多普勒效应和GPS成因

1957年一个周一的午餐时间,Johns Hopkins大学,大家在激烈讨论上周末头条——史上第一颗人造卫星苏联1号(Sputnik I)成功升空。那对当时美苏冷战和国家地球物理年都具有不小的意义。George C. Weiffenbach和William H. Guier从大家讨论中发现,上周末好像没有人来实验室尝试接收苏联1号的信号,他俩感到很诧异。George C. Weiffenbach正在攻读微波频谱的博士学位,他正好有一台20MHz的信号接收器,而苏联方面故意将卫星发射信号设置成只要有20MHz的接收器,就能够收到卫星信号。

当天下午George C. Weiffenbach和William H. Guier就接收到了苏联1号的信号,清晰而又响亮,他们意识到应该录下来并打上时间戳。那段时间,大家都传“George捕获到信号了”,所以不断有人登门拜访,这让George和William越来越激动。

当晚他们再次接收信号,意识到可以用多普勒效应计算卫星在太空中移动的速度。多普勒效应,简言之就是信号源和接收器任意一方处于运动状态,波频会产生变化。他们将波频代入多普勒方程,计算出卫星的运动速度。他们还发现可以利用多普勒位移的斜率,能够确定卫星轨道距离他们实验室的点,画出卫星的运动轨迹。

这时候好像还没有和GPS扯上关系,下面继续。

1958年3月17号,周一,应用物理实验室Frank McClure叫George和William到他办公室把门关上,问他们是不是有夸大他们的观察发现,他们回答说没有,随后Frank抛出了一个问题:“如果知道卫星的精确轨迹,能够测算出地面接收器的位置吗?”如果已知的是地面接收器,参数就变成5个,而已知卫星的话,参数是9个;5个参数会更准确。George和William经过几天测算,给出了肯定的答复。

Frank为什么要问他们两个这个问题,是因为军方正在研究Polaris核导弹,需要在潜艇上发射,他们可以通过这种方法确定潜艇的位置。这个项目被称为Transit Navigation System:。

1983年里根总统宣布卫星导航作为大众利益应向民用领域开放,这套系统更名为GPS( Global Positioning System),时至今日,GPS卫星信号基本覆盖了全球,为手机地图导航到飞机,提供导航。

You may also like...

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注