啦

如果有4顆衛星到位,高度訊息成為可靠,才有3D定位出現,這就是GPS的大略原理







天亮了,我也該去睡了,過年真的太無聊了嗎...


toypig wrote:
恕刪~~

1. 衛星方面:
GPS衛星與地球相對位置不是不動的喲,GPS衛星的軌道距地面約10900海哩(20180公里),在這個軌道上繞地球一圈需12小時,所以每顆衛星每天繞地球兩圈(有人提到軌道傾角了...GPS衛星的軌道傾角為55度所以南北極區也收的到喔),GPS衛星軌道的設計讓地面上任一點同時至少會有4顆衛星可用




豁然開朗!!!!!加分


那請問 高手:
如果GPS衛星是每天繞地球2週
那是不是 意味我們於理想狀態下,
同一地點 早上6點收到的衛星數目 與 早上10點收到的衛星數目 是不一樣的
也就是 要測量 GPS的收訊情況 也要把時間的變數 包括在內了?


又如 高手所提的 "GPS衛星軌道的設計讓地面上任一點同時至少會有4顆衛星可用"
請問:
那是否表示 世界上 真有 一些地方 只能收4顆GPS衛星,不知是哪個國家那麼倒楣?
我想 GPS產品 在那些國家 應該不能賣了吧!
那相對的 是否有哪些國家可以收到12顆以上的GPS衛星呢?
還是,真如台灣是一個福地,得天獨厚 可收12顆GPS就是 世上最多了?



又如同前輩所說"..........其中L1訊號一般民用的GPS晶片即可解碼,這就是我們手上(或車上)GPS機在作的事...接收...解碼...計算...算什麼呢?...機子所在位置相對於各衛星的距離 .........
"

那是否表示我們GPS接收機 接收衛星訊號 應為: [有接收到訊號 or 無接收到訊號] 2種結果
那我們在GPS接收上 衛星接收圖 上的顯示長條圖 的 衛星接收強度 是否在實質意義上就不大了?



還有一個疑問: 一般我們在GPS接收機上 顯示衛星接收圖 上的長條圖 下面都會有一個號碼
例如 12. 31. 9. ........等
請問:這些號碼有什麼涵義呢?




謝謝


GPS最基本的原理
就是用三個(或多於三個)已知點求一個未知點
利用三個已知點 且測得已知點與未知點間的距離
算出未知點的座標

通訊衛星必須要是"同步衛星"
大家都不希望通訊到一半 突然斷訊吧
而高度36000公里軌道的衛星都是同步衛星

GPS衛星的週期印象中不是12小時...

GPS軟體號碼代表衛星編號
長條代表該衛星的訊號強度

其實這標題搜尋一下就有相關討論了...
Harvey, Hearty, Happy, Honey~


如果GPS衛星是每天繞地球2週
那是不是 意味我們於理想狀態下,
同一地點 早上6點收到的衛星數目 與 早上10點收到的衛星數目 是不一樣的
也就是 要測量 GPS的收訊情況 也要把時間的變數 包括在內了?

答:正確,GPS運行週期為11小時56分,故一天繞地球兩週,但地球會自轉,若你今天與明天早上8點在同一地點觀測,你會發現衛星都相同,但位置有一點點偏移,因為週期較短之故


又如 高手所提的 "GPS衛星軌道的設計讓地面上任一點同時至少會有4顆衛星可用"
請問:
那是否表示 世界上 真有 一些地方 只能收4顆GPS衛星,不知是哪個國家那麼倒楣?
我想 GPS產品 在那些國家 應該不能賣了吧!
那相對的 是否有哪些國家可以收到12顆以上的GPS衛星呢?
還是,真如台灣是一個福地,得天獨厚 可收12顆GPS就是 世上最多了?

答:台灣不會是最多的最好應該在赤道,最差在南北兩極,下圖是我模擬衛星在北極所會跑的軌跡,因軌道頃角55度之故,在正北極的位置的天水平座標系統,衛星高度不會超過55度,天水平座標系統,就是你們在PAPAGO看到那個衛星圖




又如同前輩所說"..........其中L1訊號一般民用的GPS晶片即可解碼,這就是我們手上(或車上)GPS機在作的事...接收...解碼...計算...算什麼呢?...機子所在位置相對於各衛星的距離 .........
"

答:L1、L2或會來的L5指的是頻帶,L1是1575.42MHZ,碼分C/A CODE 與P CODE,這兩種的每一個碼長不同,P<C/A 為1:10,故單位小,量起來的經度當然更高,但一般人用不到,詳細我不多說。我跟你解說計算是算什麼,太多了我盡量掐頭去尾? GPS天線接收GP信號,經過濾波與放大到前置器並將高頻轉中頻,並透過基頻IC將中頻類比信號轉成數位信號,將此數位信號解調之後,取出星歷資料導航訊息,並求得每顆衛星的偽距,根據跟每顆衛星的距離,以及我們也知道所收衛星的座標推出GPS接收機的座標,舉個例來說,你知道你家外面有2跟電線桿,第一根到你家是50公尺,第二根到你家是75公尺,若有地圖,在地圖上第一根電線桿以半徑50尺劃個圓,第二根以75公尺劃個圓,所交叉的點就是你家的位置(當然沒那麼簡單....那個要寫很多數學式,有機會私底下聯絡我把GPS內部演算法跟大家解釋...但會很難)



那是否表示我們GPS接收機 接收衛星訊號 應為: [有接收到訊號 or 無接收到訊號] 2種結果
那我們在GPS接收上 衛星接收圖 上的顯示長條圖 的 衛星接收強度 是否在實質意義上就不大了?

答:還是有意義,訊號較差在解碼時可能會有錯誤或者無法鎖定衛星,當然在那一刻就無法使用該顆弱信號的衛星來定位


還有一個疑問: 一般我們在GPS接收機上 顯示衛星接收圖 上的長條圖 下面都會有一個號碼
例如 12. 31. 9. ........等
請問:這些號碼有什麼涵義呢?

答:這叫PRN碼,每顆衛星都有一組PRN(偽隨機雜訊),每一個碼是1024個BIN,因GPS是分碼多工(CDMA),所以在一樣頻率下,發送不同的碼,用以盼斷是哪一棵衛星....手好酸不寫了,有機會在說
基本上GPS的定位方式是採用「後方交會」的定位方式
也就是每個衛星的位置都是已知的
每個衛星都會一直廣播自己的位置
而GPS接收器則是計算電波的時間來測出與衛星間的距離
當任兩顆衛星與GPS接收器所形成的三角型越接近正三角型
則定位的誤差會越小
至於通訊位星又稱為同步衛星
如果站在地球上看的話(假設看得見)
同步衛星看起來機乎是不會動的
因為唯有如此才能準確傳送廣播視訊
至於同步衛星的軌道如果沒記錯的話應該是十萬八千公里左右
在這個軌道上繞地球公轉一圈剛好是24小時
與地球自轉同步故稱為同步衛星
至於軍用的衛星則是軌道越低越好
才能拍地面拍得更佳的效果
但也由於受地球引力的影響及大氣的影響較大
衛星的夀命也較短

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