手機怎麼知道我在哪兒,導航的原理你知道嗎?

　　

　　「禮讚共和國，智慧新中國。」日前，中國科協公布2019年全國科普日主題，並圍繞民生、科技、安全等領域的焦點問題，開展系列科普宣傳。本期「身邊的科學」，關注手機導航、定位話題，促進公眾理解並使用高新科技，促進公眾科學文化素養和精神文明水平雙提升。
　　如今，人們出門很多時候要靠導航。當我們去一個地方卻不知路線的時候，打開導航，手機就會自動規劃好路線。外賣快遞員利用導航送餐，司機師傅利用導航開車，我們利用導航找到不太熟悉的地方。
　　那麼，導航的原理是什麼呢？要想實現導航，首先需要定位。導航指的是規劃路線，引導我們到達目的地，而定位則是指確定我們的位置。只有定位準了，導航規劃的路線才有意義。那談起手機是如何定位的，就不得不提到全球定位系統。
　　全球定位系統（Global Positioning System，GPS）是由美國政府和軍方研發的全球衛星導航定位系統，1994年建成並投入使用。GPS系統由空間段、地面段和用戶段三大部分組成。建成之初，空間段包括24顆衛星，均勻分布在6個不同的軌道面上。地面段是整個系統的管理中心，用戶段即各種接收機，能接收GPS衛星的信號。
　　GPS信號能夠給出衛星的位置信息以及信號傳播用的時間，兩者相乘便能測量出距離。理論上來講，一個觀測點同時測量出到任意三顆星的距離，列出一個三元二次方程便可以求解出觀測點的位置坐標。這就像以每一顆衛星為原點，以測量到的距離為半徑畫球，兩個球面相交形成的是一個圓，三個球面相交形成的是一個點，這個點就是我們的觀測點了。
　　實際上，因為有鐘差，3顆衛星定位不準，我們需要觀測4顆星才能準確定位。
　　測量傳輸時間需要兩臺高精度原子鐘，一臺在衛星上，另一臺在接收機內部。由於兩台鐘很難完全對準，很容易使測量的距離有誤差。衛星鐘差可以應用GPS信號所給出的參數加以修正，而接收機的鐘差，一般難以預先準確確定，需要把它作為一個未知參數。因此，在一個觀測點，為了實時求解4個未知參數（即觀測點的3個位置坐標及1個鐘差參數），至少需要同時觀測4顆衛星。基於這個原理，只要我們在智慧型手機上安裝好GPS晶片，晶片能夠接收衛星信號以及解算信息，就能夠確定位置了。
　　雖然GPS很好用，但為了國家安全以及經濟社會發展，我們必須建設自己的衛星導航系統，即北鬥衛星導航系統。截至目前，北鬥系統星座部署已經完成，預計在2020年前後開始向全球提供服務。
　　中國始終秉承「中國的北鬥，世界的北鬥」的發展理念，服務「一帶一路」建設發展，積極推進北鬥系統國際合作。未來，我們自己的北鬥系統將會在世界舞臺上大放異彩。
　　（來源/科普中國濟南市科學技術協會供稿）