打开太空中的电子地面,可以显示位置吗?
全球定位系统(GPS)始于20世纪70年代,是美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要用途是为陆、海、空提供实时、全天候和全球导航服务,并用于情报收集、核爆炸监测和应急通信等一些军事用途。它是美国全球主导战略的重要组成部分。理论上,24颗GPS卫星在距地面20000公里的高度绕地球运行,周期约为12小时,这样在任何时候,地面上任何一点都可以观测到4颗以上的卫星(98%)。这样,根据三维空间定位原理,实现定位就足够了(四颗卫星构造四个方程求解四个未知数:三维坐标和接收机钟差信息)。后来经过扩建,其卫星数量稳定在32颗左右,分布在轨道倾角为55度的6个平面上,达到最优设计。因为卫星寿命不同,美国每年都会发射一些卫星来更新这个系统。
GPS信号有两种,一种是普通民用码,所有接收机都可以使用;另一个是军规,不需要解释。除了美国及其盟友,别想了。两者相差多少?大概有一百遍吧。你的手机和车载导航软件用的是普通的民码,所以你的精度设置为某条街。
第二,GPS在近地空间能做什么?
它的应用太广泛了,因为它是一个被动定位系统。简而言之,原理就是只要你有接收机,就能接收到它的信号(在它的轨道高度以下,大约20200公里,GPS信号都是指向地球的),理论上可以容纳无限个接收机,任何接收机只要有至少四个卫星信息就可以定位。所以它的应用可谓天上地下,题主关心的空间在低轨道空间完全没有任何问题!下图是欧空局卫星GOCE(进行地球重力和全球洋流)的GPS定位示意图:
低轨(轨高
这是我的报告的PPT截图,大概意思是确定LEO卫星的轨道:你要有一个高大上的星载GPS接收机(很少有国家能做到),大量的星载辅助仪器数据(星敏感器,加速度计等。),加上地球的各种复杂动力学建模(重力场、海洋潮汐、太阳光伏压力、地球固体潮、地球大气潮、三体引力等。),加上各种工程实践。这应该就是题主所说的空间应用,也是GPS在空间的绝大多数应用。
第三,这个应用有多精准?
目前科研进展是单颗卫星确定轨道的精度约为实时30cm/定位后2 cm。这是什么概念?LEO卫星的飞行速度在7000m/s以上,地面音速20倍以上,世界上最快的飞行子弹(狙击步枪)速度7倍以上。2厘米的精度是否令人震惊?而且是连续定位,任何时候都可以有非常准确的轨道。要知道,这些低轨卫星距离GPS有两万多公里!
远不止如此,对于编队飞行的卫星,可以形成唯一的双差基线,GPS辅助编队卫星的定位精度将大大提高,达到0.5 mm的水平(经星上单向高频雷达测试,精度为微米)。这项世界纪录目前由我们小组保持。这是什么概念?如果两只蚊子一起跳华尔兹,一只蚊子在荷兰阿姆斯特丹,另一只蚊子在巴黎,精度足以帮助它们纠正同步动作。