首先,GPS是一个时间同步系统,定位功能是在这一基础上发展出来的功能。其次,GPS接收机是一台扩频接收机,对于任何一台接收机来讲,同步是必须的。天上的卫星和接收机的同步并不是通过卫星直接发个数据包告诉地面现在是几点这种方式来实现的,因此题主画的图有错误。具体的同步方式是天上的卫星上有一台非常准确的原子钟,所有的时间基准都是以此为准,而接收机则是要让自己本地的时钟(晶振产生)与天上的原子钟同频率同相位运行起来。具体的方法分两个步骤:载波的同步与扩频码的同步。卫星会向地面发送调制着扩频码和载波的信息。也就是说,从卫星上发过来的信息要经过两次调制,第一次是扩频码,然后经过载波调制,卫星发出来的信息其实速率并不高,只有50bps。接收机知道载波的形态,也知道扩频码的形态,唯一不知道的是他们什么时候发出来的。这样接收机通过一点点调整自己本地的时钟,通过解调先把载波去掉,然后再一点点调整扩频码,通过解扩找到扩频码的起始位置,这样天上和地面的时钟就同步起来啦。一般民用GPS系统会把1毫秒分成1023个扩频码码片,每个码片又可以精确同步其相位到几十分之一的码片,这样你算算精度有多大?基本都是ns级别的。至于是怎么找的,这个就要谈到通信数字接收机原理和检测理论啦。这个时候仅仅是把天上和地面的时钟同步起来了,或者说相对时间确定了,不会出现天上的表走的快,地面的表走的慢这种情况了。然后还记得前面说的卫星发出的50bps的信息吗?那里面有什么时候卫星发出的这条信息,里面会说明这条信息发出的时间与卫星在空间中的位置。地面接收机先根据这条信息发出的时间,加上一个大概的传输时间(毫秒级),再加上一个误差时间。后面就是利用最小二乘慢慢将这个误差时间估出来。估的方法就是接收机会从几个卫星中收到电文,靠着前面提到的同步后的码相位与载波相位,一点点将这个误差缩小。
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