全球定位系统(GPS)
全球定位系统(GPS) 是世界范围的无线电导航系统,它由24颗卫星及其地面站组成. 利用这些GPS 的" 人造卫星" 为计算基准点来计算位置可以准确到几米的精度. 事实上, 先进 GPS测量方式,精度可以达到一公分或更小! 在某种意义上说,它就像是给地球上的每平方米的表面以独特的地址.
全球定位系统接收机已经使用微型集成电路,因而越来越便宜. 而且,几乎每个人都可以使用这技术. 现在GPS正在走进汽车、船舶、飞机、建筑设备、电影制作工具等各个领域,甚至笔记本电脑.
GPS很快成为像电话一样成为基本的工具. 事实上,在戴维特林布尔,我们认为它可能成为一种普遍的通用工具.
这里是GPS如何工作的五个步骤:
“三角形”为基础.
“三角形”利用全球定位系统接收机利用无线电波的传播时间来测量距离.
,GPS需要有非常精确的时间.
,你需要知道卫星究竟是在太空的什么地方. 高轨道和认真监控是关键.
,因为它穿过大气层
由此可见,整个方法就是利用GPS卫星在太空作为参考点在地球上进行定位. 没错,通过非常、非常准确地测量距离,我们可以用三颗卫星组成的" 三角形"确定我们在地球上任何地方的位置.
暂时不考虑我们如何测量接收距离的措施. 我们等会再讨论. 首先解释如何利用空间的三颗卫星来精确测量到地面的距离.
大几何观念:
假如测量我们到卫星的距离,发现它是11,000英里.
知道我们距离那颗卫星的距离是11,000海里,我们可以假设我们在整个宇宙中的一个领域表面,它是以11,000公里为半径的围绕着这个卫星的表面.
下面,我们又测量距离,找到了第二颗卫星,.
这告诉我们,我们不仅在11,000英里的表面还在以第二颗卫星为圆心,半径12,000英里的圆表面. 或者换句话说,我们在这两个表面的交叉处
如果我们再测量从第三颗卫星,并发现是13000英里,那我们缩小了位置,更进一步小了,得到13000英里圆穿越的圈子与前两个圆相切的那两点.
由三颗卫星,我们可以将空间缩小到两点。决定哪一个点才是我们真正的位置,我们可以进行第四次测量. 但通常其中的一个是荒谬的答案(或是从地球太远,或有可能在移动速度),不用测量我们就可以排除. 第四次测量是有另一个原因的,不过不想现在说,我们等会再解释.
下面我们再看看系统如何测量到卫星的距离。
1. 三角形
位置由计算到卫星的距离(范围). 如果我们能排除荒谬的答案或使用其他手段,三个距离就是足够的了。需要另外一个距离的原因是由于有待于讨论的技术原因. 我们看到,在上一节定位测量距离计算,至少需要3个卫星.
但是怎么测量一个的左右浮动空间的距离呢? 我们通常是计算从卫星发出的信号到到达我们的接收机所经过的时间
.
从某种意义上说,这可归结为"速度乘以时间"我们高中的数学问题. 记得以前一句话:"如果一辆汽车以每小时60英里的速度行驶两小时,这是多远的路程呢?"
速度(60英里/小时)×时间(2小时)=距离(120英里)
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