北斗定位背后的数学秘密
北⽃定位背后的数学秘密
⼤部分智能⼿机均⽀持北⽃功能,但是⼈的定位是如何解决时间延迟和⾓度偏差等问题的?这跟数学有点⼉关系。
我们观察夜空中的星星,两颗星星之间的距离是⾮常难以确定的,⽽测量这些星星彼此之间或者地平线之间构成的⾓度就简单得多,这⾥指的是三⾓测量⽅法。
经典骂人顺口溜北⽃卫星定位系统的测距⽅法,简单来说,正是采⽤了古⼈发明的“勾股定理”。
勾股定理的主⾓,是⼀个带有直⾓的勾股三⾓形,其中边长⽐为3:4:5,相信没有⼈不记得吧?早在4000多年前,巴⽐伦⼈就利⽤勾股定理来测量⼟地,解决当时⽥地的分割这⼀经典问题。
因为与农业⽣产息息相关,⼏何学这⼀数学分⽀的知识体系才得以丰富,⼴泛运⽤到了各个不同的地⽅,天⽂学就是⼀个最明显的例⼦。
7⽉29⽇,北⽃三号最后⼀颗组⽹卫星宣布进⼊系统⼯作,完成了北⽃全球卫星导航系统的星座部署。北⽃三号卫星开始与其他在轨卫星组⽹,组⽹之后整个北⽃系统的运⾏⼯作将由系统的地⾯运控中⼼指挥和监测。
北⽃卫星系统从1994年开始建⽴,26年间⼀共发射了58颗卫星,⽬前还有45颗仍在正常⼯作。和美国GPS、欧洲伽利略等全球定位系统不同的是,中国北⽃有10颗在倾斜地球同步轨道,形成8字形的轨迹,增强对亚太地区的覆盖。
大气的女孩名字那么,如此艰巨的任务之后,北⽃是如何实现精准定位的呢?就拿常见的⼿机信号举例。
⼈可以拿着⼀个接收卫星信号的设备,⽐如⼿机,发出定位的请求。这时候,我们想获得求解,即你所处的坐标X,Y,Z,那么关键是测量卫星跟你之间的距离S。
科学家给出的⽅法很简单,通过星历数据来算出卫星的坐标X1,Y1,Z1,再根据勾股定理来求出这个⽴⽅体对⾓线的长度,得出S这个公式,表⽰卫星跟你之间的距离S。
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⽐较特殊的是,天⽂学的S距离是⽤卫星发出的电波信号来测距,所以,需要通过⼀系列数值模型来计算原⼦钟误差、卫星坐标误差、地⾯接收机的时间误差,定位才更加精准,这⼀切都在严格的运营监控之下进⾏。
祝福母亲北⽃系统开通后,⽇常运⾏、管控⼯作都是在运控中⼼的管控⼤厅进⾏,通过管理系统实时监测星地全系统运⾏状态及服务性能。
小学数学评课稿在北⽃三号系统中,提供了数据中⼼可视化及星间链路可视化两部分管理软件,为机房管理和星间链路管理提供了技术⽀撑,助⼒中国科技⾛上新台阶。
运控中⼼⼩科普
北⽃三号⼯程运控系统总设计师陈⾦平:秦始皇陵兵马俑的资料
运控中⼼作⽤主要是对在轨卫星进⾏运⾏状态管理,同时汇聚各类其他外地地⾯站的原始观测数据,进⾏集中加⼯处理,形成各类导航电⽂产品,向卫星进⾏注⼊分发。
北⽃运控应⽤系统副总指挥周建华:
把这些卫星和整个系统运⾏的状态要发布给⽤户,⽤户收到这些信息再进⾏定位的时候,便能知道得到的信息是否可信。这些⼯作指挥着全⽹的⼯作,也决定了⽤户定位精度的⾼低。因此我们会把这样⼀个运控系统⽐作是整个卫星导航系统的⼀个“⼤脑”。
ThingJS团队有⼀帮数学逻辑爱好者,通过理性和感兴相结合,才能在天⽂界散发如此魅⼒!

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