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北斗衛星是如何實現手機定位的?

最近有網友在問,手機上的GPS、北斗定位是一個怎麼樣的原理,為什麼地面上這麼多裝置只靠天上二十來個衛星就能實現準確定位,這麼多定位請求能處理得完嗎?這就涉及到全球衛星定位的原理啦,今天超能課堂就為大家講一講其中的奧妙。

網站劫持檢測


1、檢測網站是否被劫持
2、域名是否被牆
3、DNS汙染檢測
4、網站開啟速度檢測
5、網站是否被黑、被入侵、被改標題、被掛黑鏈

【深度檢測】
1、可以檢測多層js劫持、圖片劫持、FLASH劫持、地區電信劫持、DNS劫持、域名被牆、DNS汙染
2、可以獲取嚴重佔用載入時間的JS或者圖片、css等html所用檔案
3、不支援搜尋引擎快照劫持檢測
最長等待時間為10分鐘。 此項選擇考慮方向為:各大電信商連結檢測網站速度有快慢。

最近有網友在問,手機上的GPS、北斗定位是一個怎麼樣的原理,為什麼地面上這麼多裝置只靠天上二十來個衛星就能實現準確定位,這麼多定位請求能處理得完嗎?這就涉及到全球衛星定位的原理啦,今天超能課堂就為大家講一講其中的奧妙。

目前在天上執行的全球衛星定位系統有很多個,例如最早美國人發明的GPS,中國的北斗、歐盟的伽利略、俄羅斯的格洛納斯、日本的準天頂,它們都是目前可以商用的全球衛星定位系統。儘管它們提供的功能可能有所差別,比如中國北斗衛星系統提供了簡訊服務,但在衛星定位上,它們的本質原理都是共通的。

 

 

首先現在的全球衛星其實都是無源

的,所謂的無源,那就是天上的衛星並不是實時追蹤你的手機位置,然後告訴你在哪裡。因為在進行定位的時候,衛星通訊是單向的,手機只能被動接收來自衛星的資訊,而不能與衛星進行交流。因此全球衛星導航所支援裝置是沒有上限的,因為它不像基站需要雙向通訊,只是充當一個“大喇叭”,廣播資訊而已。

因此天上每一顆定位衛星都在幹一件事情,每時每刻都在不停地向地廣播資訊,資訊內容也很簡單,就是現在幾點了(t0),我在哪裡了(x0,y0,z0),就這四個要素。那麼手機SoC上整合的衛星訊號接收器就能通過天線獲取到這部分訊號內容。

電磁波在大氣中的傳播速度約等於光速c,那麼衛星發出的資訊經過若干秒後被手機接收,設接收時間為t,那麼資訊就在空中傳播了t-t0秒,那麼我們就可以算出衛星當前時刻與我們的手機距離S。

用小學知識就知道距離=速度×時間:

只知道距離是沒有用的,因為我們還沒有得知具體方位引數,這時候就利用上衛星發給我們的座標訊號(x0,y0,z0)。想象一下,將手機與衛星置身於三維座標系中,手機在頂點A(x,y,z)上,衛星在頂點B(x0,y0,z0),那麼是如何計算點A到點B的距離呢?

初中數學知識告訴我們,算起來很簡單嘛,用下面公式計算就可以得出結果了。

兩者相等s=s0,就可以得到一個新方程:

裡面有(x,y,z)三個未知數,是三元一次方程,單靠1個方程式解不出來,那隻要有3個這樣的方程應該就能解出來?是不是隻要同一時間鎖定三個衛星,得到它們的廣播的資料就能確定手機的位置呢?

理論上確實是這樣的,但精度上差別非常大。這是因為我們手機的時鐘訊號並不可靠,精度遠遠不如衛星上所使用的時鐘訊號,由於光的傳播速度每秒高達300000km,一丁點時間誤差都會出現“失之毫厘謬以千里”的問題,因此會在定位系統中引入一個鐘差的概念。

方程的改進就是將前面求得距離減去因鐘差帶來的誤差C×(Vti—Vt0),這樣就可以實現更精確的定位了。這個鐘差是未知的,所以為了確定鐘差,衛星定位實際上是需要同時鎖定4顆衛星。(Vti(i=0、1、2、3)分別為衛星0、衛星1、衛星2、衛星3的衛星鐘鐘差,由衛星星曆提供,已知;Vto為接收機的鐘差)

這就是為什麼我們手機需要同時接收天上四顆衛星訊號的原因,有了四個衛星提供的資訊,就能夠組合出4個四元一次方程組,就可以解出手機座標(x,y,z)以及接收機的鐘差Vto了嗎?

這就完成了衛星定位最基本、最淺顯的原理,以上都是在非常理想的狀態下得出的,實際上還要複雜、考慮的更多,實際在各大全球衛星定位系統中都存在誤差問題,衛星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應等誤差,一個極小的誤差都會被放大很多倍從而導致整個定位無效,因此出現了很多修正誤差的方法:

比如說前面提及的鐘差問題以及衛星絕對位置,衛星的位置是由每個國家的專門機構進行維護,定期將推算和編制的衛星星曆、鐘差、導航電文和其他控制指令等資訊通過注入站寫入衛星儲存系統,因此位置準確度可以達到釐米級別。同時衛星上的一般均採用高精度原子鐘進行計時,比如銫原子種要經過2000萬年才會多1秒誤差,所以衛星提供的(x0,y0,z0,t0)可以視為絕對可靠。


中國北斗三號星曆,授時精度優於50ns

同時聯動更多的衛星:

因此如果在同一時間內,手機能夠搜尋到儘量多的定位衛星就可以實現更加精確的定位,實際上手機上衛星訊號接收機很聰明,在鎖定4顆以上衛星時,會按衛星的星座分佈劃分成多個組別,每組四顆,從中挑選出誤差最小的一組用於解碼定位,這樣定位精度就比以前高多了。關鍵詞批量查詢程式


中國北斗三號一共由35個衛星組成

引入差分技術(Differential GPS):

為提高定位精度,普遍採用差分技術,建立基準站進行觀測,利用已知的基準站精確座標,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,從而得到一個比較準確的位置,這種方式可以將定位精度提高到5米。

雙頻定位:

在面對更加複雜的誤差因素時候,如果手機衛星定位模組支援雙頻接收機,可以根據兩個不同頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分,從而提供更準確的定位資訊,這就是最近手機廠商們不停宣傳的雙頻衛星定位。


小米8釋出會PPT


華為Mate 20釋出會演示的雙頻GPS定位

A-GPS輔助定位:

現在手機為了提供更加快捷高效的定位服務,發展出了AGPS,也就是AssistGPS。它就是利用小區基站進行輔助定位,基站上帶有高精度定位儀器,自帶高精度時鐘減少時差,實時接收天上定位衛星訊號,從而得知誤差大概是多少,手機只要通過行動網路下載星曆、誤差資料,就可以實現快速定位。


誰來翻譯一下。。。

有了精確的位置資訊,配合上高精度地圖軟體資訊,就算是路痴,也能在陌生的地方找到最快捷的路徑,這裡面可少不了全球定位衛星的功勞哦。

附送目前在軌執行的衛星定位系統工作頻段、編碼方式。

 

 

轉自:http://www.expreview.com/65513.html

作者:樑俊豪