gps導航演算法

『壹』 gps地圖如何導航編輯為你揭秘導航演算法

4.1 地圖匹配問題介紹
利用車載GPS接收機實時獲得車輛軌跡，進而確定其在交通矢量地圖道路上的位置，是當前車載導航系統的基礎。獨立GPS車載導航系統中克服GPS誤差以及地圖誤差顯示車輛在道路網上的位置主要是通過地圖匹配演算法，也就是根據GPS信號中的數據和地圖道路網信息，利用幾何方法、概率統計方法、模式識別
或者人工神經網路等技術將車輛位置匹配到地圖道路上的相應位置 [8-12]。由於行駛中的車輛絕大部分都是在道路上的，所以通常的地圖演算法都有一個車輛在道路上的默認前提。地圖匹配的准確性決定了
GPS車輛導航系統的准確性、實時性與可靠性。具體來說取決於兩方面：確定當前車輛正在行駛的路段的准確性與確定車輛在行駛路段上的位置的准確性。前者是現有演算法的研究重點，而後者涉及到沿道路方向的誤差校正，在現有演算法中還沒有得以有效解決。地圖匹配的目標是將軌跡匹配到道路上，當道路是准確的時，也就成了確定GPS的准確位置，然後利用垂直映射方法完成匹配。要實時獲得車輛所在的道路及位置通過地圖匹配來實現是一種比較普遍而且成本較低的方法。車輛導航與定位系統中的地圖匹配問題概括來講就是將車載GPS接收機獲得的帶有誤差的GPS軌跡位置匹配到帶有誤差的交通矢量地圖道路上的相應位置。下面我們通過具體的數學模型來給地圖匹配問題以詳細的數學描述。
地圖匹配的基本過程如圖4.1所示。符號定義及其物理意義說明如下：
1) g(k)是車輛GPS軌跡點，內容為k時刻車輛上的GPS定位數據（經緯度），對應於矢量地圖上相應的經緯度位置點。由於GPS誤差和矢量地圖誤差的存在，當車輛在道路弧段Si 上行駛時，g(k)通常並不位於弧段Si 上。
2) p(k )為g(k)的地圖道路匹配點，表示地圖匹配演算法對g(k)進行偏差修正獲得的車輛k時刻在矢量地圖道路上的對應點，簡稱g(k)的匹配點。匹配點所在矢量地圖弧段Si上的位置，應該盡可能反映出實際車輛在該段道路上的相應位置。
3) e(k)為g(k)的地圖匹配修正量，表示g(k)與其匹配點p(k)間的誤差修正。需要指明匹配點所在的弧段p(k) .Si 時，使用符號e(k)[Si ] 表示g(k)對於弧段Si 上的匹配點所使用的匹配修正量。上述3個基本量之間的關系如圖畫所示，即p(k) = g(k) + e(k) (4)
地圖匹配修正量e(k)源自於GPS定位誤差和交通矢量地圖精度誤差的綜合誤差效應。

『貳』 ：GPS導航，A-GPS技術，GLONASS導航分別是什麼功能

1、GPS導航，A-GPS技術，GLONASS導航的功能如下：

（1）GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統）的簡稱。主要目的是為陸海空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，並用於情報搜集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的。

（2）A-GPS中文意思為「輔助GPS」它使用的無線電定位技術，間接使用了GPS，像中國移動和聯通的基站定位等。

（3）GLONASS是俄羅斯的全球定位系統，類似於我們常說的GPS系統（由美國運行維護）。另外歐盟也在研究自己的定位系統，叫GALILEO（伽利略）便於衛星定位系統，覆蓋中國及周邊國家定位。

『叄』 車載GPS如何能實現定位導航的

GPS模塊定位原理

24顆GPS衛星在離地面1萬2千公里的高空上，以12小時的周期環繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛星。

由於衛星的位置精確可知，在GPS觀測中，衛星到接收機的距離，利用三維坐標中的距離公式，利用3顆衛星，就可以組成3個方程式，解出觀測點的位置（X,Y,Z）。考慮到衛星的時鍾與接收機時鍾之間的誤差，實際上有4個未知數，X、Y、Z和鍾差，因而需要引入第4顆衛星，形成4個方程式進行求解，從而得到觀測點的經緯度和高程。

事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛星，這時，接收機可按衛星的星座分布分成若干組，每組4顆，然後通過演算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。

