没有爱因斯坦,哪有GPS

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全球卫星定位系统原理,简单一点说就是利用地球轨道上的三颗卫星在空间上对地球上的GPS终端进行三点定位。
不过事实若是真的这么简单,那美国的GPS就不会主宰世界定位几十年了。
相对论告诉我们时间不是绝对的,每颗GPS卫星和终端的时间都不一样。
为此,在进行GPS定位时,还需要考虑时间,这就需要至少4颗卫星将自己的时空坐标(t,x,y,z)发送给终端,然后由终端根据传播延迟方程计算出自己的时空坐标。
此外,由于GPS卫星的高速运动,还需要考虑狭义相对论的动钟变慢效应和广义相对论的引力钟慢效应,GPS搭载每天比赤道上用户快约38μs,但终端与卫星通过光速传递信号,所以终端每天积累的误差等于该时间差与光速的乘积,即±11.4km。
可见,若是没有爱因斯坦,GPS定位系统将毫无用处。
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题目知识点
【物理】

GPS最基本的原理是三点定位,但由于相对论造成各点间的时间差,所以一次定位至少需要用到4颗卫星。

GPS-美国 定位系统
三点定位
狭义相对论-惯性参考系下的时空理论
【物理】

狭义相对论是关于不存在引力的时空的理论;广义相对论是关于存在引力的时空的理论,如地球附近的时空

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