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分析GPS定位系统里的相对论
- 2019-08-27-

      凡事都有相对论,GPS定位也是。但是有很多人一直怀疑相对论是否正确性。今天合肥GPS定位系统就带大家了解一下。

      GPS 的误差来源里有一项是相对论效应的影响,通过修正相对论效应可以得到更准确的定位结果。

      爱因斯坦的时空积分理论表明,卫星时钟和接收器时钟之间的相对误差是由卫星时钟和接收器的不同状态(运动速度和重力势)引起的。由于GPS定位取决于原子钟在卫星上提供的精确时间,而导航定位的精度取决于原子钟的精度,为提供精确的卫星定位服务,应考虑相对论效应。

      狭义相对论认为高速运动物体的时间比静止物体的时间慢。每颗GPS卫星的速度为每小时14000公里。根据狭义相对论,它的船上原子钟比地球上的原子钟每天慢7微秒。

      另一方面,广义相对论认为重力对时间的影响更大。GPS卫星位于距地面约20000公里的太空中。由于GPS卫星上的原子钟比地球表面的原子钟具有更高的引力势,因此车载时钟每天快45微秒。因此,车载时钟每天比地面时钟快约38微秒。

       这种时间差似乎微不足道,但如果我们考虑到GPS系统需要纳秒级的时间精度,这个误差将是相当大的。38微秒等于38000纳秒。如果不改正,GPS系统每天会积累约10公里的定位误差,这将极大地影响人们的正常使用。因此,为了获得准确的GPS数据,有必要考虑车载时钟每天拨回38微秒的校正项目。

       因此,在发射GPS卫星之前,有必要降低其时钟的移动频率。此外,GPS卫星的轨道不是完美的圆形,有时接近地球中心,有时远离地球中心。考虑到重力势的波动,GPS导航仪必须根据相对论进行计算,以修正这种误差。

       一般来说,30米以内的GPS接收机精度意味着它利用了相对论效应。

       因此,GPS的使用不能与狭义相对论和广义相对论分开。早在1955年,物理学家就提出将原子钟放在卫星上,可以验证广义相对论。全球定位系统实现了这一理念,使普通人能够体验到相对论的力量。

      以上就是有关GPS定位系统的相关知识,如果还想了解更多,欢迎前来咨询,我们乐意为您解答。