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(一) 基本原理

地面接收機可以在任何地點、任何位置、任何氣象條件下進行連續(xù)觀測，并且在時鐘的控制下，測出衛(wèi)星信號到達接收機的時間Δt，進而確定衛(wèi)星與接收機之間的距離ρ:

ρ = c×?t +∑δ i

式中， c 為信號傳播速度， ∑δ i 為有關(guān)的改正數(shù)之和。

GPS 定位就是把衛(wèi)星看成是移動的控制點，根據(jù)測量的星站距離進行空間距離后方交會，確定地面接收機的位置。

GPS 定位的基本原理圖

如上圖所示，A、B、C 為已知瞬時位置的衛(wèi)星點，接收機的位置坐標可由下式計算：

式中：XA，YA，ZA 為 A 點的空間直角坐標；XB，YB，ZB 為 B 點的空間直角坐標；XC，YC，ZC為 C 點的空間直角坐標。

(二) 偽距法定位原理

衛(wèi)星根據(jù)自己的星載時鐘發(fā)出含有測距碼的調(diào)制信號，經(jīng)過 ?t 時間的傳播后到達接收機，此時接收機的偽隨機噪聲碼發(fā)生器在本機時鐘的控制下，又產(chǎn)生一個與衛(wèi)星發(fā)射的測距碼結(jié)構(gòu)完全相同的“復制碼”。通過機內(nèi)的可調(diào)延時器將復制碼延遲時間 τ ，使得復制碼與接收到的測距碼“對齊”。在理想情況下，時延 τ 就等于衛(wèi)星信號的傳播時間 ?t ，將傳播速度 c 乘以時延τ ，就可以求得衛(wèi)星至接收機的距離 ρ ：

ρ = c ×τ

考慮到衛(wèi)星時鐘和接收機時鐘不同步的影響、電離層(高度在 50～1000km 的大氣層)和對流層(高度在 50km 以下的大氣層)對傳播速度的影響，所以稱作偽距。真正距離 ρ 和偽距 ρ 之間的關(guān)系式：

式中：δρ ion，δρ trop 分別表示電離層和對流層的折射改正；vta ，vtb 分別表示衛(wèi)星時鐘的鐘差改正和接收機的鐘差改正。

(三) 載波相位測量法定位原理(差分法)

載波相位測量的觀測量是 GPS 接收機所接收的衛(wèi)星載波信號與接收機本振參考信號的相位差。以

表示 k 接收機在接收機鐘面時刻 tk 時所接收到的 j 衛(wèi)星載波信號的相位值,

表示接收機在鐘面時刻所產(chǎn)生的本地參考信號的相位值，則 k 接收機在接收機鐘面時刻 tk 時觀測 j 衛(wèi)星所取得的相位觀測量為：

接收機與觀測衛(wèi)星的距離為：

通常的相位或相位差測量只是測出一周以內(nèi)的相位值，實際測量中，如果對整周進行計數(shù)，則自某一初始取樣時刻( t0)以后就可以取得連續(xù)的相位測量值。

如下圖所示，在初始 t0 時刻，測得小于一周的相位差為

，其整周數(shù)為

，此時包含整周數(shù)的相位觀測值應為：

接收機繼續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號，不斷測得小于一周的相位差

，并利用整波計數(shù)器記錄從 t0 到 ti 時間內(nèi)的整周數(shù)變化量

，只要衛(wèi)星從 t0 到 ti 之間信號沒有中斷，則初始時刻整周模糊度

就為一常數(shù)，這樣，任一時刻 ti 衛(wèi)星到 k 接收機的相位差為：

載波相位測量原理圖