Het beginsel, de kenmerken en de toepassingen van GPS-modul positionering

Wat is een GPS-module?

De GPS-module is een GPS-signaalontvanger. Hij kan via draadloze Bluetooth of een bedrade verbinding worden aangesloten op een computer of mobiele telefoon, en hij zendt de GPS-signalen die hij ontvangt door naar de GPS-software in de computer of mobiele telefoon voor verwerking. De GPS-positioneringsmodule waar we vaak naar verwijzen, wordt het gebruikersgedeelte genoemd. Hij ontvangt en demoduleert het C/A-codesignaal dat door de satelliet wordt uitgezonden, met een frequentie van 1575,42 MHz, net als een "radio". De GPS-module zendt geen signalen uit en is een passief positioneringsapparaat. 
De sleutel tot de toepassing van de GPS-module ligt in de formulering van het seriële communicatieprotocol, dat wil zeggen het relevante invoer- en uitvoerprotocolformaat van de module. Het omvat voornamelijk gegevenstypen en informatieformaten, waarbij de gegevenstypen voornamelijk binaire informatie en NMEA (National Marine Electronics Association) data-informatie omvatten. Deze twee soorten informatie kunnen via de seriële poort met de GPS-ontvanger worden gecommuniceerd. 
De GPS-module berekent de pseudo-afstand met elke satelliet en gebruikt de afstandssnijdingsmethode om de vier parameters van de ontvanger te verkrijgen, namelijk lengtegraad, breedtegraad, hoogte en tijdcorrectie. Het voordeel van deze methode is de snelle puntpositioneringssnelheid, maar de fout is groot. Voor de initiële positioneringsmodule moeten er minimaal 4 satellieten bij de berekening betrokken zijn, wat 3D-positionering wordt genoemd. Met 3 satellieten kan 2D-positionering worden bereikt, maar de nauwkeurigheid is niet goed. De GPS-module geeft continu positioneringsinformatie en aanvullende informatie in NMEA-formaat uit via de seriële communicatiepoort, die door de ontvanger kan worden geselecteerd en toegepast. 

Het principe van GPS-module positionering 
De 24 GPS-satellieten draaien in een baan om de aarde op een hoogte van 12.000 kilometer en voltooien één omloop per 12 uur. Hierdoor kan elk punt op de grond tegelijkertijd meer dan 4 satellieten observeren op een bepaald moment. 
Omdat de positie van de satelliet precies bekend is, kan in GPS-waarnemingen de afstand van de satelliet tot de ontvanger worden berekend met behulp van de afstandsformule in het driedimensionale coördinatensysteem. Met behulp van drie satellieten kunnen drie vergelijkingen worden gevormd om de positie van het observatiepunt (X, Y, Z) op te lossen. Gezien de fout tussen de klok van de satelliet en de klok van de ontvanger, zijn er in feite vier onbekenden: X, Y, Z en het tijdsverschil. Daarom moet een vierde satelliet worden geïntroduceerd om vier vergelijkingen te vormen voor de oplossing, waardoor de lengtegraad, breedtegraad en hoogte van het observatiepunt worden verkregen. 
In feite kan de ontvanger zich op meer dan vier satellieten richten. Op dit punt kan de ontvanger de satellieten in verschillende groepen verdelen op basis van hun constellatieverdeling, waarbij elke groep uit vier satellieten bestaat. Vervolgens kan hij via algoritmen de groep met de kleinste fout selecteren voor positionering, waardoor de nauwkeurigheid wordt verbeterd. 
Vanwege de fouten in de baan en de klok van de satelliet, evenals de invloed van de troposfeer en ionosfeer op het signaal, is de positioneringsnauwkeurigheid van civiele GPS slechts 10 meter. Om de positioneringsnauwkeurigheid te verbeteren, wordt de differentiële GPS (DGPS)-technologie vaak toegepast. Er wordt een referentiestation (DGPS-station) opgericht voor GPS-waarnemingen. Met behulp van de precieze coördinaten van het bekende referentiestation en door deze te vergelijken met de waarden van de waarneming, wordt een correctiefactor verkregen en aan het publiek vrijgegeven. Nadat de ontvanger deze correctiefactor heeft ontvangen, vergelijkt hij deze met zijn eigen waarden van de waarneming, waardoor de meeste fouten worden geëlimineerd en een nauwkeurigere positie wordt verkregen. Experimenten tonen aan dat met behulp van DGPS de positioneringsnauwkeurigheid kan worden verbeterd tot 5 meter.