由於衛星運行軌道、衛星時鍾存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，使得民用GPS的定位精度只有10米。為提高定位精度，普遍採用差分GPS(DGPS）技術，建立基準站（差分台）進行GPS觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數，並對外發布。接收機收到該修正數後，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較准確的位置。實驗表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。

什麼是GPS模塊

GPS 模塊就是GPS信號接收器,它是一個可以用無線藍牙或有線方式與電腦或手機連接，將它接收到的GPS信號傳遞給電腦或手機中的GPS軟體進行處理。我們常說的GPS定位模塊稱為用戶部分，它像「收音機」一樣接收、解調衛星的廣播C/A碼信號，中以頻率為1575.42MHz。GPS模塊並不播發信號，屬於被動定位。

GPS模塊的應用關鍵在於串口通信協議的制定，也就是模塊的相關輸入輸出協議格式。它主要包括數據類型與信息格式，其中數據類型主要有二進制信息和NMEA全國海洋電子協會數據信息。這兩類信息可以通過串口與GPS接收機進行通信。

GPS模塊通過運算與每個衛星的偽距離，採用距離交會法求出接收機的得出經度、緯度、高度和時間修正量這四個參數，特點是點位速度快，但誤差大。初次定位的模塊至少需要4顆衛星參與計算，稱為3D定位，3顆衛星即可實現2D定位，但精度不佳。GPS模塊通過串列通信口不斷輸出NMEA格式的定位信息及輔助信息，供接收者選擇應用。

