为什么卫星定位系统中必须有一颗卫星来矫正时钟误差
由于不是使用同步卫星,因此卫星相对于地面进行高速移动。所以必须使用相对论进行卫星时间的修正。
参照三球交汇定位的原理,根据3颗卫星到用户终端的距离信息,根据三维的距离公式,就依靠列出3个方程得到用户终端的位置信息,即理论上使用3颗卫星就可达成无源定位,但由于卫星时钟和用户终端使用的时钟间一般会有误差。
而电磁波以光速传播,微小的时间误差将会使得距离信息出现巨大失真,实际上应当认为时钟差距不是0而是一个未知数t,如此方程中就有4个未知数,即客户端的三位坐标(X,Y,Z),以及时钟差距t;
故需要4颗卫星来列出4个关于距离的方程式,最后才能求得答案,即用户端所在的三维位置,根据此三维位置可以进一步换算为经纬度和海拔高度。
若空中有足够的卫星,用户终端可以接收多于4颗卫星的信息时,可以将卫星每组4颗分为多个组,列出多组方程,后通过一定的算法挑选误差最小的那组结果,能够提高精度。
电磁波以30万千米/秒的光速传播,在测量卫星距离时,若卫星钟有一纳秒(十亿分之一秒)时间误差,会产生三十厘米距离误差。尽管卫星采用的是非常精确的原子钟,也会累积较大误差,因此地面工作站会监视卫星时钟,并将结果与地面上更大规模的更精确的原子钟比较,得到误差的修正信息。
最终用户通过接收机可以得到经过修正后的更精确的信息。当前有代表性的卫星用原子钟大约有数纳秒的累积误差,产生大约一米的距离误差。
为提高定位精度,还可使用差分技术。在地面上建立基准站,将其已知的精确坐标与通过导航系统给出的坐标相比较,可以得出修正数,对外发布,用户终端依靠此修正数,可以将自己的导航系统计算结果进行再次的修正,从而提高精度。例如,全球定位系统使用差分全球定位系统后,定位精度可达到5米左右。
扩展资料:
空间定位原理
在空间中若已经确定A、B、C三点的空间位置,且第四点D到上述三点的距离皆已知的情况下,即可以确定D的空间位置。
原理如下:因为A点位置和AD间距离已知,可以推算出D点一定位于以A为圆心、AD为半径的圆球表面,按照此方法又可以得到以B、C为圆心的另两个圆球,即D点一定在这三个圆球的交汇点上,即三球交汇定位。北斗的试验系统和正式系统的定位都依靠此原理。
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