Principios de la navegación por satélite GPS
La generación anterior de GPS fue el satélite de navegación "Meridian" desarrollado por la Marina de los Estados Unidos en 1964 y era un satélite de órbita baja. Se utiliza principalmente para la navegación de submarinos nucleares y buques de superficie, y para funciones de levantamiento geodésico. Su función más importante es proporcionar un posicionamiento preciso al misil nuclear Polaris para que pueda lanzar rápidamente un ataque nuclear. Desde abril de 1960 hasta principios de los años 1980, se lanzaron más de 30 bombas. El primero es "Meridian 1B", que se utiliza para probar e identificar el programa de navegación por satélite y sus tecnologías clave, verificar los principios de medición de velocidad Doppler de doble frecuencia y navegación de posicionamiento, y demostrar que la navegación por satélite es factible. El principal usuario del satélite "Meridian" es el misil nuclear "Polaris".
El cuerpo principal del satélite "Meridian" es un prisma octogonal con una altura de 25,4 cm y una anchura de 45,7 cm. Tiene una viga estable de 22,86 metros de largo. Cuatro paneles solares cortos se extienden desde los lados del prisma, formando una cruz, y miden 167,6 cm de largo y 25,4 cm de ancho.
El primer satélite de navegación práctico, Meridian 5B-2, se lanzó en diciembre de 1963; el primer satélite de navegación finalizado, Meridian 5C-1, se lanzó en junio de 1964 y se entregó a la Armada en julio de 1967. La agrupación de satélites de navegación es práctica y está permitida para uso civil. El Plan de Mejora de Meridianos (TIP) se implementó en 1972 y se lanzaron tres satélites por primera vez, principalmente para probar el sistema de compensación de perturbaciones, que proporcionaba compensación en tiempo real de las perturbaciones orbitales causadas por la resistencia atmosférica y la presión de la radiación solar, que en gran medida mejoró la precisión de la predicción de la órbita. Se llama satélite sin resistencia. En mayo de 1981, se lanzó un satélite meridiano práctico mejorado y se le cambió el nombre a NOVA. El trabajo pionero de la navegación por satélite: el satélite "Meridian"
El satélite "Meridian" opera en una órbita polar casi circular a una altitud de aproximadamente 1.100 kilómetros para evitar el debilitamiento del efecto Doppler. Están distribuidos uniformemente en el plano orbital para formar una red de navegación espacial alrededor de la Tierra. Los seis satélites están estructurados como una jaula de pájaros en órbita. Puede servir a usuarios como submarinos, barcos de superficie, vehículos terrestres y aviones en cualquier parte del mundo. Los usuarios pueden recibir señales de radio transmitidas continuamente por cada satélite en frecuencias de 150 MHz y 400 MHz cada 1,5 horas aproximadamente. Los usuarios en la Tierra pueden conocer con precisión la posición del satélite en la órbita espacial en función de las señales enviadas. Basándose en el efecto Doppler, se pueden utilizar ordenadores para determinar la posición de objetos en movimiento (como los submarinos) en la Tierra. De esta forma, incluso si el submarino navega bajo el agua en el vasto mar, siempre podrá saber dónde se encuentra y no se perderá en las profundidades del mar durante varios meses.
Los usuarios en la Tierra utilizan señales de radio emitidas por el satélite de navegación "Meridian" para determinar su posición. La precisión de posicionamiento de un satélite es de 20 a 50 metros. Si se recopilan y luego se promedian los datos de varios satélites que vuelan más de 30 veces al día, se puede minimizar el error de posicionamiento y mejorar la precisión del posicionamiento a varios metros.
En términos de rendimiento general, el sistema de instrumentos Meridian se utiliza para la navegación militar con una precisión de posicionamiento de aproximadamente 6 metros y, a través de múltiples vuelos, la precisión de posicionamiento puede alcanzar los 2 metros. Todo el sistema funcionará hasta 1996. El sistema de navegación por instrumentos Meridian puede navegar en cualquier clima, con señales de navegación que cubren todo el mundo y la precisión de la navegación es mejor que la de cualquier sistema anterior. Sin embargo, no se pueden configurar la altura y la velocidad y no se puede lograr una navegación continua.
La imposibilidad de navegar continuamente es realmente problemática para los usuarios. Obviamente, es una buena forma de utilizar datos satelitales de múltiples pasos elevados en una ubicación fija para mejorar la precisión del posicionamiento. Pero para los submarinos y barcos que navegan en el agua, sus receptores de navegación también deben conocer con precisión su velocidad de navegación mientras sus receptores de navegación están activos. De lo contrario, la precisión del posicionamiento se reducirá considerablemente. Para los aviones que vuelan en el cielo, debido al intervalo de tiempo entre dos posicionamientos de navegación, la distancia de vuelo puede alcanzar más de 1.000 kilómetros. Obviamente, el satélite de navegación "Midian" no se puede utilizar para la navegación y es necesario un sistema de navegación por satélite más avanzado. ser desarrollado.
El nacimiento del "meridiano" tuvo una gran importancia científica en su momento. Fue el primer sistema de navegación por satélite establecido por la humanidad y sentó las bases para el posterior sistema de posicionamiento global y el sistema Galileo.