『肆』 GPS定位原理

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統，是由美國建立的一個衛星導航定位系統，利用該系統，用戶可以在全球范圍內實現全天候、連續、實時的三維導航定位和測速；另外，利用該系統，用戶還能夠進行高精度的時間傳遞和高精度的精密定位。
現實生活中，GPS定位主要用於對移動的人、寵物、車及設備進行遠程實時定位監控的一門技術。GPS定位是結合了GPS技術、無線通信技術(GSM/GPRS/CDMA)、圖像處理技術及GIS技術的定位技術，主要可實現如下功能：
1．跟蹤定位
監控中心能全天侯24小時監控所有被控車輛的實時位置、行駛方向、行駛速度，以便最及時的掌握車輛的狀況。
2．軌跡回放
監控中心能隨時回放近60天內的自定義時段車輛歷史行程、軌跡記錄。（根據情況，可選配軌跡DVD刻錄服務）
3．報警（報告）
3.1，超速報警：車輛行駛速度超出監控中心預設的速度時，及時上報監控中心
3.2，區域報警（電子圍欄）：監控中心設定區域范圍，車輛超出或駛入預設的區域會向監控調度中心給出相應的報警
3.3，停車報告：調度中心可對車輛的歷史停車記錄以文字形式生成報表，其中描述車輛的停車地點、時間和開車時間等信息，並可對其進行列印。
3.4，應急報警： 一旦遇有緊急險情（如遭劫等），請馬上按動應急報警按鈕，向監管中心報警，監管中心即刻會知道您處於緊急狀態以及您所在的位置。經核實後，進入警情處置程序，助您脫險。（註：一旦應急報警按鈕啟動，此設備會立即關閉通話功能，但簡訊功能正常）
3.5，欠壓報警，當汽車電瓶電壓過低時，車載主機會自動向監控中心報警，由監控中心值班員提醒用戶及時給車輛充電。
3.6，剪線報警，車輛主電瓶被破壞後或不能供電時，內置備用電池可維持產品繼續工作，並向監控中心發送剪線報警。
4．地圖製作功能
根據查看需要，客戶可以添加修改自定義地圖線路，以更好服務企業運行
5．里程統計
系統利用GPS車載終端的行駛記錄功能和GIS地理系統原理對車輛進行行駛里程統計，並可生成報表且可列印。
6．車輛信息管理
方便易用的管理平台，提供了車輛、駕駛人員、車輛圖片等信息的設定，以方便調度人員的工作。
7．簡訊通知功能
將被控車輛的各種報警或狀態信息在必要時發送到管理者手機上，以便隨時隨地掌握車輛重要狀態信息。
8．車輛遠程式控制制
監控中心可隨時對車輛進行遠程斷油斷電，鎖車功能。
9．車載電話
車載電話可以象普通手機一樣拔打電話，調度中心可對此電話進行遠程許可權設置，即呼入限制、呼出限制、只能呼叫指定的若干電話號碼。
10．油耗檢測
實時監控車輛的油耗變化，並生成歷史時段油量變化報表或油量曲線圖，進而直觀反映出油量的正常消耗與非正常消耗及加油數量不足等現象，達到油耗高水平管理，杜絕不良事件的發生。（需搭配油量感測器）
11．車輛調度
調度人員確定調度車輛或者在地圖上畫定調度范圍，GPS系統自動向車輛或者畫定范圍內的所有車輛發出調度命令，被調度車輛及時回應調度中心，以確定調度命令的執行情況。GPS系統還可對每輛車成功調度次數進行月統計。 智能自檢 車載終端可以進行自我診斷，一旦發生故障，就會向中心發出故障通知，方便工作人員維修，確保設備正常工作。
GPS計劃始於1973年 ，已於1994年進入完全運行狀態。GPS的整個系統由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成：
空間部分（太空部分）
GPS的空間部分是由24顆GPS工作衛星所組成，這些GPS工作衛星共同組成了GPS衛星星座，其中21顆為可用於導航的衛星，3顆為活動的備用衛星。這24顆衛星分布在6個傾角為55°的軌道上繞地球運行。衛星的運行周期約為12恆星時。每顆GPS工作衛星都發出用於導航定位的信號。GPS用戶正是利用這些信號來進行工作的。
控制部分
GPS的控制部分由分布在全球的由若干個跟蹤站所組成的監控系統所構成，根據其作用的不同，這些跟蹤站又被分為主控站、監控站和注入站。主控站有一個，位於美國克羅拉多（Colorado）的法爾孔（Falcon）空軍基地，它的作用是根據各監控站對GPS的觀測數據，計算出衛星的星歷和衛星鍾的改正參數等，並將這些數據通過注入站注入到衛星中去；同時，它還對衛星進行控制，向衛星發布指令，當工作衛星出現故障時，調度備用衛星，替代失效的工作衛星工作；另外，主控站也具有監控站的功能。監控站有五個，除了主控站外，其它四個分別位於夏威夷（Hawaii）、阿松森群島（Ascencion）、迭哥伽西亞（Diego Garcia）、卡瓦加蘭（Kwajalein），監控站的作用是接收衛星信號，監測衛星的工作狀態；注入站有三個，它們分別位於阿松森群島（Ascencion）、迭哥伽西亞（Diego Garcia）、卡瓦加蘭（Kwajalein），注入站的作用是將主控站計算出的衛星星歷和衛星鍾的改正數等注入到衛星中去。
用戶部分（地面接收）
GPS的用戶部分由GPS接收機、數據處理軟體及相應的用戶設備如計算機氣象儀器等所組成。它的作用是接收GPS衛星所發出的信號，利用這些信號進行導航定位等工作。 以上這三個部分共同組成了一個完整的GPS系統。 GPS的信號
GPS衛星發射兩種頻率的載波信號，即頻率為1575.42MHz的L1載波和頻率為1227.60MHz的L2載波，它們的頻率分別是基本頻率10.23MHz的154倍和120倍，它們的波長分別為19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分別調制著多種信號，這些信號主要有：
C/A碼
C/A碼又被稱為粗捕獲碼，它被調制在L1載波上，是1MHz的偽隨機雜訊碼（PRN碼），其碼長為1023位（周期為1ms）。由於每顆衛星的C/A碼都不一樣，因此，我們經常用它們的PRN號來區分它們。C/A碼是普通用戶用以測定測站到衛星間的距離的一種主要的信號。
