为什么卫星定位系统中必须有一颗卫星来矫正时钟误差

由于不是使用同步卫星，因此卫星相对于地面进行高速移动。所以必须使用相对论进行卫星时间的修正。

参照三球交汇定位的原理，根据3颗卫星到用户终端的距离信息，根据三维的距离公式，就依靠列出3个方程得到用户终端的位置信息，即理论上使用3颗卫星就可达成无源定位，但由于卫星时钟和用户终端使用的时钟间一般会有误差。

而电磁波以光速传播，微小的时间误差将会使得距离信息出现巨大失真，实际上应当认为时钟差距不是0而是一个未知数t，如此方程中就有4个未知数，即客户端的三位坐标（X，Y，Z），以及时钟差距t；

故需要4颗卫星来列出4个关于距离的方程式，最后才能求得答案，即用户端所在的三维位置，根据此三维位置可以进一步换算为经纬度和海拔高度。

若空中有足够的卫星，用户终端可以接收多于4颗卫星的信息时，可以将卫星每组4颗分为多个组，列出多组方程，后通过一定的算法挑选误差最小的那组结果，能够提高精度。

电磁波以30万千米/秒的光速传播，在测量卫星距离时，若卫星钟有一纳秒（十亿分之一秒）时间误差，会产生三十厘米距离误差。尽管卫星采用的是非常精确的原子钟，也会累积较大误差，因此地面工作站会监视卫星时钟，并将结果与地面上更大规模的更精确的原子钟比较，得到误差的修正信息。

最终用户通过接收机可以得到经过修正后的更精确的信息。当前有代表性的卫星用原子钟大约有数纳秒的累积误差，产生大约一米的距离误差。

为提高定位精度，还可使用差分技术。在地面上建立基准站，将其已知的精确坐标与通过导航系统给出的坐标相比较，可以得出修正数，对外发布，用户终端依靠此修正数，可以将自己的导航系统计算结果进行再次的修正，从而提高精度。例如，全球定位系统使用差分全球定位系统后，定位精度可达到5米左右。

扩展资料：

空间定位原理

在空间中若已经确定A、B、C三点的空间位置，且第四点D到上述三点的距离皆已知的情况下，即可以确定D的空间位置。

原理如下：因为A点位置和AD间距离已知，可以推算出D点一定位于以A为圆心、AD为半径的圆球表面，按照此方法又可以得到以B、C为圆心的另两个圆球，即D点一定在这三个圆球的交汇点上，即三球交汇定位。北斗的试验系统和正式系统的定位都依靠此原理。

北斗校时服务器卫星导航系统采用四维时空坐标基准，利用卫星提供的动态测量数据，根据时差测距原理进行定位和授时服务，提供位置、速度和时间等信息。也就是说，GPS北斗校时服务器授时、定位实际上是通过精确测定信号传播时间来实现的。首先，导航用户位置的确定是通过测量无线电信号从卫星到用户接收机的传播时间，然后将其转换成距离并解算方程组获得用户的位置。若这些时间信息包含1us的误差，就会导致地面上300m的定位误差。因此，没有高精度的时间基准，就没有GNSS精密定位。其次。GPS北斗校时服务器授时服务的实现基于时间系统产生的精密系统时间。授时就是用户通过GPS北斗卫星授时接收机得到GPS北斗卫星系统时间与本地参考时间信号的相位差，显然GPS北斗校时服务器系统时间的精度被直接传递给用户，因此，GPS北斗校时服务器系统时间准确、稳定、连续的保持成为GPS北斗校时服务器授时服务的关键。另外，在表述卫星运动位置和测量数据的处理方法等时，都需要精确的时间信息。

基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。差分GPS分为两大类：伪距差分和载波相位差分。