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      全球衛星定位導航系統的心臟—原子鐘

      了解到衛星定位系統的基本原理后,我們可以發(fā)現,在衛星定位系統中最核心的部分就是要準確測量衛星信號的傳播時(shí)間。失之毫厘,謬以千里。任何一點(diǎn)細微的時(shí)間誤差乘上光速,得到的距離誤差都會(huì )被放大很多倍。在衛星導航系統中,1納秒(十億分之一秒)的時(shí)間誤差將導致0.3米的距離誤差。

       

      為了盡可能地減小時(shí)間誤差,在衛星定位系統中我們使用的是目前最精確的時(shí)間測量工具——原子鐘。原子會(huì )不停地發(fā)生振蕩,振蕩的頻率是原子的固有頻率,不會(huì )受溫度和壓力的影響改變。原子鐘正是利用這一原理制成。

       

      原子鐘的精度非常高,數千萬(wàn)年才會(huì )差1秒。目前世界上可以提供精確定位的全球定位系統,即美國的 GPS 定位系統、俄羅斯的格洛納斯定位系統、中國的北斗定位系統、歐盟的伽利略定位系統全部使用了原子鐘來(lái)測定時(shí)間。將原子鐘稱(chēng)為衛星定位系統的心臟一點(diǎn)也不夸張。

       

      雖然原子鐘能幫助我們減小時(shí)間誤差,但受限于技術(shù)和成本,我們不可能在每個(gè)用戶(hù)接收端都安裝原子鐘。實(shí)際上衛星上安裝的是原子鐘,而用戶(hù)接收端則是石英鐘,石英鐘的精度比起原子鐘就差多了。除此之外,根據愛(ài)因斯坦的廣義相對論,物體的運動(dòng)速度將導致其時(shí)間彎曲,具體表現在速度越快的物體,其時(shí)間變得越慢。廣義相對論還認為,大質(zhì)量物體會(huì )導致其周?chē)臅r(shí)間和空間發(fā)生彎曲,具體表現在離大質(zhì)量物體越近,時(shí)間就變得越慢。

       

      GPS衛星相比于地面上的人,距離地球(大質(zhì)量物體)更遠,受到的地球引力略小,基本上GPS衛星上的時(shí)鐘每天會(huì )比地球上時(shí)鐘快38微秒,即每天將會(huì )增大11千米的誤差。了解到這些知識后我們會(huì )發(fā)現,即使是同一時(shí)刻,接收端的石英鐘與衛星上的原子鐘顯示的時(shí)間也是不相同的,這種誤差會(huì )對定位的準確性造成很大影響。



      轉自:互聯(lián)網(wǎng)

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