手机怎么知道我在哪 导航的原理你知道吗？

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。

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2019年6月4日，在南京开幕的北斗卫星导航应用博览会现场，众多基于北斗卫星的应用型展品吸引观众。（王路宪/人民图片）

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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。

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。

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。

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。

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。

本文由北京邮电大学计算机科学与技术研究专业副教授张忠宝进行科学性把关。