GPS定位,不过就是简单的三点定位法:知道待测位置与已知三个参考点的距离,就可以确定其坐标。坐标有三个自由度(x,y,z)(x,y,z),所以只需要知道三个距离就可以了。为了测量两点之间的距离,可以计算这两点之间光传播的时间差。如果待测位置处的时间是精准的话,那么就只需要知道已知三点处的精准时间就可以了。但是,精准地确定每个待测位置处的时间,代价太高了,所以额外增加一个参考点,就可以了。简单地说,在这种情况下,待测位置有四个自由度(x,y,z,t)(x,y,z,t),所以需要四个方程来确定其具体数值——也就是说,需要四个精确的参考点。
精确的参考点就是GPS卫星,必须非常精确地知道其时间和轨道参数,才有可能用来定位。只有通过地球上的观测站(包括观测站与卫星间的通讯),才能够得到这些精确的信息。为了让不同卫星上的时钟保持同歩,就必须考虑相对论效应;而计算位置所需要的四个方程,更是必须满足相对论要求的光速不变原理才行(GPS卫星总是在高速运动的)。所以说,GPS定位必然要考虑相对论效应。如果不考虑相对论效应,各个GPS卫星之间就不可能保持时间上的同步。本来同步的卫星,随着时间的流逝,他们的时间差别就会越来越大,就无法用来GPS定位了。在具体实现中,这些信息都包含在每个GPS卫星发射的自身参数信息(所谓的“星历”)里,待测位置处的GPS定位仪只是接收各个GPS卫星发出的信息并解码,从而得到定位所需要的相关信息。简而言之,GPS定位确实需要考虑相对论效应。至于说什么“只要各个卫星保持同步,就可以定位了,根本不需要相对论”,只是没有注意到,为了让卫星时钟保持同步,就必须依赖卫星与地面观测站的通讯,在此过程中必然考虑相对论效应。