如何测量接收机到卫星的距离

木文一刀

 
从数学上看，这个问题似乎很简单，不就是速度乘上运动时间等于距离吗？但实践起来是有难度的。测量卫星到地面接收站的距离，最常使用的是无线电波，波速就是光速，时间就是测量电波信号从卫星至接收机所用的传播时间。这里首先要保证的是卫星和接收机在时间上同步，其次要用精确的时钟去量传播时间。而卫星正当过顶时，在时间同步的条件下，接收机收到信号的时刻减去卫星发射信号的时刻之差，便为电波信号的传播时间。
假定有一种办法，让卫星和接收机同时开始播放音乐，站在接收机旁的人可能会收听到2种不同版本的音乐，一个来自接收机，一个来自卫星。不难发现，这两种版本不同步，卫星版本会滞后，因为卫星播放的音乐要跨越几万余千米。如果能知道卫星版本延迟多长时间，我们便可以推迟启动接收机的播放，这样2个版本的音乐就能同时收到了。如果把音乐改为“伪随机码”信号，卫星和接收机同时产生并发送同样的伪随机码，并使这两组码实现时间同步，接收机便能根据两组伪码的差别测定时延，将时延乘上光速，便能得到距离。

 
通过卫星导航电文，校准卫星信号接收机时钟（授时过程）——通过卫星电文第一数据块对时钟进行该颗卫星的卫星时钟改正——获取C/A码元及其对应该卫星时间的获取时间——计算该C/A码元的发送时间（每个星期日零时C/A码重置，因此可根据获得的码元计算其发送时间）——根据发送时与接收时的时差计算距离