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除了gps还有什么定位系统?

作者:访客 日期:2022-11-26 分类:GPS卫星定位

GPS定位


提到定位,一般人首先会想到GPS(Global Positioning System全球卫星定位系统)。GPS是由美国首先研究使用的一种定位方式,所以很多人认为GPS就是指美国导航系统,其实GPS也是全球卫星定位系统的通用称呼。全球有四大卫星定位系统,美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧洲的伽利略以及中国的北斗。

GPS什么意思?

当你在一个陌生的城市或野外迷路了,不知道自己身在何方时,应该如何确定自己的位置?我们的远古祖先会树立高耸的地标,并且通过白天的太阳以及夜晚的星星来确定方向。后来人们发明了罗盘,学会了制作详细的地图,但是离开自己熟悉的地区后仍然容易迷路。

而现在,我们只需要拿出随身携带的智能手机,使用GPS定位功能就能相当精确地知道自己所处位置。GPS也就是全球定位系统,它的背后有着昂贵的设备和强大的技术支持,但是定位的数学原理却相当地简单和直观。

虽然500年前麦哲伦通过环球航行向世人证明了地球是球形,但是我们立足于平坦的大地上,使用平面的地图。我们通常用东南西北来确定方位,如果我们知道自己相对一些确定地点的方位,就能在地图上找到我们的位置。比如当前所处位置在家的东边,学校的西偏北方向,然后你只需要在地图上画两条线,得到的交点就是我们所处的位置。

GPS全球定位系统就是一个空间无线电导航系统,在你头顶的地球轨道上运转着很多颗GPS卫星,这些卫星彼此间有着同步的时间,且与地面时间一致。然后卫星通过无线电波不断地喊出自己的位置和时间,而我们的手机可以“听到”它们的声音。

现在让我们继续思考前面的定位问题,我们从GPS卫星得到的信息中不知道方向,只能知道卫星的位置和距离。打开平面的地图,如果我们知道离家和学校的距离,可以在地图上以家和学校为圆心距离为半径画两个圆,通常情况下它们会有两个交点,这样我们如果还知道离游乐园的距离,就可以画出第三个圆来确定我们的位置。

平面上的圆对应着三维空间的球面,如果你很难想象球与球之间的交点也没关系,你只需要知道我们需要至少4个球面来确定一个点。虽然地球也可以作为其中一个球面,但是为了更加精确地定位,我们需要随时随地“看见”四颗或更多卫星,听见它们的声音,因此卫星总数至少是24颗,而现在工作的GPS卫星有30颗以上。

这样一来我们手机从接受到的GPS卫星无线电信息中得到的时间信息,乘以光速就可以得到我们与卫星的距离,再加上卫星的位置就可以计算得到我们所处的位置。如果我们在开阔地区接收到更多卫星的信号,就能得到更精确的位置,反之如果我们在建筑物特别是电梯里,信号也会变差。

虽然GPS定位的数学原理很简单,但是实际上卫星和地球都在不断转动,如果时间稍有误差,计算得到的位置就会有很大的错误。一个非常有名的误差便是基于广义相对论,GPS卫星上的时钟每天会比地球上时钟快38微秒,计算位置就会出现10公里的误差。科学家就需要解决许多技术上的细节问题,保证GPS能够正确地工作。

除了GPS卫星定位,我们还能通过地球上信号基站等其他方式定位。科技带来定位能力让我们出门在外的时候更加有安全感。

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