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衛星如何導航?
最後更新: 29/06/2018
在不熟悉的市區迷路怎算好?現在只要打開智能手機程式,利用衛星導航系統,就能馬上顯示出自己的位置,而且非常準確呢!
衛星導航系統
衛星導航系統主要依賴導航衛星運作,由導航衛星發出訊號到接收器(例如智能手機),再由接收器經計算後確定它所在的位置。現正運作的衛星導航系統主要有以下4個,分別由不同國家開發及運作。
美國
全球定位系統(GPS)
共31個衛星運作中,覆蓋全球。
俄羅斯*
全球導航衞星系統(GLONASS)
共24個衛星運作中,覆蓋全球。
*GLONASS由前蘇聯開發,前蘇聯解體後由俄羅斯負責運作。
中國
北斗衞星導航系統(BDS)
21個衛星運作中,預計2020年有35個衛星覆蓋全球。
歐盟
伽利略定位系統(Galileo)
11個衛星運作中,預計2020年有30個衛星覆蓋全球。
此外,日本亦在發展準天頂衛星系統(QZSS),預計2018年開始運作,覆蓋日本本土。
無人機、自動駕駛汽車等可以利用衞星導航,不需人手控制便能前往不同地點。
導航衛星構造
導航衛星有不同型號,但一般而言都有噴射引擎、太陽能板和天線。
導航衛星在哪裏?
導航衛星主要都在距離海面約20000公里的中地球軌道(在上圖以藍色顯示)運行,少量會在赤道上空約35896公里的地球同步軌道(在上圖以橙色顯示)上運行。日本及少部分中國的導航衛星則會使用距離海面約35896公里的高橢圓軌道(在上圖以粉紅色顯示)。
定位原理
- 衛星首先會將發射訊號的時間和衛星的位置發送到接收器。
- 即使訊號以光速行進,也需要一些時間才能到達接收器,因此接收器只要比較訊號的發射時間及接收時間,就能找出和衞星的距離。
- 接收器得知與三個衞星的距離後,就能使用「三邊測量」的方法,計算出地圖上唯一一個符合這些距離的位置。
以這幅圖為例,你不可能將藍點(代表接收器)搬到其他位置,而同時使它跟所有黑點(代表衞星)的距離不變。
不同系統有各自的設計,大部份接收器最少也需要3至4個導航衛星的訊號才能定位。不過衛星系統中通常都有近30個衛星運行,即使有一部分被地球遮蔽,另一部分也能補上,確保接收器於任何時候都可以在室外收到6至10個訊號來進行定位,令誤差在10米以內。然而,在室內或多山的地方定位就會出現較大誤差。
本文由《兒童的科學》提供。