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GPS的工作原理，简单地说来，是利用我们熟知的几何与物理上一些基本原理。首先
我们假定卫星的位置为已知，而我们又能准确测定我们所在地点A至卫星之间的距离，
那么A点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步，我们又测得
点A至另一卫星的距离，则A点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测得
与第三个卫星的距离，就可以确定A点只能是在三个圆球相交的两个点上。根据一些地
理知识，可以很容易排除其中一个不合理的位置。当然也可以再测量A点至另一个卫星
的距离，也能精确进行定位。以上所说，要实现精确定位，要解决两个问题：
其一是要确知卫星的准确位置；
其二是要准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离。下面我们看看怎样来做到这
点。

GPS导航示意图

怎样确知卫星的准确位置

要确知卫星所处的准确位置。首先，要通过深思熟虑，优化设计卫星运行轨道，而
且，要由监测站通过各种手段，连续不断监测卫星的运行状态，适时发送控制指令，使
卫星保持在正确的运行轨道。将正确的运行轨迹编成星历，注入卫星，且经由卫星发送
给GPS接收机。正确接收每个卫星的星历，就可确知卫星的准确位置。

这个问题解决了，接下来就要解决准确测定地球上某用户至卫星的距离。卫星是远
在地球上层空间，又是处在运动之中，我们不可能象在地上量东西那样用尺子来量，那
么又是如何来做的呢？

如何测定卫星至用户的距离

我们过去都学过这样的公式：时间X速度=距离。我们也从物理学中知道，电波传
播的速度是每秒钟三十万公里，所以我们只要知道卫星信号传到我们这里的时间，就能
利用速度乘时间等于距离这个公式，来求得距离。所以，问题就归结为测定信号传播的
时间。
要准确测定信号传播时间，要解决两方面的问题。一个是时间基准问题。就是说要
有一个精确的时钟。就好比我们日常量一张桌子的长度，要用一把尺子。假如尺子本身
就不标准，那量出来的长度就不准。另一个就是要解决测量的方法问题。

时间基准问题

GPS系统在每颗卫星上装置有十分精密的原子钟，并由监测站经常进行校准。卫
星发送导航信息，同时也发送精确时间信息。GPS接收机接收此信息，使与自身的时
钟同步，就可获得准确的时间。所以，GPS接收机除了能准确定位之外，还可产生精
确的时间信息。

测定卫星信号传输时间的方法

为了避免采用过多的技术术语，我们先作一个不太恰当的比喻。我们在所处的地点
和卫星上同时启动录音机来播放“东方红”乐曲，那么，我们应该能听到一先一后两支“东
方红”的曲子（实际上，卫星上播放的曲子，我们不可能听见，只是假想能够听到），
但一定是不合拍的。为了使两者合拍，我们延迟启动地上录音机的时间。当我们听到两
支曲子合拍时，启动录音机所延迟的时间就等于曲子从卫星传送到地上的时间。当然，
电波比声波速度高得多，电波也不能用耳朵来接收。所以，实际上我们播送的不是“东
方红”乐曲，而是一段叫做伪随机码的二进制电码。延迟GPS接收机产生的伪随机码，
使与接收到卫星传来的码字同步，测得的延迟时间就是卫星信号传到GPS接收机的时
间。至此，我们也就解决了测定卫星至用户的距离。当然，上面说的都还是十分理想的
情况。实际情况比上面说的要复杂得多，所以我们还要采取一些对策。例如：电波传播
的速度，并不总是一个常数。在通过电离层中电离子和对流层中水气的时候，会产生一
定的延迟。一般我们这可以根据监测站收集的气象数据，再利用典型的电离层和对流层
模型来进行修正。还有，在电波传送到接收机天线之前，还会产生由于各种障碍物与地
面折射和反射产生的多径效应。这在设计GPS接收机时，要采取相应措施。当然，这
要以提高GPS接收机的成本为代价。原子钟虽然十分精确，但也不是一点误差也没有。
GPS接收机中的时钟，不可能象在卫星上那样，设置昂贵的原子钟，所以就利用测定
第四颗卫星，来校准GPS接收机的时钟。我们前面提到，每测量三颗卫星可以定位一
个点。利用第四颗卫星和前面三颗卫星的组合，可以测得另一些点。理想情况下，所有
测得的点，都应该重合。但实际上，并不完全重合。利用这一点，反过来可以校准GPS
接收机的时钟。测定距离时选用卫星的相互几何位置，对测定的误差也不同。为了精确
的定位，可以多测一些卫星，选取几何位置相距较远的卫星组合，测得误差要小。在我
们提到测量误差时，还有一点要提到，就是美国的SA政策。美国政府在GPS设计中，
计划提供两种服务。一种为标准定位服务（SPS），利用粗码（C/A）定位，精度约为
100m，提供给民用。另一种为精密定位服务（PPS），利用精码（P码）定位，精度
达到10m，提供给军方和特许民间用户使用。由于多次试验表明，SPS的定位精度已
高于原设计，美国政府出于对自身安全的考虑，对民用码进行了一种称为“选择可用性