P碼
P碼又被稱為精碼，它被調制在L1和L2載波上，是10MHz的偽隨機雜訊碼，其周期為七天。在實施AS時，P碼與W碼進行模二相加生成保密的Y碼，此時，一般用戶無法利用P碼來進行導航定位。
Y碼
見P碼。
導航信息
導航信息被調制在L1載波上，其信號頻率為50Hz，包含有GPS衛星的軌道參數、衛星鍾改正數和其它一些系統參數。用戶一般需要利用此導航信息來計算某一時刻GPS衛星在地球軌道上的位置，導航信息也被稱為廣播星歷。
SPS和PPS是GPS系統針對不同用戶提供兩種不同類型的服務。一種是標準定位服務(SPSStandard Positioning Service)，另一種是精密定位服務(PPSPrecision Positioning Service)。這兩種不同類型的服務分別由兩種不同的子系統提供，標準定位服務由標準定位子系統(SPSStandard Positioning System)提供，精密定位服務則由精密定位子系統(PPSPrecision Positioning System)提供。
SPS主要面向全世界的民用用戶。
PPS主要面向美國及其盟國的軍事部門以及民用的特許用戶。
在GPS定位中，經常採用下列觀測值中的一種或幾種進行數據處理，以確定出待定點的坐標或待定點之間的基線向量：
L1載波相位觀測值
L2載波相位觀測值（半波或全波）
調制在L1上的C/A碼偽距
調制在L1上的P碼偽距
調制在L2上的P碼偽距
L1上的多普勒頻移
L2上的多普勒頻移
實際上，在進行GPS定位時，除了大量地使用上面的觀測值進行數據處理以外，還經常使用由上面的觀測值通過某些組合而形成的一些特殊觀測值，如寬巷觀測值（Wide-Lane）、窄巷觀測值（Narrow-Lane）、消除電離層延遲的觀測值（Ion-Free）來進行數據處理。 GPS的誤差
我們在利用GPS進行定位時，會受到各種各樣因素的影響。影響GPS定位精度的因素可分為以下四大類：
人為
美國政府從其國家利益出發，通過降低廣播星歷精度（ 技術）、在GPS基準信號中加入高頻抖動（ 技術）等方法，人為降低普通用戶利用GPS進行導航定位時的精度。
衛星星歷誤差
在進行GPS定位時，計算在某時刻GPS衛星位置所需的衛星軌道參數是通過各種類型的星歷[7]提供的，但不論採用哪種類型的星歷，所計算出的衛星位置都會與其真實位置有所差異，這就是所謂的星歷誤差。
衛星鍾差
衛星鍾差是GPS衛星上所安裝的原子鍾的鍾面時與GPS標准時間之間的誤差。
衛星信號發射天線相位中心偏差
衛星信號發射天線相位中心偏差是GPS衛星上信號發射天線的標稱相位中心與其真實相位中心之間的差異。 GPS定位的基本原理是根據高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，採用空間距離後方交會的方法，確定待測點的位置。如圖所示，假設t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間△t，再加上接收機所接收到的衛星星歷等其它數據可以確定以下四個方程式：上述四個方程式中待測點坐標x、 y、 z 和Vto為未知參數，其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。
di (i=1、2、3、4) 分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4到接收機之間的距離。
△ti (i=1、2、3、4) 分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4的信號到達接收機所經歷的時間。
c為GPS信號的傳播速度（即光速）。
四個方程式中各個參數意義如下：
x、y、z 為待測點坐標的空間直角坐標。
xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4在t時刻的空間直角坐標，
可由衛星導航電文求得。
Vt i (i=1、2、3、4) 分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4的衛星鍾的鍾差，由衛星星歷提供。
Vto為接收機的鍾差。
由以上四個方程即可解算出待測點的坐標x、y、z 和接收機的鍾差Vto 。
事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛星，這時，接收機可按衛星的星座分布分成若干組，每組4顆，然後通過演算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。
由於衛星運行軌道、衛星時鍾存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍採用差分GPS(DGPS)技術，建立基準站(差分台)進行GPS觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數，並對外發布。接收機收到該修正數後，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較准確的位置。實驗表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。
車用導航系統主要由導航主機和導航顯示終端兩部分構成。內置的GPS天線會接收到來自環繞地球的24顆GPS衛星中的至少3顆所傳遞的數據信息，由此測定汽車當前所處的位置。導航主機通過GPS衛星信號確定的位置坐標與電子地圖數據相匹配，便可確定汽車在電子地圖中的准確位置。
在此基礎上，將會實現行車導航、路線推薦、信息查詢、播放AV/TV等多種功能。駕駛者只須通過觀看顯示器上的畫面、收聽語音提示，操縱手中的遙控器即可實現上述功能，從而輕松自如地駕車。

