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    用了這么久的GPS系統 你真的知道它是怎么運行的嗎?

    2018-10-26 11:34:12 來源: 前瞻網
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    GPS衛星測量的作者、緬因州大學空間信息科學系教授阿爾弗雷德·萊克為我們提供了GPS是如何工作的答案。

    全球定位系統(GPS)由24顆運行中的衛星和若干備用衛星組成。一些備用衛星也在使用中,一旦運行中的衛星發生故障這些備用衛星隨時就可以啟動。考慮到這么多衛星的特定軌道,觀測者在任何時候都能在地球上的任何地方看到至少四顆衛星。

    使用GPS的方法是復雜的,但復雜的程度取決于所需的定位精度和速度。舉個簡單的例子,假設衛星的軌道位置可以在任何時候精確計算到相對于地球的位置,進一步假設,地面上的GPS接收器可以同時測量至少三顆衛星與接收器之間的距離,通過用三個坐標(如緯度、經度和高度)來定義接收器的位置,就可以很容易地寫出三個方程,將三個距離觀測值與衛星的已知坐標和接收器的未知坐標聯系起來,這三個方程就可以解出這三個未知數。

    接收器與衛星的距離是通過衛星傳送的定時信號來測量的,這些衛星以光速向地面的接收器傳送定時信號。由于光速速度非常快,衛星信號傳輸的瞬間、以及接收器天線信號接收的瞬間都需要精確的記錄,以保證距離和位置計算的準確性。衛星自身實際上攜帶著原子鐘。相比之下,接收器配備著廉價的鐘,因此不夠精確,所以當接收器記錄到達的衛星信號時,我們必須要考慮到發生的時間誤差。由于所有衛星到達接收機的信號都是同時測量的,所以距離測量都會受到接收器時鐘誤差造成的影響,為了確定準確的位置,這個誤差必須計算。完全確定接收器的位置需要四個未知數:接收器時鐘誤差和接收機的三個坐標。通過測量至少4顆衛星的距離,我們可以建立4個方程來解決這4個未知數。這就要求建立一個真正的全球定位系統,需要在任何時間從地球上的任何地方看到至少四顆衛星。在實踐中,接收器會觀察所有它可以觀察到的衛星,以最佳確定估計接收器的時鐘和位置。上面描述的解決方案通常稱為導航解決方案,這種類型的計算幾乎運用在所有接收器中,包括廉價的手持設備。除了確定位置之外,時間的精確度還可以超過一微秒,因此,GPS接收器對于遠程時鐘間的時間同步非常有價值,時間同步是現代網絡、電話、電視廣播等多種方式通信的重要組成部分。

    仔細觀察其基礎理論和技術,不難發現GPS定位并不簡單。對于那些使用GPS走南闖北的徒步旅行者和駕車者來說,他們可能對GPS沒什么興趣,但對科學家來說,GPS是一種用途廣泛的實用工具,應用范圍從電離層和對流層研究到地殼變形。對于工程應用來說,GPS應用的范圍同樣很廣,GPS已經真正成為一個全國性的公用設施。(Connor Feng)

       聲明:中測網登載此文出于傳遞更多信息之目的,并不意味著贊同其觀點或證實其描述,文章內容僅供參考。

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