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北斗卫星定位系统(北斗卫星导航系统图标寓意)

时间:2021年12月17日 12:24:36来源:投稿浏览:312次
[导读] 如果我问你你现在在哪里,一般情况下你都可以很快的说出来自己的位置。比如XX市XX街道某个小区多少号。但是如果你在外面的话,就不太好说出自己的位置,如果旁边没有很出名的建筑,也没有路牌,那你就没法告诉我你到底在哪...

如果我问你你现在在哪里,一般情况下你都可以很快的说出来自己的位置。比如XX市XX街道某个小区多少号。

但是如果你在外面的话,就不太好说出自己的位置,如果旁边没有很出名的建筑,也没有路牌,那你就没法告诉我你到底在哪。

如果你在野外的话那就更麻烦了,你总不能说自己在哪个大树旁边吧,这样谁都找不到。

甚至如果把你放到一个陌生的野外,你都不知道自己在哪个国家,哪个省。

所以,定位自古以来就是一个难题。

2020年6月62日,随着北斗三号最后一颗组网卫星在西昌卫星发射中心的升空,北斗三号正式组建完成。7月31日,北斗三号全球卫星导航系统正式开通。

一文搞懂北斗定位原理,卫星怎么确定你的位置?北斗有什么优势

导航卫星

使用卫星导航大家在生活中已经习惯了,打开手机地图就可以知道自己的位置,但是为什么发射几颗卫星就可以知道我们的位置?卫星定位导航究竟是怎么做到的?

定位方式限制着人类对世界的探索,比如在原始社会,人类的祖先想获取远处的猎物,就要到远一些的地方去。但是没有好的定位方法,走远了之后很容易迷路。

所以如果到不太远的地方去狩猎,可以凭着自己的记忆,或者做一些特殊的标记找到回家的路,再远了之后就没有好的办法了。

随着社会的发展,人类学会了牵星术和使用指南针,可以在适当的情况下指引方向。

但是卫星导航出现之前,人类社会还是依靠记忆加地图定位。比如村东头的大槐树、街上的十字路口往东50米、某个建筑物的门口等等。如果对当地不熟的人,还是不知道具体在哪。

所以聪明的人把地球表面看成一个球面,给地球画了坐标,经线和纬线,只要知道两个坐标经度和维度,就可以知道你的准确位置了。

克罗狄斯·托勒密于公元120年就发明了简易的经纬度,国际上将通过英国伦敦格林尼治天文台原址的那条经线称为0°经线,也叫本初子午线。如果是中国发明的话,应该把紫禁城中线作为本初子午线。

这个时候我们就可以说自己在东经XX度,北纬XX度,大家就都知道我们在哪了。

但是怎么知道自己的经纬度呢?为了更好的解决地球上定位的问题,美国1964年投入使用的GPS系统,2020年中国完成了北斗三导航系统的上线。

卫星导航的原理是什么呢?其实很简单。

比如有一个特殊的灯塔A,它可以精确地探测到一个物体和它之间的距离,但是不知道具体的方向。比如这个灯塔探测到一个物体距离它1000米,那么这个物体就在以灯塔为球心,半径为1000米的球面上,具体在哪一点不知道。

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一个灯塔定位

现在再加一个灯塔,假设为灯塔B,灯塔B同样探测到了这个物体,距离自己900米,那么这个物体就在以灯塔B为球心,半径为900米的球面上。

这两个球面相交的点为一个圆,那么探测的物体就有可能在这个圆上任何一点,这个物体的位置范围缩小了。

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两个灯塔定位物体可能的位置

现在再加一个灯塔,假设为灯塔C,灯塔C同样探测到了这个物体,距离自己1600米,那么这个物体就在以灯塔C为球心,半径为1600米的球面上。

那么这三个球面相交,就会相交于两个点。再用地球地理位置排除一个,剩下的一个就是这个物体的精确位置。

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三个灯塔确定物体的位置

把三个灯塔换成三个导航卫星,就是目前的卫星导航系统原理。

目前几个主流的卫星定位系统:北斗、GPS、伽利略、格洛纳斯都是用的这个原理。

比如一个卫星9点整给你发了一个电磁波信号,你的手机9.001秒收到了这条电磁波信号,由于电磁波速度为299792458 m/s,所以电磁波从这个卫星走到你的手机用了0.001秒,差不多走了299792.458 m,也就是这颗卫星距离你299792.458 m,接下来就可以跟灯塔定位原理一样确定你的位置。

卫星定位原理搞清楚了,但是理论到实用,中间差距还是很大的,我们来看一下实施过程中主要会遇到哪些困难。

导航卫星发射。发射卫星虽然是一件很复杂的事,但是很多国家已经有了非常成熟的经验,所以难度不是很大。

建立空间坐标。为了确定位置,导航卫星和物体必须采用统一的坐标系。空间坐标系的建立离不开时空基准,可以理解为一个坐标系的圆点,这就需要很可靠的天文观测技术来测量。

标准时间。在计算空间坐标的时候离不开统一的标准时间,时间差距1毫秒在定位的时候可能偏差几公里,这在导航系统中是肯定不能接受的。目前中国科学院国家授时中心位于山西省西安市,目前可做到地波定时精度=±(0.5-0.7)微秒天波定时精度=±(1-2)微秒,基本可以满足导航卫星的需求。

同时导航卫星上也需要精确的时钟,最先进的时钟为氢原子钟,每天误差小于1纳秒,约600万年误差1秒。目前我国北斗三号大部分导航卫星都携带了氢原子钟,使用寿命可达10年以上。

你的手机上也需要精确的时钟,不过手机自带的振荡器不稳定,所以产生的时间长时间会存在误差,一般都会定时联网获取标准时间。

刚才说了时间对定位准确度非常重要,时间差距0.0001秒,定位都会相差几十公里以上,所以卫星的时间也要考虑相对论的效应,为了协调各个导航卫星及手机的时间,整个导航系统需要一个时间同步卫星,专职负责同步时间。

激光测距。激光测距技术也是限制导航精度的瓶颈,虽然导航卫星的轨道相对稳定,但是随着时间的推移,轨道还是会产生变动,而这些变动会直接影响到定位位置的计算。

目前我国已发展出各种测距手段,包括固定和移动的,可全天时监测卫星轨道。

因为地球是球形,所以在全球每个面上都要设立卫星监测站,不然卫星运动到地球的背面,就监测不到了。但是由于地缘限制,美国可以通过全球军事基地或者盟友国家来设立监测站,中国就没有这个条件,因为没有海外军事基地,也没有可以放置监测站的盟友。

所以之前我们看国家卫星发射直播的时候,从点火升空开始过了一段时间,会听到远望号监测船接管监测,就是因为在地球的另一边,我们只能用船去监测卫星的位置。

但是用船去监测很难达到区域和全天候的要求,所以我们使用了星链法去监测地球背面的卫星,就是使用在我们国家可以“看”到的几颗卫星,去监测地球背面我们“看”不到的卫星。

所以别看卫星定位的原理简单,但是里面涉及的技术非常多,特别依赖于基础科学研究。

北斗和其它定位相比,优势在于可以发送短报文,长达120个字,在发生自然灾害其它通信中断的时候,北斗可以不断地反应现场情况变化,为救援做出决策依据。

本文来源:http://tiandingtougu.com/67121.html

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