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卫星定位导航:GPS与“大铁锅”

文章出处:Esino 人气:发表时间:2016-12-28 22:43

城市的大街小巷,郊区的农舍房顶,我们经常可以看到大大小小的“锅”。千万不要小看这些“锅”,当地人看电视就全靠它了,它其实是天线,用来接收卫星电视信号的。可是,同样是接收卫星信号,手机和汽车的GPS导航仪为什么不需要这种“锅”呢?

锅形天线

 

生活离不开卫星

汽车GPS导航的原理是这样的,它通过测量接收机和已经明确位置的卫星之间的往返时间,得出接收机和卫星之间的距离,然后通过4颗或4颗以上的卫星的数据得出接收机的准确位置,进行定位和导航。因为卫星电视信号是由特定的与地球同步的卫星传输,且离地球较远,传输数据较繁杂,所以电视用户需要“锅”才能得到足够让电视画面清晰输出的信号。而GPS的卫星距离地球较近,传输数据也简单,所以不需要用“锅”。

无线电通讯的“敌人”

无线电波的传播方式有三种:天波、地波和沿直线传播的波。

地波是沿地球表面空间传播的无线电波。地表有各种障碍物,只有较长的波长才能绕过,所以长波、中波和中短波都能很好地绕过障碍物。地波在传播过程中会有能量消耗,中波和中短波的传播距离短,一般在几百千米内。长波沿地面传播的距离要远很多,但是长波发射所需的设备庞大,且造价高,所以长波很少用于无线广播,多用于远程无线电通信和导航。

天波是靠电离层的反射来传播的无线电波。地球的电离层在85千米到约600千米高度的大气空域,这里大气稀薄。实验证明,波长短于10米的微波能穿过电离层,波长大于3000千米的波,会被电离层全部吸收。因此,短波是利用电离层的最佳波段,经过电离层多次反射,电磁波可以传播一万千米以上。

微波和超短波沿直线传播。由于地表是球形的,为了增大传播距离,微波发射和接收的天线都建得很高,即使这样也只能达到几十千米。在进行远距离通信时,还是需要设立中继站,不过现在可以用卫星来传送微波。由于通信卫星在赤道上空大概36000千米的高空,可以让无线电信号跨越大陆和海洋。

 

太阳黑子

 

太阳黑子活动时会向外发射带电离子,当带电离子进入电离层时会与大气分子发生猛烈碰撞,使电离层电子密度增加,这就会干扰到电离层对电磁波的吸收和反射,使得无线电波信号被吸收,导致无线电波信号经过这一空间后会衰弱甚至消失。所以说在太阳黑子活跃的时候会影响地球的无线电通信。

 

来源:科普中国


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