GPS卫星导航长期以来一直是创建定位系统的标准，并已广泛用于各种跟踪器和导航器中。在项目中，Arduino GPS使用不需要理论基础知识的各种模块进行集成。但是，真正的工程师应该对理解GPS操作的原理和方案感兴趣，以便更好地了解该技术的功能和局限性。
GPS工作流
GPS是由美国国防部开发的卫星导航系统，用于确定确切的坐标和时间。它可以在任何天气条件下在世界任何地方工作。GPS由三部分组成-卫星，地球站和信号接收器。
创建卫星导航系统的想法起源于上世纪50年代。一个观察苏联卫星发射的美国科学家小组注意到，随着卫星的接近，信号频率随着远离卫星而增加和减少。这清楚地表明，可以在知道卫星在地球上的坐标的情况下测量卫星的位置和速度，反之亦然。卫星向近地轨道的发射在导航系统的发展中发挥了巨大作用。并在1973年创建了DNSS（NavStar）计划，根据该计划，卫星被发射到了地球中轨道。该程序在1973年获得了GPS的名称。
GPS系统目前不仅用于军事领域，而且还用于民用目的。GPS的应用领域很多
。
板块构造-跟踪板块的振动；
确定地震活动；
卫星跟踪运输-您可以监视运输的位置，速度并控制其移动；
测量-确定土地的确切边界；
制图;
导航;
游戏，地理标志和其他娱乐场所。
该系统最重要的缺点是在某些条件下无法接收信号。GPS工作频率在分米波长范围内。这导致以下事实：由于高云，树木茂密的树叶，信号电平可能会降低。无线电源，干扰器，在极少数情况下甚至是电磁风暴也会干扰正常的信号传输。数据的准确性将在极地地区恶化，因为卫星不会高出地球。
GPS的主要竞争对手是俄罗斯GLONASS系统（全球导航卫星系统）。该系统于2010年开始其全面的工作，自1995年以来一直在尝试积极使用它。两种系统之间存在一些差异：
编码不同-美国人使用CDMA，俄罗斯系统使用FDMA；
不同大小的设备-GLONASS使用更复杂的模型，因此，能耗和设备大小都会增加；
卫星在轨道上的排列和移动-俄罗斯系统提供了更广泛的领土覆盖范围以及更精确的坐标和时间确定。
卫星寿命-美国卫星的质量不断提高，因此使用寿命更长。
除了GLONASS和GPS外，还有其他不太流行的导航系统-欧洲伽利略和中国北斗。
GPS描述GPS的
工作原理GPS的
工作原理如下：信号接收器测量从卫星到接收器的信号传播延迟。接收器从接收到的信号中接收有关卫星位置的数据。为了确定从卫星到接收器的距离，信号延迟应乘以光速。
从几何学的角度来看，导航系统的操作可以如下所示：几个球体相交，用户位于其中，这几个球体在中间。每个球的半径分别等于到该可见卫星的距离。来自三颗卫星的信号提供有关纬度和经度的数据，第四颗卫星提供有关物体在表面上方的高度的信息。可以将获得的值简化为方程式系统，从中可以找到用户坐标。因此，为了获得准确的位置，有必要对距卫星的距离进行4次测量（如果排除不太可能的结果，则三个测量就足够了）。
通过计算出的卫星位置与实际位置之间的差异引入对获得的方程式的校正。由此产生的误差称为星历，范围为1至5米。同样，干扰，大气压力，湿度，温度，电离层和大气的影响也有贡献。总的来说，所有错误的总数可以使错误达到100米。一些错误可以用数学方法消除。
要减少所有错误，请使用差分GPS模式。在其中，接收机通过无线电信道从基站接收对坐标的所有必要的校正。总测量精度达到1-5米。在差分模式下，有两种方法可以调整接收到的数据-这是对坐标本身的校正和对导航参数的校正。第一种方法使用起来很不方便，因为所有用户都必须在同一颗卫星上工作。在第二种情况下，用于确定位置的设备本身的复杂性显着增加。
有一类新的系统可以将测量精度提高到1厘米，卫星方向之间的角度对精度有很大的影响。角度较大时，将以更高的精度确定位置。
美国国防部可能会人为地降低测量精度。为此，在导航设备上设置了特殊的S / A模式-限制访问。该模式是为军事目的而设计的，以便在确定精确坐标时不会给敌人带来优势。从2000年5月开始，限制访问模式被取消。
所有的误差源都可以分为几类：
轨道计算中的误差；
与接收器有关的错误；
与障碍物多次反射信号相关的错误；
电离层，对流层信号延迟；
卫星位置的几何形状。
主要特征
GPS系统包括24颗人造地球卫星，地面跟踪站网络和导航接收器。要求观测站确定和控制轨道参数，计算弹道特性，调整与运动轨迹的偏差并控制航天器硼上的设备。
GPS导航系统的特征：
卫星数量-26颗，主21颗，备用5颗；
轨道平面数-6；
轨道高度为20,000公里；
卫星的寿命是7.5年；
工作频率-L1 = 1575.42 MHz; L2 = 12,275.6 MHz，功率分别为50 W和8 W；
导航确定的可靠性-95％。
有几种类型的导航接收机-便携式，固定式和航空。接收器还具有许多参数：
信道数-在现代接收器中，使用12至20个信道；
天线类型；
提供制图支持；
显示类型；
附加功能；
各种技术特征-材料，强度，防潮，敏感性，存储容量等。
导航器本身的工作原理首先是设备尝试与导航卫星进行通信。一旦建立连接，便发送历书，即有关位于同一导航系统内的卫星轨道的信息。仅与卫星的通信不足以获取准确的位置，因此其余卫星将其星历表传送到导航仪，这对于确定偏差，干扰系数和其他参数是必需的。
冷，热和热启动GPS导航器
首次打开导航器或长时间休息后，开始等待很长时间才能接收数据。等待时间长是由于导航器的内存丢失或历书和星历过时，因此设备必须执行一系列操作来获取或更新数据。等待时间或所谓的冷启动时间取决于各种指标-接收器的质量，大气状态，噪声，可见卫星的数量。
要开始工作，导航器必须：
找到一颗卫星并与之建立连接;
获取年历并并将其保存在内存中；；从其
卫星；
再找到三颗卫星其保存的建立通信，并从接收星星历
使用星历和卫星位置计算坐标。仅
经历了整个周期后，，，设备才能开始工作。这种启动称为冷启动。
热启动与与冷启动明显不同。在导航员的记忆中，，已经存在当前的的年历和星历表。年历的数据有效期为30天，星历历为为30分钟。因此，该设备已关闭了很短的时间。通过热启动，该算法将更加简单-设备在必要时与卫星建立连接，更新星表并计算位置
位置种情况下，年历是相关的，并且星历表需要更新.. 它比热启动要花更多的时间，但比冷启动要少得多。
社群中心状语从句：使用自制
自制商商降低商降低接收机定义的准确性。只有在获得专业许可的情况下，才能进行精确的工作。
俄罗斯联邦的的规定了旨在秘密获取信息的特殊技术手段（STS NPI）。其中包括GPS追踪器，用于对车辆和其他物体的移动进行默认控制。非法技术工具的主要标志是其保密性。因此，在购买设备之前，您需要仔细研究特性，外观，是否存在隐藏功能，以及的的的的的
