定位技術
2020年05月23日
圍繞著地球運行的是一些全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星,可以幫助確定我們在地球上的位置。GPS定位背后的概念非常簡單,但其應用和實現(xiàn)需要驚人的精度。GPS定位的工作原理是基于兩個基本的數(shù)學概念。第一個概念叫做三分法,從字面意思來看,就是從三個距離定位。第二個概念是行進距離、行進速率(速度)和行進時間之間的關系。
距離=速率×時間
第一個概念,三分法,是這個活動的重點。它的中心是通過知道GPS衛(wèi)星在地球上的位置,以及從這些衛(wèi)星到我們在地球上的位置的距離,找到我們在地球上的位置。但是,我們沒有辦法真正地拿著尺子、卷尺等,去測量從我們的位置到衛(wèi)星的距離。那么,如果我們不能實際測量距離,怎么能用三分法呢?答案就在于第二個概念,把距離、速率和時間聯(lián)系起來。訣竅就在于GPS衛(wèi)星一直在發(fā)送無線電信號。
在GPS定位中,速率是指無線電信號的傳播速度,等于光速(299,792,458米/秒)。時間是由信號從GPS衛(wèi)星到地球上的GPS定位器所需的時間決定的。有了已知的速率和已知的時間,我們就可以求出衛(wèi)星和接收器之間的距離。一旦我們掌握了至少3顆衛(wèi)星的距離,我們就可以確定在地球表面的三維位置。
當然,GPS定位并不是那么簡單。為了知道從衛(wèi)星到接收器的距離,我們需要知道衛(wèi)星發(fā)出信號時的確切位置。這些位置信息包含在衛(wèi)星發(fā)出的信號中。另外,這個速率并不完全是光速(雖然真的很接近),因為有很多東西會造成延遲,比如說大氣條件。還有多路徑的問題,如GPS定位信號從地面或建筑物上反彈,精度的誤差:如定位衛(wèi)星在天空中的分布真的很差和其他潛在的誤差來源。但在大多數(shù)情況下,它真的就是這么簡單。
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