17、空间技术：GPS与遥感技术解析

空间技术：GPS与遥感技术解析

1. GPS 技术

1.1 工作原理

GPS 卫星位于地球高空，每颗卫星持续发射包含特定信息的信号。这些信息有信号发送时间、卫星精确轨道（星历）以及所有 GPS 卫星的系统整体状况和大致轨道（历书）。信号在太空中以光速传播，在大气层中传播速度稍慢。GPS 接收器通过精确计时来计算自身位置，利用接收到每个信号的时间来测量与各卫星的距离，这一过程运用了三边测量技术，类似于三角测量，基于三角形几何原理确定物体相对位置。接收器计算出的坐标会转换为更便于用户使用的形式，如经纬度或地图上的位置，并最终显示给用户。

理论上，由于空间是三维的，三颗卫星似乎就足以让 GPS 接收器计算位置，但实际上通常需要第四颗卫星来补偿接收器时钟的不准确性，从而大幅提高定位精度。使用四颗卫星时，接收器可确定四个参数：海拔、纬度、经度和时间。不过，并非所有参数在任何时候都必需。例如，一艘已知海拔为 0 的船只在海上仅需三颗卫星就能计算位置。当可见卫星少于四颗时，可借助其他线索，如最后已知位置、航位推算和惯性导航。

1.2 技术组成

GPS 由三个主要部分组成：
- 空间段 ：由环绕地球运行并从太空发射无线电信号的卫星构成。最早的卫星于 1978 年进入轨道，随着时间推移，卫星技术日益复杂。目前存在五种不同类型的卫星（Block I、Block II、Block IIA、Block IIR 和 Block IIF）。最初，空间段包含 24 颗每 12 小时绕地球一圈的 GPS 卫星，分布在六个轨道平面，每个平面四颗卫星，卫星间距 60°，与赤道倾角约 55°，这种配置确保地球上任何位置任何