手机怎么知道我在哪?导航的原理你知道吗?

方可久 2019-07-05 11:18 31,107

如今,人们出门很多时候要靠导航。当我们去一个地方却不知路线的时候,打开导航,手机就会自动规划好路线。外卖快递员利用导航送餐,司机师傅利用导航开车,我们利用导航找到不太熟悉的地方。

  那么,导航的原理是什么呢?要想实现导航,首先需要定位。导航指的是规划路线,引导我们到达目的地,而定位则是指确定我们的位置。只有定位准了,导航规划的路线才有意义。那谈起手机是如何定位的,就不得不提到全球定位系统。

手机怎么知道我在哪?导航的原理你知道吗?

  全球定位系统(Global Positioning System,GPS)是由美国政府和军方研发的全球卫星导航定位系统,1994年建成并投入使用。GPS系统由空间段、地面段和用户段三大部分组成。建成之初,空间段包括24颗卫星,均匀分布在6个不同的轨道面上。地面段是整个系统的管理中心,用户段即各种接收机,能接收GPS卫星的信号。

  GPS信号能够给出卫星的位置信息以及信号传播用的时间,两者相乘便能测量出距离。理论上来讲,一个观测点同时测量出到任意三颗星的距离,列出一个三元两次方程便可以求解出观测点的位置坐标。这就像以每一颗卫星为原点,以测量到的距离为半径画球,两个球面相交形成的是一个圆,三个球面相交形成的是一个点,这个点就是我们的观测点了。

手机怎么知道我在哪?导航的原理你知道吗?

  实际上,因为有钟差,3颗卫星定位不准,我们需要观测4颗星才能准确定位。

  测量传输时间需要两台高精度原子钟,一台在卫星上,另一台在接收机内部。由于两台钟很难完全对准,很容易使测量的距离有误差。卫星钟差可以应用GPS信号所给出的参数加以修正,而接收机的钟差,一般难以预先准确确定,需要把它作为一个未知参数。因此,在一个观测点,为了实时求解4个未知参数(即观测点的3个位置坐标及1个钟差参数),至少需要同时观测4颗卫星。

手机怎么知道我在哪?导航的原理你知道吗?

  基于这个原理,只要我们在智能手机上安装好GPS芯片,芯片能够接收卫星信号以及解算信息,就能够确定位置了。

  虽然GPS很好用,但为了国家安全以及经济社会发展,我们必须建设自己的卫星导航系统,即北斗卫星导航系统。截至目前,北斗系统星座部署已经完成,预计在2020年前后开始向全球提供服务。

手机怎么知道我在哪?导航的原理你知道吗?

  中国始终秉承“中国的北斗,世界的北斗”的发展理念,服务“一带一路”建设发展,积极推进北斗系统国际合作。未来,我们自己的北斗系统将会在世界舞台上大放异彩。

来源:科普中国

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