21 卫星定位是怎么做到的？

卫星定位在我们的生活中无处不在，你通过手机APP打车、叫外卖、收发快递都会用到卫星定位技术。卫星定位到底是怎么做到的呢？这跟爱因斯坦的广义相对论息息相关。

首先，我们要在地球上确定一个目标的位置，需要三个空间坐标：经度、纬度和海拔。如果这个目标正在移动的话，你还得知道这个目标的时间信息：它在什么时间出现在什么位置。对于地球上的一个移动目标，我们需要确定它的位置就必须有四个坐标。拿美国的GPS来说，全球定位系统的工作原理，至少要有四颗卫星。这四颗卫星就是用来确定地球上目标的三个空间坐标和一个时间坐标的。

GPS的工作过程是这样的，GPS的四颗卫星都带着一个非常准确的原子钟，卫星不断地向全空间广播自己的时间信息和位置信息，你的手机在接收到这些信息以后，再用自己的时间信息跟其进行比对，就能分别算出来自己跟四颗卫星的距离是多少。我们知道光速是恒定的，譬如你的手机收到一颗卫星的时间信息是在1秒钟以前，那手机就知道这条信息是经过了约30万千米的距离被自己收到的，再根据这颗卫星的位置，就能算出自己跟这颗卫星的距离。但是一颗卫星不够，因为在空间中与这颗卫星距离相同的点的集合，是一个以卫星坐标为球心的球面。这就需要比对其他几颗卫星的信息，这样一算下来，几个球面交会的点，就是手机所处的位置。这就是为什么至少需要四颗卫星才能定位，因为你有三个空间坐标和一个时间坐标，总共四个坐标要确认。

GPS定位的过程，是被定位的目标通过接收卫星广播算出自己位置的过程。在一些没有手机网络信号的地方，定位信号却可以被手机接收到，这是因为你的手机信号是靠地面基站接收的，而定位信号来自卫星。GPS卫星全球有29颗，这是为了保证不论你在地球上的什么位置，至少能接收到来自四颗卫星的信号。

爱因斯坦的广义相对论在卫星定位系统中至关重要，根据广义相对论，光在地球引力的作用下，走的不是直线，因此手机在计算跟卫星距离的时候，必须把光线走曲线的影响算进去。这个影响虽然不大，但是如果不算它，你的定位会有200米以上的误差，这个误差在城市里估计能错开两个街道，这对我们日常使用来说就太不精确了。