为什么要使用相对论为GPS导航提供更正

大多数人会觉得爱因斯坦的相对论主要适用于高速状态亚博app ,微观世界和宇宙世界,似乎离我们的日常生活很远。实际上,事实并非如此,它也具有与我们生活息息相关的一面。全球定位系统(GPS)是著名的例子之一。 GPS的误差源之一是相对论效应的影响,通过校正相对论效应可以获得更准确的定位结果。

爱因斯坦的时间和空间积分理论表明,卫星时钟和接收器处于不同的状态(运动速度和重力位置),这将导致卫星时钟和接收器时钟之间的相对误差。由于GPS定位是依靠原子钟在卫星上提供的精确时间来实现的,而导航和定位的精度取决于原子钟的精度,因此有必要考虑相对性的影响以提供准确的卫星定位服务。

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相对论的特殊理论认为相对导航,高速运动的物体经过的时间比静止的物体慢。每个GPS卫星的速度为每小时1. 40,000公里。根据相对论的特殊理论yabo网页版 ,其机载原子钟比每天地球上的时钟慢7微秒。另一方面亚博直播 ,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20,000公里的太空中。由于GPS卫星的原子钟比地球表面的原子钟具有更高的引力,因此车载时钟每天都更快。 45微秒。两者的结合结果是,车载时钟每天比地面时钟快38微秒。

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这个时差看似微不足道,但是如果我们认为GPS系统需要纳秒级的时间精度,那么这个误差就非常可观了。 38微秒等于38,000纳秒。如果不纠正,GPS系统将每天累积大约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,必须包括对车载时钟每天回拨38微秒的修正。

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因此,在发射GPS卫星之前快乐飞艇 ,必须降低GPS卫星的时钟移动频率。此外,GPS卫星的轨道并不是一个完美的圆。有时它靠近地球中心,有时又很远。考虑到重力位置的波动,GPS导航器在定位时还必须根据相对论进行计算和校正。这个错误。

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通常来说,GPS接收机在30米以内的精度意味着它已经利用了相对论效应。

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由于广域增强系统依赖于从地面基站发送的其他信号,因此它是基于地面时间的,与卫星时钟时间无关。因此,配备此系统的GPS接收器没有相对论效果。

可以看出,GPS的使用与狭义相对论和广义相对论密不可分。早在1955年相对导航,物理学家就提出可以通过在卫星上放置原子钟来验证广义相对论。 GPS意识到了这个想法,并让普通人亲身体验了相对论的力量。

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