科普 ｜ 卫星导航定位是怎样实现的？手机卫星定位「科普 ｜ 卫星导航定位是怎样实现的？」

在我们的日常生活中，几乎每天都会发生这样的场景：当你准备出门去一个不熟悉的地点，这个时候你下意识地拿出了手机，打开导航APP，输入目的地后，开始跟着导航前进。因为手机导航给出了正确的路线，你轻轻松松就按计划到达了指定地点，此次出行非常成功。

在这一简单迅速的操作背后，你知道手机是如何获取你的位置并给出正确的导航信息吗？

（小小的脑袋充满大大的疑惑）

其实是因为你的手机里面安装了一个定位芯片，这个芯片能够接收卫星信号并解算信息。

我们知道，地球外部运行着许多人造卫星，卫星不间断的向地面发送信号，这个信号里包含了卫星的位置信息和信号传播的时间信息。我们的手机可以接收到卫星信号并解读信息，从而计算出我们与卫星之间的距离。知道卫星的位置和我们与卫星之间的距离后，便可以划出一个位置圆。但是问题又来了，此时圆上的任意一点都可能是我们的位置，并不能进行准确的定位，这时候该怎么办呢？

幸运的是，地球上空并不只是运行着一颗卫星，我们在地球上的任意一点都可以看到不少于5颗卫星。理论上，只要能同时与3颗卫星分别划出位置圆（即我们的手机同时收到3颗卫星的信号），即可确定我们的唯一位置，从而实现定位。

实际上，因为卫星上的原子钟时间和我们手机上的时间很难完全对准，为了求解这个时间差参数，手机需要收到至少4颗卫星的信号才能解算定位。

在卫星定位的过程中，除了时间系统上的误差外，其实还存在许多其他的误差，如大气引起的误差、相对论效应和用户端的误差等，这些误差的存在将使手机定位发生米级以上的偏差。

为了得到更加精确的定位，我们可以引入一种地基增强系统——CORS系统，关于CORS系统的介绍，我们下期再详细进行说明。

由于手机不间断的接收卫星信号并进行高速处理，我们的位置信息可被实时计算并发送给导航APP，从而规划出合理的出行路线。

上述导航定位方式就是卫星导航定位。

卫星导航系统概述

卫星导航是指采用导航卫星对地面、海洋、空中和空间用户进行导航定位的技术，它以人造地球卫星作为导航台的星基无线电导航系统，利用无线电到达时间来进行测距、定位，为全球海、陆、空、天的各类军民载体提供全天候、高精度的位置、速度、时间信息。卫星导航系统由导航卫星、地面台站和用户定位设备三个部分组成。

世界上共有四大卫星导航定位系统：美国GPS卫星导航系统、欧洲“伽利略”卫星导航系统、俄罗斯GLONASS卫星导航系统数量、中国“北斗”卫星导航系统。

卫星导航系统的应用

卫星导航系统提供的服务主要分为三个方面：

1、位置服务

地面位置服务：智能运输、林业保护、精细农业、电网运检、应急救援、个人导航定位等，这是发展最快的卫星导航产业；

海洋位置服务：渔船监控、船舶离港和进港、航路规划导航等；

航空位置服务：飞机起飞与着陆、航路位置服务、无人机位置服务等；

太空位置服务：人造卫星、飞船、太空舱定位、避开卫星与太空垃圾等。

2、授时服务

卫星导航系统在提供位置信息的同时，可输出同步时间信息（绝对时间与脉冲信号），在全球范围内提供高精度授时服务。

3、通信服务

利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现两个或多个地球站之间的通信。

北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统（英文名称：BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS）是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统，是继美国全球定位系统（GPS）和俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统，现已初步具备区域导航、定位和授时能力。

北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。

目前我国正在进行北斗三代的组网并即将部署完成，北斗三代的空间段由5颗地球静止轨道（GEO）卫星、3颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和27颗中圆地球轨道（MEO）卫星组成, 无论在任意地点、时间，都可以实现稳定的信号覆盖。

中国坚持“自主、开放、兼容、渐进”的原则建设和发展北斗系统，高度重视北斗系统建设发展，自20世纪80年代开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，形成了“三步走”发展战略：

（1）2000年年底，建成北斗一号系统，向中国提供服务；

（2）2012年年底，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务；

（3）计划在2020年前后，建成北斗全球系统，向全球提供服务。

2035年前还将建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系。

北斗系统具有三个特点，除了采用三种轨道卫星组成的混合星座、提供多个频点的导航信号从而提高服务精度外，更值得一提的是它独具的短报文功能，可应用于国防、民生和应急救援等领域，特别是在灾区移动通讯中断、电力中断或移动通信无法覆盖北斗终端的情况下可以使用短消息进行通信，并提供定位信息。该技术将被用于紧急救援，野外作业，海上作业系统等。

随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力。

2020年是北斗系统建设的一个重要年份。2020年3月9日，第五十四颗北斗导航卫星成功发射并进入预定工作轨道，目前在轨正常工作。4月4日，第55颗北斗卫星运抵西昌卫星发射中心，并计划于今年5月份发射，届时，北斗三号全球星座部署将全面完成，这是一个阶段性的成就，预示着我国即将取得北斗导航“三步走”战略的全面胜利。

【通讯员：广东省国土资源测绘院 张紫琼】

图片来源：张紫琼 王帆北斗卫星导航系统官方网站

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