GPS基本原理“交會(huì)法”定位已知一顆衛(wèi)星的位置和接收器到它的距離，就可以確定接收器在一個(gè)球面上。已知兩顆衛(wèi)星的位置和接收器到它們的距離，就可以確定接收器在一個(gè)環(huán)上。如果知道三顆衛(wèi)星的位置和接收器到它們的距離，通常可以確定接收器一定位于兩點(diǎn)之一。若排除一點(diǎn)接收器的位置就確定了。GPS術(shù)語：衛(wèi)星（Satellite）----SpaceVehicle(SV)；接收器（Receiver）----UserEquipment(UE)。三個(gè)未知量需要三個(gè)方程確定時(shí)間的必要性至少有兩個(gè)原因用戶需要知道精確的時(shí)間：用戶通過測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)的延遲來確定與衛(wèi)星之間的距離。衛(wèi)星、用戶以及它們所在的坐標(biāo)系（固定在地球上）都是運(yùn)動(dòng)的。它們的位置都需要時(shí)間來確定。假設(shè)用戶的時(shí)鐘慢千分之一秒，于是延遲就多了0.001秒，所測(cè)量得的距離也就多了三百公里。GPS衛(wèi)星的速率大約是每秒3.87公里。赤道上一點(diǎn)由于地球自轉(zhuǎn)移動(dòng)的速率是每秒456米。所以以上千分之一秒的誤差將引起大約3870*0.001=3.87米的誤差。GPS中的幾個(gè)時(shí)間變量用戶鐘差和偽距用戶接收器用的是便宜的石英鐘，其所測(cè)得的時(shí)間有顯著的誤差。用戶不能通過自己的時(shí)鐘得到準(zhǔn)確的時(shí)間。從而用戶也不能通過GPS信號(hào)的延遲直接得到與衛(wèi)星的距離。于是，在GPS中引入一個(gè)變量叫做“偽距”（Pseudorange(PR)）。它的定義是用戶到衛(wèi)星的幾何距離與用戶鐘差之和。偽距是GPS接收機(jī)最主要的測(cè)量值。GPS方程（“TOA”法）從偽距的定義我們可以得到“GPS”方程或“偽距方程”：四個(gè)未知數(shù)需要至少四個(gè)方程，即四顆衛(wèi)星的位置和偽距。只要已知準(zhǔn)確，未知便可以準(zhǔn)確求得。已知的誤差會(huì)影響未知的準(zhǔn)確。偽距中的誤差我們可以偽距表達(dá)為：準(zhǔn)確值通常是我們想知道的；觀測(cè)值是從儀器中讀來的，可以直接用的；公差是因?yàn)橐恍?shù)學(xué)物理原因產(chǎn)生的，應(yīng)該去除的；通常對(duì)殘差不作處理。衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星軌道的誤差也影響GPS的準(zhǔn)確度，即時(shí)廣播衛(wèi)星位置精度大約是3m，后期的精確軌道最高可以小于3cm。通常把衛(wèi)星位置的誤差轉(zhuǎn)換成偽距的誤差。我們想要的偽距有時(shí)不是真實(shí)用戶到衛(wèi)星真實(shí)位置的偽距，而是用戶真實(shí)位置到我們所計(jì)算出的GPS衛(wèi)星的位置。用戶鐘面時(shí)刻誤差用戶鐘面時(shí)刻誤差是指記錄下來的觀測(cè)時(shí)刻和真實(shí)的觀測(cè)時(shí)刻的差值，它幾乎對(duì)用戶定位沒有影響，但是直接影響授時(shí)的準(zhǔn)確度（原因見后）。通常把用戶鐘面時(shí)刻誤差也轉(zhuǎn)換成偽距中的誤差（如下公式），對(duì)于不同的衛(wèi)星這個(gè)誤差在同一時(shí)刻下是相同的。在不考慮精確授時(shí)和系統(tǒng)異常時(shí)，我們通常把用戶鐘面時(shí)刻誤差包含在殘差里。所有的誤差都可以轉(zhuǎn)換到偽距中至此，GPS的各種誤差都可以轉(zhuǎn)換到偽距中；所以可以認(rèn)為在GPS中的誤差都是從偽距中而來。在GPS術(shù)語中,用戶相關(guān)距差，UserEquivalentRangeError(UERE)定義為在用戶端各種誤差的總合。它包括用戶距差UserRangeError(URE)和用戶儀器誤差UserEquipmentError(UEE).UEE是指由用戶端造成的誤差，URE是用戶以外造成的誤差，它決定GPS精度的最高限度。

