每日科普|導航的原理你知道嗎？

隨州日報 · 發(fā)表于 2019-7-9 09:38:47

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本帖最后由隨州日報于 2019-7-9 09:42 編輯

如今，人們出門很多時候要靠導航。當我們去一個地方卻不知路線的時候，打開導航，手機就會自動規(guī)劃好路線。外賣快遞員利用導航送餐，司機師傅利用導航開車，我們利用導航找到不太熟悉的地方。

那么，導航的原理是什么呢？要想實現導航，首先需要定位。導航指的是規(guī)劃路線，引導我們到達目的地，而定位則是指確定我們的位置。只有定位準了，導航規(guī)劃的路線才有意義。那談起手機是如何定位的，就不得不提到全球定位系統(tǒng)。

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）是由美國政府和軍方研發(fā)的全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，1994年建成并投入使用。GPS系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三大部分組成。建成之初，空間段包括24顆衛(wèi)星，均勻分布在6個不同的軌道面上。地面段是整個系統(tǒng)的管理中心，用戶段即各種接收機，能接收GPS衛(wèi)星的信號。

GPS信號能夠給出衛(wèi)星的位置信息以及信號傳播用的時間，兩者相乘便能測量出距離。理論上來講，一個觀測點同時測量出到任意三顆星的距離，列出一個三元二次方程便可以求解出觀測點的位置坐標。這就像以每一顆衛(wèi)星為原點，以測量到的距離為半徑畫球，兩個球面相交形成的是一個圓，三個球面相交形成的是一個點，這個點就是觀測點。

實際上，因為有鐘差，3顆衛(wèi)星定位不準，需要觀測4顆星才能準確定位。

測量傳輸時間需要兩臺高精度原子鐘，一臺在衛(wèi)星上，另一臺在接收機內部。由于兩臺高精度原子鐘很難完全對準，很容易使測量的距離有誤差。衛(wèi)星鐘差可以應用GPS信號所給出的參數加以修正，而接收機的鐘差，一般難以預先準確確定，需要把它作為一個未知參數。因此，在一個觀測點，為了實時求解4個未知參數（即觀測點的3個位置坐標及1個鐘差參數），至少需要同時觀測4顆衛(wèi)星。

基于這個原理，只要我們在智能手機上安裝好GPS芯片，芯片能夠接收衛(wèi)星信號以及解算信息，就能夠確定位置了。

（來源：學習強國）