目前,智能手机的GPS定位方式主要有两种:直接使用GPS系统进行定位和辅助GPS系统定位,也叫作A-GPS(AssistedGPS) 。但在这种情况下,定位需要的时间会比较长,一般需要几分钟,而A-GPS条件下则定位时间更短,只需要几秒钟;定位的准确性可能会相对较差,定位效果主要取决于周围环境遮挡情况和手机内置的GPS芯片的性能 。
GPS的定位原理是应用了相对论吗?
想必题主刚刚参加了“百万英雄”的答题,其中有一道就是问GPS卫星定位应用到了什么理论,在可供选择的答案中相对论是正确的 。事实上,不管是美国的GPS系统,还是我国的北斗系统,都需要应用到相对论,这个问题在北斗卫星导航系统的官网中有简单介绍 。下面,就对这个问题做个较为详细的计算 。根据爱因斯坦的相对论,在不同参照系中,时间流逝速率是不一样的,时间并非绝对的 。
【GPS卫星定位基本原理,gps定位原理】根据狭义相对论,如果有个时钟相对于地球运动,那么,静止在地球上的观察者会测得运动时钟走得比地面静止的时钟更慢,这个效应是由运动引起的 。由于GPS卫星在太空中相对于地球的运动速度达到了1.4万千米/小时(3889米/秒),那么,GPS时钟的时间ΔT会慢于地面时钟的时间Δt,它们之间存在如下的关系式:其中v是GPS时钟的速度,c是光速(299792458米/秒) 。
代入数值,可以计算出ΔT≈0.999999999916Δt 。这意味着地面时钟过1秒,GPS时钟过0.999999999916秒,所以GPS时钟稍慢于地面时钟 。如果累积一天的时间,GPS时钟走得比地面时钟慢(1-0.999999999916)×24×3600×10^6微秒≈7微秒 。另一方面,根据广义相对论,如果有个时钟远离包括地球在内的大质量天体,那么,我们在地球上会测得遥远时钟走得比地面时钟更快,这个效应是由引力引起的 。
由于GPS卫星距离地面2万千米,那么,GPS时钟的时间ΔT会快于地面时钟的时间Δt 。如果不考虑地球自转的影响,根据引力时间膨胀效应的计算公式可得:其中Δt0为远离任何大质量天体的时钟时间,G为万有引力常数,M为地球质量,r为时钟与地心的距离 。代入数值可以得到ΔT=0.9999999998318Δt0,Δt≈0.999999999304Δt0,从而可以得到ΔT≈10.0000000005278Δt 。
这意味着地面时钟过1秒,GPS时钟过1.0000000005278秒,所以GPS时钟稍快于地面时钟 。如果累积一天的时间,GPS时钟走得比地面时钟快(1.0000000005278-1)×24×3600×10^6微秒≈45微秒 。因此,综合狭义和广义相对论效应,GPS时钟每天走得比地面时钟快38微秒 。如果不消除这种时间差,那么,就会导致定位误差一天的累计值高达38×10^-6×299792458×10^-3千米≈11.4千米,这是必须要消除掉的 。
如果没有网络,智能手机上的GPS如何工作?
目前,智能手机的GPS定位方式主要有两种:直接使用GPS系统进行定位和辅助GPS系统定位,也叫作A-GPS(Assisted GPS) 。A-GPS定位是需要手机联网的,其工作原理是通过在卫星信号接收效果较好的位置上设置若干参考GPS接收机,解算出当前的卫星星历等信息,然后通过移动网络将该终端需要的星历和时钟等辅助数据发送给终端,终端根据辅助信息可以进行快速的信号捕获 。
此外,终端还可以根据解算出来的误差信息进行辅助定位,提高导航定位的精度和可靠性 。A-GPS是需要将辅助信息传输给终端的,通常采用的是移动通信网络来进行信息的传输,比如4g网络等地基的移动通信网络,所以,如果没有网络A-GPS是不可用的 。但是,事实上,单纯的GPS定位是不需要网络的,因为GPS卫星导航系统是利用手机内的GPS芯片接收来自GPS卫星的信号,并对信号进行同步和解算获取位置信息,当接收到超过4颗卫星的时候,就可以实现导航定位 。
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