谈到卫星导航系统时，很多人第一个疑问往往是“天上的‘星星’是如何‘看到’我们的位置，又怎么能如此精准地‘指引’我们的方向？”

这便涉及被称作卫星“心脏”的原子钟。导航系统依靠原子钟“掌握”时间精度，而时间精度又是卫星导航的“命门”，天地间时间越同步、误差越小，定位精度便越高。中国航天科工集团第二研究院203所星载氢钟主管设计师王文明介绍：“从根本上说，导航的核心就是时间测量。”在由导航卫星搭建的星地坐标系中，每个星座都有其坐标信息，通过测量我们与星座间的距离，就能解算出我们在该坐标系的位置。在信号传播速度（光速）已知的前提下，时间测量越精密，位置解算便越精确。

在卫星导航系统中，1纳秒（十亿分之一秒）的时间误差将导致0.3米的距离误差。要实现如此精密的时间测量，只有原子钟能够做到。原子由原子核和电子组成，电子绕原子核高速旋转。电子在不同的旋转轨道上具有不同的能量，这些能量是不连续的，称为能级。电子在不同的能级之间可以跃迁，并释放电磁波。这种电磁波的频率被称为共振频率。同一种原子的同一种跃迁具有稳定的共振频率。利用振荡器输出高精度频率信号，即可实现时间的精密测量，就好比记录一定时间内跳绳匀速摆动的次数从而得到时间间隔。(www.daowen.com)

目前导航卫星中普遍应用的氢、铷、铯原子钟，都是基于这一工作原理。当前全球四大卫星导航系统中，GPS采用了铯原子钟和铷原子钟相结合的方式，伽利略系统、GLONASS以及正在建设的北斗全球系统，均采用铷原子钟和被动型氢原子钟相结合的授时方式。

在北斗系统发展初期，中国并不具备研制生产星载原子钟的能力。少数具备制造能力的国家对中国实行严格限制，甚至直接禁运。直到2007年，中国自主研制的铷原子钟上天服役，国际垄断才被彻底打破。目前，北斗系统所配备的铷原子钟，其稳定度达到E-14量级，“这相当于300万年只有1秒误差”，直接将“区域系统”的10米升级为“全球系统”米级分辨率，测速和授时精度同步提高一个量级。