北斗卫星是如何实现手机定位的？

北斗卫星是如何实现手机定位的？

最近有网友问，手机上的GPS和北斗定位的原理是什么？ 为什么地面上那么多设备只能依靠天上20颗左右的卫星来实现精准定位？ 这么多定位请求能处理吗？ 这就涉及到全球卫星定位的原理。 今天超班就来告诉你其中的奥秘。

目前在天空运行的全球卫星定位系统有很多，比如美国人发明的第一个GPS、中国的北斗、欧盟的伽利略、俄罗斯的格洛纳斯、日本的准天顶等，这些系统都在全球范围内商用。 卫星定位系统。 虽然它们提供的功能可能有所不同，例如中国的北斗卫星系统提供短信服务，但在卫星定位方面，它们的本质原理是共同的。

首先，现在的全球卫星实际上都是被动的。 所谓被动，就是天上的卫星不会实时追踪你手机的位置，然后告诉你你在哪里。 由于卫星通信在定位时是单向的，手机只能被动接收卫星的信息，而无法与卫星进行通信。 因此，全球卫星导航支持的设备没有上限，因为它不需要像基站那样双向通信，而只是充当广播信息的“大喇叭”。

因此，天上的每一颗定位卫星都在做一件事，时刻向地面广播信息，而信息的内容也很简单，就是现在几点了（t0），我在哪里（x0， y0,z0)，这四个元素。 那么手机SoC上集成的卫星信号接收器就可以通过天线获取这部分信号内容。

电磁波在大气中的传播速度约等于光速c，那么卫星发送的信息在一定秒后被手机接收到，若接收时间为t，则信息传播在空中停留t-t0秒，然后我们就可以计算出卫星电流 始终与我们的手机保持S距离。

凭借小学知识，我们知道距离=速度×时间：

只知道距离是没有用的，因为我们还不知道具体的方位角参数。 这时候我们就要用到卫星发给我们的坐标信号(x0,y0,z0)。 想象一下，将手机和卫星放在一个三维坐标系中，手机位于顶点A(x,y,z)，卫星位于顶点B(x0,y0,z0)，那么如何计算A点到B点的距离 毛布？

初中的数学知识告诉我们，计算起来很简单，用下面的公式计算就可以得到结果。

二者相等s=s0，可得新的方程：

里面有三个未知数(x,y,z)，是一个三元方程，不能只用一个方程来解，那么只要有三个这样的方程，应该就能解吧？ 手机只要同时锁定三颗卫星并获取它们的广播数据就可以确定手机的位置吗？

理论上确实如此，但准确度差异很大。 这是因为我们手机的时钟信号并不可靠，精度远不如卫星上使用的时钟信号。 由于光的传播速度高达每秒一秒，稍有时间误差就会造成“失千里”的问题。 因此，定位系统中会引入时钟差的概念。

方程的改进是从之前得到的距离中减去时钟差带来的误差C×(Vti-Vt0)，这样就可以实现更精确的定位。 这个时钟差是未知的，所以为了确定时钟差，卫星定位实际上需要同时锁定4颗卫星。 (Vti(i=0,1,2,3)分别为卫星0、卫星1、卫星2、卫星3的卫星时钟偏移，由卫星星历提供且已知；Vto为卫星时钟偏移收件人）

这就是为什么我们的手机需要同时接收天上四颗卫星的信号。 利用四颗卫星提供的信息，我们可以结合四个四元一次方程来求解手机坐标（x，y，z）以及接收器的时钟差Vto？

这样就完成了最基本、最明显的卫星定位原理。 以上都是在非常理想的状态下获得的。 事实上，它更复杂，考虑更多。 事实上，全球各大卫星定位系统都存在误差。 问题，比如卫星和接收机的时钟误差、大气传播延迟、多径效应等误差，一个很小的误差就会被放大很多倍而导致整个定位失效，所以纠正误差的方法有很多种:

比如上面提到的钟差问题和卫星的绝对位置，卫星的位置是由各国专门机构维护的，通过卫星星历、钟差、导航电文等控制指令等信息计算出来并定期通过注入站进行编译并写入卫星存储系统，因此位置精度可以低至厘米。 同时，卫星一般采用高精度原子钟进行计时。 例如，铯原子物种需要2000万年才能有1秒的误差，因此卫星提供的（x0，y0，z0，t0）可以认为是绝对可靠的。

中国北斗三号星历，授时精度优于50ns

同时链接更多卫星：

因此，如果手机能够同时搜索尽可能多的定位卫星，就可以实现更加精准的定位。 事实上，手机上的卫星信号接收器非常智能。 当锁定4颗以上卫星时，将根据卫星的星座分布进行划分。 分成多组，每组四个，选择误差最小的组进行解码定位，这样定位精度比之前提高很多。 关键词批量查询程序

中国的北斗三号由35颗卫星组成

引入差分技术（GPS）：

为了提高定位精度，一般采用差分技术建立观测参考站，利用已知的参考站精确坐标与观测值进行比较，从而得到修正数并对外发布世界。 接收器收到修正数后，将其与自身的观测值进行比较，消除大部分误差，从而获得更准确的位置。 该方法可以将定位精度提高到5米。

双频定位：

面对更加复杂的误差因素，如果手机卫星定位模块支持双频接收器，可以根据两个不同频率的观测，抵消大气中电离层误差的主要部分，从而提供更准确的定位信息也就是最近一段时间，手机厂商一直在推广双频卫星定位。

小米8发布会PPT

华为Mate 20发布会展示双频GPS定位

A-GPS辅助定位：

为了提供更快、更高效的定位服务，手机发展了AGPS，即。 它利用小区基站进行辅助定位。 基站配备高精度定位仪和高精度时钟，减少时差。 它实时接收天空中的定位卫星信号，从而得知大概的误差。 手机只需通过移动网络下载星历即可。 误差数据可实现快速定位。

谁来翻译一下。 。 。

有了准确的位置信息，再加上高精度的地图软件信息，即使是路痴也能在陌生的地方找到最快的路线。 全球定位卫星的贡献不可或缺。

附上目前在轨卫星定位系统的工作频段和编码方式。