小小的一个手机如何知道我们的位置呢？(组图)

首先祝大家端午节健康，吃得好。

端午节快到了，很多同学出去玩都会用手机代替导航仪进行导航。手机不仅可以告诉我们我们在哪里，还可以帮助我们指路、警告拥堵等等。

小手机怎么知道我们在哪里？实际上，手机是通过联系卫星得知自己的位置的。所以，手机定位，准确的说法应该是卫星定位。

一、四个卫星定位系统

目前，世界上使用最广泛的定位系统是美国全球定位卫星系统GPS。这是美军从1970年开始研制建立的卫星定位系统，于1994年建成，由24颗卫星、一个地面主站和数个监测站组成，覆盖全球98%的区域。用户只要拥有G​​PS接收设备，就可以24小时免费享受定位系统提供的定位授时服务。

除了美国的GPS系统，主流的卫星定位系统还包括俄罗斯的格洛纳斯卫星定位系统（GLONASS）和欧盟的伽利略卫星定位系统（GALILEO）。今天，我国已经完成北斗卫星导航系统（BDS）建设，并于2020年7月31日举行了北斗三号全球卫星导航系统建成开通仪式。

这些定位系统的功能类似，为用户提供授时、定位和导航功能。在军队中，定位系统可以为车辆、舰船、飞机和导弹武器提供准确的定位和导航服务。一个国家是否拥有高质量的导航系统，直接影响到该国的远程作战能力。

二、卫星定位原理

那么卫星究竟是如何确定我们的位置的呢？

为了理解这个问题，我们首先需要了解坐标系的概念。法国学者笛卡尔发明了解析几何，就是用代数的方法来解决几何问题。我们可以在平面上建立一个直角坐标系，这样平面上的任意一点都可以用一对坐标(x,y)来表示。 x 和 y 分别代表两点的横坐标和纵坐标。根据勾股定理，两点之间的距离可以表示为

平面笛卡尔坐标系中两点之间的距离

同样，为了表示空间中的一个点，我们需要建立一个空间笛卡尔坐标系，每个点用坐标（x,y,z）来表示。两点之间的距离(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)可以通过两个勾股定理得到)

空间笛卡尔坐标系中两点之间的距离

了解了空间两点距离的计算方法，了解卫星定位就不难了。卫星接收设备，如手机，需要确定四个量进行定位，即其空间坐标(x,y,z)和此时的时间t。手机本身不知道这四个量，但是卫星有高精度的原子钟，卫星系统和地面站都有星历，所以卫星每时每刻都能准确确定自己的空间坐标和时间。

当我们需要定位时，手机会与卫星通讯。例如，卫星可以在某个时间向手机发送一组信号。信号中包含卫星此时的空间坐标和时间(x1,y1,z1,t1)，手机接收到这个信号时，空间坐标和时间(x,y,z,t)手机号码未知。

但是，我们知道电磁信号以光速传播

如果信号在t1发射，手机在t接收，那么光的传播时间为t-t1，传播距离为d1=c(t-t1)。在同时，我们利用知识可以知道：手机(x,y,z)与卫星(x1,y1,z)的距离1)可以表示为

那么我们可以列出方程：

在这个方程中，x、y、z、t都是未知数，四个未知数中只有一个方程解不出来。不过没关系，手机可以同时和四颗卫星通信，四颗卫星分别向手机发送信号，这样就可以列出四个方程了。

其中(xi, yi, zi, ti)是第i个卫星的空间坐标和时间，已知。这样，根据这四个方程手机军事网导航，手机中的定位芯片就可以计算出它的当前位置（x，y，z）和时间t。再加上手机上已经存储的地图信息，就可以显示我们的位置了。

因此，GPS 接收器需要至少联系四颗卫星才能定位其位置。接触的卫星越多，测量结果就越准确。

三、纠错

在卫星定位的过程中，最麻烦的就是纠错。误差源有三种：卫星误差、传播误差和接收机误差。以传播误差为例：在电磁波信号传播过程中手机军事网导航，电磁波要穿透云层，云层中的光速与真空中的光速略有不同。虽然这个差别不大，但由于光速很快，传播时间很短，一点点的差别就会造成定位范围的很大误差。所以我们必须纠正错误。

一种常见的纠错方法称为差分定位。其原理是：卫星首先与定位装置附近的地面定位站通信，通过地面定位站的坐标和时间来判断误差的大小。然后用这个值来修正手机定位。

因此，卫星定位在地面参考站附近相对准确。例如，城市卫星定位精度在10米以内，但如果在荒野或大海附近没有参考站，卫星定位误差会更大。

现在你明白了手机定位的原理，原来我们是在连接天上的卫星！

本文摘自：

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