017、GPS原理与定位基础

飞控算法从入门到精通 · 017 | GPS原理与定位基础

一、一次深夜炸机的教训

去年在郊外调试一架四轴，飞控是自研的Pixhawk变体，GPS模块用的u-blox M8N。起飞后悬停正常，切到Loiter模式后飞机开始缓慢漂移，大约30秒后突然朝东北方向加速，我切回Stabilize已经来不及——眼睁睁看着它撞上树梢，螺旋桨碎片飞了一地。

事后回传日志，发现GPS的fixType在飞行中从3（3D定位）跳到了1（无定位），然后恢复，但位置数据已经累积了将近15米的偏移。更诡异的是，卫星颗数一直显示12颗，信噪比也正常。

这个案例让我意识到：GPS定位不是“有信号就能用”这么简单。飞控里那些看似冗余的校验、滤波、融合算法，每一条都是前人用炸机换来的。

二、GPS到底在干什么——别被“定位”两个字骗了

GPS（Global Positioning System）全称是全球定位系统，但它的核心工作不是“告诉你你在哪”，而是测量你到几颗卫星的距离。

每颗GPS卫星都在持续广播两个关键信息：

• 它的精确位置（星历数据，Ephemeris）
• 它发出信号的时间（精确到纳秒级）

你的接收机收到信号后，对比信号发出时间和接收时间，乘以光速，就得到了“伪距”（Pseudorange）。为什么叫“伪”？因为接收机的时钟精度远不如卫星上的原子钟，存在钟差。所以实际上你解算的是四个未