GPS定位精度的估算


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卫星系统的用户可以测算出自己在地球上的位置,如果他知道自己与三颗卫星或更多卫星之间的距离的话。估算的精确度取决于一系列因素包括电子设备的精度、信号穿越大气层的影响以及已知的卫星位置到底有多精确和其几何排列的顺序。


  使用更多的卫星可以增加位置估算的精度,然而如果卫星广泛地分布于用户的上空也可以增加定位精度。实际上四颗卫星就也可以取得理论上的最大定位精度,这就要求其中三颗要均匀地分布在水平面上。换句话说就是以120度为间隔,第四颗卫星位于用户的正上方。从这种最佳几何排列中移动任何一颗卫星都将降低用户定位的最佳精度。天易GPS定位


  由于“北斗”卫星导航系统总共只有三颗卫星在轨,因此就要求用户装有一台高精度原子钟。或者其它的必要条件也行,如用户处于海平面位置,这种条件使得该导航系统除了用于舰船导航之外在陆上几乎毫无用武之力。由于在这种情况下即使没有卫星导航也可以得到一个合理的定位精度,因此本文在此不予具体论述。我们将假设用户携带了一只作工粗糙的小型高精度时钟或是一台同步的价格不贵误差也不是很大的时钟。天易GPS定位


  近年来原子钟越来越普及,中国肯定已经将或是自己制定或是购自国外的高精度时钟安装在导航卫星上了。不管怎么样,虽然我们对中国的一个步兵排甚至是一辆坦克能否在野外成功地操作这一装置持怀疑态度,但是我们绝对有理由相信中国的飞机能够携带原子钟并做到时钟与卫星的同步化,以此来确保导弹发射后数分钟时间里所最必需的精度。


  卫星的几何排列,就像用户所看到的,在决定系统的精确度方面起着非常重要的角色。中国位于地球同步轨道上的三颗卫星远远没有达到最佳化的几何排列。如果用户靠近赤道的位置,这三颗卫星看起来就像是从头顶穿过的一条直线。这种几何排列虽然能够很好地决定经度,但在测量纬度或高度方面却存在着很大的缺陷。实际上在赤道平面上,美国的GPS系统测量经度的精确度要比北斗卫星强一千倍,这个比较是建立在假设两个系统都存在着电子设备、大气失真及其它来源所引发的相同的误差基础之上的(另外,用户的原子钟不可避免也存在着误差,除非也像卫星上安装的原子钟一样经常进行数据更新,在此我们不予考虑)。因此,北斗星座的用户在赤道上测量纬度的误差范围至少是一个东西10米、南北3000米的大椭圆。同样,在高度的测量方面,美国的GPS系统精度也要超出中国10倍。


  当用户向北方移动时,纬度和高度的精确度实际上在某种程度上得到了改善,这是因为北斗星座的几何排列看起来更加合理一些。当用户越向北前进,卫星看起来越靠近水平线,也就是说星座越逼近它的最佳几何排列。台湾台北的一个用户使用该系统时,经度精确度大约10米,而纬度精度大概只能有100米左右了。虽然这比赤道附近的用户有了极大的改进,但要想靠这种精度制导航空炸弹却还远远不够。用户越往北,精度就会增加,直到北纬80度线,在那里“北斗一号”卫星系统的经度测量精确度可以与GPS系统相媲美。这个比较也是建立在两个系统存在着所有其它来源误差相同的假设基础之上的。更加有趣的是,如果用户所处的海拔高度增加上百公里,那么系统在北纬地区的精确度还会随之相应增加。天易GPS定位


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