『伍』 GPS全球定位系統是如何實現定位的

這是一個由覆蓋全球的24顆衛星組成的衛星系統。這個系統可以保證在任意時刻，地球上任意一點都可以同時觀測到4顆衛星，以保證衛星可以採集到該觀測點的經緯度和高度，以便實現導航、定位、授時等功能。 全球定位系統(GPS)是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研製的新一代空間衛星導航定位系統。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，並用於情報收集、核爆炸監測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰略的重要組成。
GPS導航系統的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離，然後綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。
要達到這一目的，衛星的位置可以根據星載時鍾所記錄的時間在衛星星歷中查出。而用戶到衛星的距離則通過紀錄衛星信號傳播到用戶所經歷的時間，再將其乘以光速得到(由於大氣層電離層的干擾，這一距離並不是用戶與衛星之間的真實距離，而是偽距（PR）：當GPS衛星正常工作時，會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼（簡稱偽碼）發射導航電文。
GPS系統使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz,重復周期一毫秒，碼間距1微秒，相當於300m；P碼頻率10.23MHz，重復周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當於30m。而Y碼是在P碼的基礎上形成的，保密性能更佳。導航電文包括衛星星歷、工作狀況、時鍾改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛星信號中解調制出來，以50b/s調制在載頻上發射的。導航電文每個主幀中包含5個子幀每幀長6s。前三幀各10個字碼；每三十秒重復一次，每小時更新一次。後兩幀共15000b。導航電文中的內容主要有遙測碼、轉換碼、第1、2、3數據塊，其中最重要的則為星歷數據。當用戶接受到導航電文時，提取出衛星時間並將其與自己的時鍾做對比便可得知衛星與用戶的距離，再利用導航電文中的衛星星歷數據推算出衛星發射電文時所處位置，用戶在WGS-84大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。
可見GPS導航系統衛星部分的作用就是不斷地發射導航電文。然而，由於用戶接受機使用的時鍾與衛星星載時鍾不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標x、y、z外，還要引進一個Δt即衛星與接收機之間的時間差作為未知數，然後用4個方程將這4個未知數解出來。所以如果想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個衛星的信號。

『陸』 衛星導航演算法是怎麼回事屬於什麼專業呢

有專門的衛星導航專業。
衛星導航演算法摘要：
隨著人們對GPS定位技術研究的不斷深入，其應用領域已擴展到國民經濟的各個方面。單頻GPS接收機所提供的基於C/A碼測距的標准業務無論從定位精度還是從實時性方面都已無法滿足用戶越來越高的需求。近年來，隨著載波相位快速解算方法的提出和計算機運算能力不斷增強，使得高精度和實時性要求能夠同時滿足，從而發展出GPS載波相位快速精密定位技術。本文研究利用單頻GPS載波相位接收機進行快速精密定位的可行性。主要內容包括： ①介紹GPS快速精密定位技術的發展歷程以及伴隨著該技術的發展而產生的典型演算法。包括早期基於靜態初始化的准動態精密定位法和天線交換法、用於雙頻接收機的寬巷解法和快速模糊度搜索法FARA、基於觀測數據相差最小原理的模糊度函數法AFM以及最優Cholesky分解法、LAMBDA法和LSAST法等。 ②根據GPS載波相位測量原理，構造GPS載波相位觀測模型。通過對觀測模型的差分及線性化處理，得出位置解算演算法和求解步驟。 ③解決快速求解整周模糊度問題。把模糊度求解大體分為求模糊度浮點解和模糊度搜索兩個步驟。對於浮點解法，文中介紹了基於普通差分GPS的偽距差分法和通過約去位置參數來提高解算速度的約化序貫最小二乘法；對於模糊度搜索，本文詳細介紹並對比了最優Cholesky分解法、LAMBDA法和LSAST法等典型方法。 ④結合上文介紹的各種模糊度解算方法，對比其實現方法和結果，分析其優缺點和各自的適用場合。為下文選擇適用於太陽能自動跟蹤的演算法提供依據。 ⑤把GPS快速精密定位技術應用於太陽能自動跟蹤領域。建立太陽位置模型、提出聚能器定姿方案並制定跟蹤流程。以跟蹤所需的精度和實時性要求為指標篩選相應的整周模糊度解算方法。 ⑥選取約化序貫最小二乘法和最優Cholesky分解法進行整周模糊度解算模擬實驗。分析結果得出結論：用GPS載波相位定位技術實現太陽能自動跟蹤在精度和實時性等方面都是可行的且優勢明顯。

『柒』 gps導航原理是什麼

前面幾位包括滿意答案並沒有說清楚GPS的原理，原理是這樣的。每顆GPS衛星都在向外連續發生一個統一的時間信息，所有的GPS衛星的時間是嚴格同步的，你可以想像是將小型的原子鍾搬到衛星上。地面的接收設備同時接收數顆衛星的時間信號，由於傳輸的時延，每顆衛星的信號達到GPS終端的時延都不同，於是可以推算出GPS終端里每顆衛星的距離。因為衛星的位置是已知的，就可以計算出GPS終端所在的經緯度和海拔（這是有一套演算法的）。