《GPS 卫星测量》的作者、缅因大学空间信息科学系教授阿尔弗雷德·莱克 (Alfred Leick) 提供了以下答案。
全球定位系统 (GPS) 由 24 颗运行卫星和几颗备用卫星组成。其中一些备用卫星也在使用中，或者一旦运行卫星出现故障就可以立即启用。考虑到这么多卫星的特定轨道，观察者可以从地球上任何位置的任何时间看到至少四颗卫星。
使用 GPS 的方法或多或少是复杂的，具体取决于所需的定位精度和速度。举一个简单的例子，假设卫星的轨道位置可以在任何时间相对于地球进行精确计算。进一步假设地面上的 GPS 接收器可以同时测量接收器与至少三颗卫星之间的距离。通过用三个坐标（例如纬度、经度和高度）定义接收器位置，可以很容易地写出三个方程，将三个距离观测值与卫星的已知坐标和接收器的未知坐标联系起来。这三个方程可以求解三个未知数。
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到卫星的距离是通过定时卫星传输的信号测量的，这些信号以光速传播到地面的接收器。由于光速很高，因此必须准确记录卫星处的信号传输瞬间和接收器天线处的信号接收瞬间，以便距离以及随后的位置计算准确。卫星实际上携带原子钟。相比之下，接收器包含便宜且因此不太精确的时钟。因此，我们必须允许在接收器定时到达的卫星信号时发生计时错误。由于从所有卫星到达接收器的信号是同时测量的，因此距离测量值都因相同的接收器时钟误差而伪造，必须计算该误差才能确定准确的位置。因此，接收器的完整位置确定需要四个未知数：接收器时钟误差和三个接收器坐标。测量到至少四颗卫星的距离可以建立四个方程，可以求解这四个未知数。这导致了一个真正的全球定位系统的基本要求，即从地球上的任何位置在任何时候都至少可以看到四颗卫星。实际上，接收器会观察所有可见卫星，以确定接收器时钟和位置的最佳估计值。
上述解决方案通常称为导航解决方案。这种类型的计算在几乎所有接收器中实现，包括廉价的手持设备。除了确定位置外，时间精度也优于一微秒。因此，GPS 接收器对于远程时钟之间的时间同步非常有价值。时间同步是现代互联网、电话、电视广播和许多其他通信手段中的一个重要组成部分。
仔细研究基本理论和技术可以很容易地发现，GPS 定位绝非简单。对于使用 GPS 从此处到达彼处的徒步旅行者和驾车人士来说，这可能没什么意义。但是对于科学家来说，GPS 是一种用途广泛的工具，应用范围从电离层和对流层研究到地壳变形。工程应用列表同样很长。GPS 确实已成为一项国家公用事业。
最初发表于 2002 年 6 月 3 日。