衛星定位系統是如何工作的，衛星定位的基本方法

當今社會，衛星定位被廣泛用於多種設備的定位和導航，車輛防盜，物流跟蹤，共享經濟，智慧型手機等等。您考慮過這套系統是如何工作的麼？今天就讓我們以 GPS 為例來簡單地了解一下。

在某個電閃雷鳴的瞬間，我們都曾經嘗試著計算我們與閃電之間的距離。方法是這樣的，從看到閃電開始計時，直至聽到雷聲，數的秒數（時間）乘以聲音的速度（約為 340m/s），即可得出大概的距離。

衛星導航的原理與此類似，衛星的位置是已知的，我們根據從衛星上發送的無線電波到達接收設備的時間來計算距離。確定的時間，構成確定的距離，這個距離構成一個以衛星為球心的球面。然後根據接收設備和多顆衛星的距離，確定球面的交點，進一步確定位置和高度。

衛星發射的無線電波以光速（大約300000km/s）傳播，到達地球表面衛星正下方的位置大約需要 67.3ms。信號每多行進 1km 需要 3.33μs。衛星到地面上導航接收機的行程時間相差 1μs，也會造成大概 300m 的位置誤差。因此精確的時間對定位精度非常重要，這決定了定位精度。

為了獲得更加準確的時間，每顆 GPS 衛星都配備有多個不同用途的星載原子鐘。原子鐘是已知最精確的時間計量儀器，每 30000 至 1000000 年的最大誤差不超過 1s。為使它們更加精確，從地球上的各個控制點定期對其進行調整或同步。

定位的一個前提是需要時時知道衛星的位置，衛星的位置可以通過地面站觀測得到，進而編制星曆（軌道數據），地面站把星曆數據注入衛星。

衛星會廣播發送自身高精度的星曆，系統時間，時鐘修正值，所有其他 GPS 衛星的近似軌道數據（年曆），系統健康狀況等。

為測定 3 個所需坐標（經度、緯度和高度）和精確的時間，至少需要接收 4 顆衛星的信號。

具體問題要更加複雜，比如空氣，電離層對電磁波速度的影響，多徑效應等等。軍用信號的加密，多顆微信相同頻率發射的信號編碼問題，都卜勒效應對頻率的影響，實際情況遠比本文介紹的複雜得多。

常見的 GPS 終端設備只需要接收，不需要向衛星發送信號。與 GPS 不同，中國早期的北鬥系統採用了另外一種定位方式，2000～2007 這段時間，中國發射了 4 顆地球同步衛星用於區域性北鬥系統。北鬥-1A 至北鬥-1D 在中國上空發送信號。在衛星與導航接收機之間通過交互方式定位。信號的發送和接收方式如下：

1，導航接收機向 4 顆地球同步衛星發送信號。

2，所有 4 顆衛星都收到該信號。

3，所有 4 顆衛星將接收到信號的準確時間發送給地面站（注意是地面站，不是接收機）。

4，地面站計算接收機的經度和緯度並確定其高程。

5，地面站將位置信息發送給地球同步衛星。

6，地球同步衛星將位置信息發送給導航接收機。

中國北鬥系統的雙向通信能力是其它導航系統不具備的。