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手机gps卫星导航仪(GPS是什么)

福瑞号2022-12-12 18:02:10投稿241
手机gps卫星导航仪(GPS是什么)-图1
(图片来源:wikipedia)
为了避免迷路,人类可下了不少的功夫,他们树立了不朽的地标,费力地绘制了详细的地图,还学会了看夜空中的星星……尽管如此,精确定位在过去还是个大难题。
然而事情到了今天,就简单多了。只需打开手机里的导航系统,它就可以告诉你,你的确切位置。它还能为你导航,也就是规划路线,引导我们到达目的地,这些正是现代智能手机最酷的功能之一。是因为智能手机太聪明了吗?其实是因为它们身体里装了GPS接收器。
GPS即全球定位系统(Global Positioning System),是由美国研发的全球卫星导航定位系统。目前,我国也有自己的卫星定位系统,叫做北斗卫星导航系统。另外,欧盟和俄罗斯也有他们自己的定位系统。首先,卫星知道自己的准确位置信息,它们发出信号,被手机上的GPS接收器截获,根据信息到达的时间,接收器就能知道卫星与你的距离,并由此计算出你的位置。
为什么知道了卫星与你的距离,就能计算出你的位置?比方说,你并不知道自己的位置,但是知道A同学在什么地方,并且,你知道他在距离你10米的某处。所以,以A为圆心,以10米为半径的圆周上,都有可能是你所在的位置。
理论上来讲,截获任意三颗卫星的信号,便可以得到你的位置。想象一下,你正站在地球上的某个地方,头顶上有三颗卫星A、B、C。如果知道你与卫星A的距离,那么你一定在A红圈的某个地方。如果你也知道了卫星B和卫星C的“红圈”范围,那么三个圆的交点就是你的位置了。这就是GPS接收器的定位原理,只不过它实际使用的是重叠的球体而不是圆。
手机gps卫星导航仪(GPS是什么)-图2
图片来源:网络
实际上,为了更加精确地定位,我们需要多观测1颗卫星,也就是说,GPS接收机需要截获至少4颗卫星传输的信号,并将这些信息与电子年历中的信息结合起来,才能准确找出接收机在地球上的位置。
但是,另一个大问题出现了。综合广义相对论和狭义相对论,卫星的时钟与地面时钟不是同步的,卫星的时钟每天大约比地面钟快38微秒。这个数字看起来微不足道,但GPS系统要求的是纳秒级的时间精度(38微秒等于38000纳秒,如果不加以校正的话,GPS系统每天将累积大约10千米的定位误差),那这个误差可就大了。为此,GPS导航仪在定位时还须根据相对论进行计算,纠正这一误差。
在开阔的地区,卫星信号会强一些,定位也会更为精准。但是像电梯、厕所等周围障碍物较多的地方,信号就会略差。科技改变生活,有了卫星定位,我们就不必在茫茫夜空中寻找指路的星星,也不用在信息密集的地图上来回摸索,打开手机,你就知道你在哪里了。今年,也就是2020年,我国的北斗卫星导航系统也将完成,为全球用户提供更加优质的服务。
参考资料:
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%A8%E7%90%83%E5%AE%9A%E4%BD%8D%E7%B3%BB%E7%BB%9F
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E9%90%98
作者:董依明
审稿:于颖卓
中科院地理科学与资源研究所博士
手机gps卫星导航仪(GPS是什么)-图3

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