定位的基本原理

卫星导航的核心是测距：接收机测量自己与多颗卫星之间的距离，再用几何方法（三边测量）解算出自己的位置。

距离怎么测？卫星不断广播带有精确时间戳的信号，接收机记录收到时刻，用"光速 × 传播时间"算出距离。

问题在于：接收机的时钟远不如卫星上的原子钟精确。这个钟差会引入巨大误差。

解法：多测一颗卫星。用 4 颗卫星建立 4 个方程，解出 4 个未知数——经度、纬度、高度，以及接收机钟差。这就是为什么至少需要 4 颗卫星才能定位。

北斗的三种轨道

与 GPS 主要依赖中地球轨道（MEO）不同，北斗采用混合星座：

  • MEO 卫星：约 21500 公里，提供全球覆盖的基础；
  • IGSO（倾斜地球同步轨道）卫星：轨道倾角不为 0，星下点轨迹呈"8"字形，长期覆盖特定区域；
  • GEO（地球静止轨道）卫星：相对地面静止，定点覆盖。

为什么要混合

这个设计与北斗的发展路径有关，但也带来实际优势：

区域增强：GEO 和 IGSO 卫星长期"盯着"亚太地区，使该区域可见卫星数量更多，定位精度和可用性更好，尤其在城市峡谷等遮挡严重的环境中。

短报文通信：这是北斗的特色功能——用户不仅能接收定位信号，还能通过卫星发送短消息。这个功能依赖 GEO 卫星的持续覆盖能力，在地面通信中断的应急场景中价值突出。

误差来源

实际定位精度受多种因素影响：

  • 卫星轨道误差与钟差：由地面监测站持续修正；
  • 电离层延迟：信号穿过电离层时速度变慢，可用双频接收机修正；
  • 对流层延迟：受大气湿度、温度影响，靠模型修正；
  • 多径效应：信号经建筑物反射后到达，造成测距偏差。这是城市环境的主要误差源。

一个常见误解

"定位精度越高越好"并非在所有场景都成立。消费级应用（导航、打车）米级精度已足够；而测绘、形变监测、精准农业等场景需要厘米级，通常要配合地基增强系统（RTK）。

说明：本文为卫星导航原理的公开知识整理。