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精华笔记
全球卫星定位是如何做到的?
一、如何在时空中确定一个事件的位置?
1. 在地球上确定一个事件的位置,至少需要四个坐标,分别是三个空间坐标和一个时间坐标。空间坐标是经度、纬度、海拔,时间坐标就是几点几分几秒。
二、卫星定位的具体过程
1. 卫星定位至少需要四颗人造卫星,来计算出需要确定的四个坐标;
2. 卫星定位的基本工作流程,是卫星不断地向全空间广播自身的空间坐标以及自身携带的时钟的时间信息;
3. 手机接收到四颗卫星的空间和时间信息后,与自身时间进行比对,再通过内置算法,计算出自身所处的时间和空间坐标;
4. 卫星中的时钟是铯原子中,利用铯原子的振荡频率作为时间的基准。铯原子的振荡频率极其精准,2000万年的误差只有一秒钟。
三、广义相对论在卫星定位中的作用
1. 根据广义相对论,地球周围的时空会在地球引力场的作用下弯曲,因此卫星向空间广播的电磁波信号,会在引力场的作用下弯曲;
2. 电磁波信号在引力场作用下的弯曲程度要通过广义相对论进行计算。如果不把广义相对论的影响计算在内,依然假设电磁波走直线,会导致卫星定位的误差在200米以上。
思考题:请查询资料,看看中国的北斗导航系统是如何工作的?
今年开始教材上就会换成中国的北斗了
严伯钧 回复 @倭瓜大妈: 哈哈 应该换。
请问,铯原子钟在哪里哪个国家呢?只有一台吗?还是每个国家都有?
语速有点快啊,希望主播能降低百分之二十的语速。
严伯钧 回复 @鸿渐陆: 好 我尽量,这个比抖音已经慢很多了
严老师,我们咋知道铯原子钟一千万年相差一秒呢
严伯钧 回复 @KONGBAI: 理论上算出来的。
有空能插播个广义相对论吗 光速不变背后傻原理
严伯钧 回复 @黑白番: 近期会出一门新课,第一章就是相对论。
好像有两个问题: 1.卫星定位时并不需要知道接收端的准确时间,而且接收端的时间也不可能很准确。所以可以把接收端的时间设定为未知数,通过接收四颗卫星的信号,列出四个方程,四个方程解算出四个未知数(空间三个,时间一个),当然解算过程是通过定位芯片自动完成的,这才是需要四颗卫星才能定位的原因。 2.卫星上原子钟除了受广义相对论的影响外,还受狭义相对论的影响。狭义相对论的钟慢效应使卫星钟比地面上慢,广义相对论效应使卫星钟比地面上的钟快,广义相对论效应的效果大于狭义相对论的效果,综合来讲,卫星钟比地面上的钟快一些,需要调得慢一点。
严老师,广义相对论能不能⋯⋯介绍⋯⋯一下
严伯钧 回复 @梦醒的火山: 伟大科学家单元讲爱因斯坦那几集有,《六极物理》里讲的更详细。
四颗卫星可以精准定位定时,那是因为这几个卫星在同一高度也就是同一轨道,而北斗是在不同高度的轨道上,这样定位会需要的少一些,另外系统内部算法计算位置和时间会更精确。手机定位是不是很天气有很大关系,比如雨天或者雾霾天定位就不太准了?
严伯钧 回复 @嘻嘻顽童: 这个我现在也不太确定,需要计算一下。初步分析天气会影响空气密度,进一步影响电磁波的传播速度,但是不确定这个影响有多大
GPS只有24颗卫星吧
802jj 回复 @不火的乌鸦: 嗯,几颗备用
我觉得可以多建一些基站,然后让手机发射一些信号,这个信号碰到基站反弹回来手机就会知道它是通过哪个基站反弹回来,然后让手机分辨这个反弹回来的波的。比如说波长或者是方向什么的,然后手机就可以判断自己在基站的什么位置上,这样他它也就能定位了。
严伯钧 回复 @秒速人生: 对 基本是这个意思。