SIS（SignalinSky）是指只考慮URE，而忽略用戶端誤差（即UEE）的條件。時(shí)間和位置GPS方程有一個(gè)性質(zhì)，用戶的時(shí)間和位置相互正交，由偽距的不同的性質(zhì)來決定。來自不同衛(wèi)星的偽距總體的公共絕對(duì)值大小直接決定用戶授時(shí)的的準(zhǔn)確，對(duì)用戶的定位影響非常小。來自不同衛(wèi)星的偽距之間的差值將影響用戶的定位，而對(duì)用戶的授時(shí)影響很小。用戶授時(shí)與定位假設(shè)在某一時(shí)刻所測(cè)得所有偽距有一個(gè)公共誤差是+300m，于是這個(gè)誤差將引起授時(shí)慢1微秒，而這個(gè)誤差引起的定位的誤差將小于毫米級(jí)。如下面的公式，在實(shí)際情況中是遠(yuǎn)小于萬分之一。同一用戶鐘面時(shí)刻下，如果兩組（一組四條）偽距的總和相同，只是每組之間的差值有一些不同。則這兩組偽距的定位的差別大小相當(dāng)于其間差值的不同，而授時(shí)通常要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其間差值。衛(wèi)星和用戶相對(duì)幾何位置對(duì)精度的影響偽距誤差對(duì)用戶位置和時(shí)間影響（精度因子，即兩個(gè)誤差的比值）的大小只取決衛(wèi)星和用戶的相對(duì)幾何位置。下圖是在一個(gè)二維的例子中，圓心是衛(wèi)星環(huán)的寬度是距離的誤差。所測(cè)位置應(yīng)該位于兩環(huán)的交叉區(qū)域。GPS的精度因子（DOP）時(shí)間和空間參考系統(tǒng)

精確的測(cè)量須要精確的“尺子”GPS系統(tǒng)用GPS時(shí)間參考系統(tǒng)：GPS時(shí)間是由多個(gè)在GPS主監(jiān)控站的原子鐘來確定的。衛(wèi)星和用戶的時(shí)鐘都以GPS時(shí)間為基準(zhǔn)。GPS采用地球坐標(biāo)系，有多個(gè)空間參考系統(tǒng)，其官方空間坐標(biāo)系是WGS-84：高精度的定位需要高精度的空間坐標(biāo)，空間坐標(biāo)與地殼的變遷，地球重力場(chǎng)的變更，以及潮汐力有關(guān)。需要大量數(shù)據(jù)來維護(hù)。這些空間系統(tǒng)主要是通過跟蹤地球衛(wèi)星來確定的。WGS-84是由美國(guó)軍方來維護(hù)的，精度不是很高。GPS的三個(gè)組成部分空間部分GPS的設(shè)計(jì)星座有24顆，21顆工作加3顆備用。衛(wèi)星上有數(shù)臺(tái)原子鐘，同時(shí)有慣性及GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星可以數(shù)個(gè)頻率的L段微波信號(hào)，現(xiàn)今2個(gè)用于GPS導(dǎo)航。現(xiàn)今GPS信號(hào)用CMDA方式調(diào)制導(dǎo)航信息到精確基準(zhǔn)頻率信號(hào)。GPS衛(wèi)星還可以接收控制站的指令，切換信號(hào)及改變軌道。GPS衛(wèi)星還有其他保留的軍用功能?？刂撇糠?個(gè)的監(jiān)控站或天線站基本上環(huán)繞地球赤道，其中4個(gè)有上載功能。其中主控站在科羅拉多北美防空司令部附近。以外還有一個(gè)備用主控站?？刂撇糠忠豁?xiàng)重要任務(wù)是維護(hù)GPS的官方參考系統(tǒng)。用戶部分即用戶的接收機(jī)，接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，讀解星象信息同時(shí)測(cè)量和比較偽距，最終確定用戶的位置、速度、時(shí)間（PVT）等信息。總結(jié)綜述GPS接收器需要四顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)來確定用戶的位置和時(shí)間（以及速度）（PVT），一共四個(gè)未知量。GPS接收器的主要測(cè)量量是偽距，偽距是用戶與衛(wèi)星的幾何距離和用戶鐘差之和。通常把GPS系統(tǒng)的誤差（包括星象誤差）都轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的偽距的誤差，正確的偽距應(yīng)該得出用戶準(zhǔn)確的PVT信息。用戶的位置和時(shí)間是正交的，由偽距不同的性質(zhì)而確定的。偽距的誤差和用戶位置時(shí)間的誤差的比值叫做精度因子，精度因子只決定于衛(wèi)星和用戶的相對(duì)幾何位置。GPS是