现在，不管你对一个地有多么的不熟悉，只要知道要去的目的地，都不太可能迷路。无论你是在高速公路上行驶还是在珠穆朗玛峰上攀登，都可以依靠太空中的导航卫星准确地获知所在的位置。通过智能手机，你可以随时使用GPS (全球定位系统）或北斗卫星定位系统接收机确定你的位置和海拔。与GPS系统相比，我国自主研发的北斗定位系统除了具有定位功能外，还支持传送短消息服务。在天气好的时候，卫星定位的误差精度只有几米。当你开车到一个陌生的地方时，如果你有导航设备，那么就会有一个坚定的声音告诉你“向左转弯”“向右转”或“直行”，直达目的地。除了帮助我们到达目的地之外，卫星导航还有很多其他应用，从追踪包裹、种植农作物、寻找失踪儿童到指导盲人等。那么，卫星导航系统究竟是如何运作的呢？我们仔细看看吧！

卫星导航是使用无线电接收器从轨道卫星获取无线电信号，计算出接收机所在的位置、速度和当地时间。卫星导航本质上是一个无线电信号全球广播系统，通常比其他形式的导航准确得多。信号可以覆盖全球任何区域，所以无论何时何地均可使用。

导航卫星就如同天空中的指南针一样，随时随地为我们指明方向。无论白天和黑夜，一年365天，无论你在哪里，都可以为你实时导航。卫星导航系统有三个主要组成部分，技术上称为“段”： 太空中有一段，地面上有一段，我们的“口袋”中还有一段。分布在地球20000 km高度的数十颗卫星形成了卫星导航系统的太空部分。除此以外，卫星导航的另一个重要部分是“用户部分”－你放在口袋里或携带在车辆上的电子接收器。

三角测量原理

使用卫星导航信号找到你的位置，是古老的导航技巧“三角测量”的高科技版本。假设你穿过树林，在平坦的地面上行走，即使带着地图，你也不清楚自己的具体位置。如果你可以通过一个地标（比如一个遥远的山丘），以你测量的距离为半径、地标为中心画一个圈，那么你一定在这个圈上的某一个位置。当然。仅凭一个地标不能缩小你的位置范围。不过，如果你发现另一个方向的第二个地标，那么你就可以重复这个过程，那么你的位置一定在两个圆圈相交的地方，接着通过第三个地标，可以将你的位置缩小到一个点，这就是简单三角测量的本质。应用地图、指南针等工具就是使用三角测量法来定位，非常古老且有很大的误差。然面同样的者法，如果通过无线电信号以更复杂的方式使用太空卫星，我们就可以获得精确的定位。

使用卫星导航，你的“地标”就是太空卫星。因为它们距离地球大约20000km, 远远超出地球大气层。并且因为它们不断移动。所以从它们中找到你的位置会有点麻烦。如果从一颗卫星接收信号并且知道它距离接收机20000km, 那么接收机必须位于半径20 000 km的球体（三维版本的圆圈）上的某个地方，以该卫星为中心。如果有两个来自不同卫星的信号，那么你必定在两个球体相遇的地方。3个信号将你置于该球面上的某个点，这通常足以弄清楚你的位置（图7-8) .如果有4个卫星信号，你就能更加准确地知道自己的位置。

定位设备是如何计算自身与3颗或4颗定位卫星的准确距离呢？原来，每颗卫星都通过全球广播不断地发送信号，这些信号实际上是卫星当前位置的时间截记录。因为广播信号以光速（300 000 km/s) 传播，所以从理论上讲，如果接收器在一段时间之后接收到信号，并且有一个自己的时钟，只要这个时钟是与卫星精确同步的，那么它就能够知道信号从卫星获取的时间有多长，以及无线电信号走了多远（因为距离＝速度x时间）。这听起来像是一个很好的解决方案，但它引入了另外两个问题：首先，电信号到底用了多长时间从卫星传送到定位设备？因为我们设定电磁波传输速度确定，所以只要知道传输时间差就能算出相互之间的距离。每颗导航卫星带有4个极其精确的原子钟（2个铯和2个铷，通常精确到10万年内的1秒钟）， 而接收器（具有一个精度要差一些的时钟）接收它们的信号并计算信号在太空旅行所需的时间。这意味着每个接收器可以计算出每个卫星发出的信号到达的时间长度，以及到达距离。其次，无线电波只是在真空中以光速传播，但是从太空中的卫星射向我们的无线电信号要穿过地球大气层，包括电离层和对流层。电离层和对流层以非常复杂的方式扭曲和延迟卫星信号，定位接收机必须对接收到的信号进行补偿以确保它们能够精确地测量距离。