Además, el "Meridian" también hizo que los militares fueran plenamente conscientes de la importancia de los sistemas de navegación. Posteriormente, los principales países del mundo invirtieron enormes sumas de dinero en sistemas de navegación por satélite.
El nacimiento y composición del GPS
El nacimiento del GPS
Para resolver los numerosos problemas del "instrumento meridiano", el Departamento de Defensa de EE. UU. invertimos 100 Gastamos 100 millones de dólares estadounidenses para desarrollar un nuevo sistema de navegación por satélite, que conocemos como GPS. Desde entonces hasta 1993, el GPS se completó y puso en funcionamiento. Cuando se puso en funcionamiento, costó más de 30 mil millones de dólares. El GPS era parte de "Star Wars" en ese momento y recibió considerable atención. Estados Unidos abandonó el programa Star Wars en la década de 1980, pero el GPS aún sobrevivió y se desarrolló. Diagrama esquemático del sistema GPS
En comparación con los primeros "instrumentos de meridianos", el GPS ha aumentado el número de satélites y ha aplicado las últimas herramientas de sincronización, lo que ha mejorado enormemente la precisión del posicionamiento. Además, el GPS también puede proporcionar navegación en tiempo real, lo que facilita enormemente la aplicación de aviones y barcos. Al mismo tiempo, el GPS resuelve el problema de que el "medidor de meridianos" no puede proporcionar datos de altitud. Cuando el receptor GPS puede bloquear las señales de 4 satélites, puede proporcionar datos de altitud en tiempo real. Además, el GPS también es altamente tolerante a errores. Cuando el receptor puede recibir datos de 5 satélites, uno de los satélites puede proporcionar información de error como referencia. Además de los fines de navegación tradicionales, el GPS puede proporcionar información de movimiento más precisa y capacidades de corrección de tiempo.
Se puede decir que el GPS ha dado un gran salto en comparación con el "instrumento de meridianos", que realmente ha llevado la navegación por satélite al campo de aplicaciones a gran escala.
Etapas de desarrollo del GPS
Composición del sistema GPS
El GPS se compone principalmente de tres partes de equipos: centro de control terrestre, satélites de navegación y receptor GPS. La estación maestra de control GPS está ubicada en Colorado, EE.UU., y es responsable del control general de las otras tres antenas terrestres y de las otras cinco estaciones de monitoreo distribuidas por todo el mundo. Implica principalmente recopilar datos, calcular información de navegación, diagnosticar el estado del sistema y enviar satélites. Hay 27 satélites GPS**** en el espacio, a 20.200 kilómetros de altura. 24 de los 27 satélites están operativos y 3 están en espera. Estos satélites se han actualizado en tres generaciones y cinco modelos. Los satélites transmiten dos señales: L1 y L2. L1:1575.42MHZ-p.htm" target="_blank" title="fuente de señal de 1575.42MHZ e información PDF">1575.42MHZ L2:1227.60MHZ. El reloj del satélite utiliza un reloj de cesio o un reloj de rubidio, y es También planeamos usar un reloj atómico de hidrógeno en el futuro. El reloj del satélite es un reloj atómico de cesio o un reloj atómico de rubidio. En cuanto al receptor, en realidad es el dispositivo GPS que tenemos a mano, incluido el receptor de mano civil común. recibe la señal L1, utilizada para un posicionamiento preciso. La militar es más complicada, principalmente porque es más confiable. El cohete Delta de los Estados Unidos lanza el último satélite GPS
Precisión GPS
El siguiente es el principio de funcionamiento del GPS. >
Los principios fundamentales del GPS son relativamente simples y solo involucran geografía y matemáticas básicas. Sin embargo, debido a la interferencia de varios factores, es complicado comprender completamente los principios del GPS. Aquí solo presentamos los conocimientos básicos para la mayoría. los lectores pueden entenderlo.
Primero, asumimos que las posiciones de los satélites GPS son conocidas y podemos medir con precisión la distancia entre el punto A y el satélite, el punto A debe estar ubicado en el centro de. el satélite, y la distancia medida es el radio de la esfera.
Además, si podemos medir la distancia desde el punto A a otro satélite, entonces el punto A debe estar en el círculo donde se cruzan las dos esferas. También podemos medir la distancia al tercer satélite, y es seguro que el punto A sólo puede estar en dos puntos donde las tres esferas se cruzan. Con base en algunos conocimientos geográficos, podemos excluir fácilmente una de las ubicaciones no razonables porque los dos puntos están muy separados, pueden estar fuera de la tierra o pueden estar en algún lugar en el centro de la tierra, por lo que el GPS los detecta fácilmente. Exclusiones integradas del sistema lógico.
Sin duda, el GPS suele medir la posición del 4º satélite, de modo que la intersección de los 4 círculos virtuales es nuestra posición exacta.
En resumen, existen dos condiciones importantes para el posicionamiento GPS:
1. Una es conocer la posición exacta del satélite.
2. La otra es para determinar con precisión la llegada del satélite a la distancia desde nuestro punto en la Tierra
Específicamente, la forma de lograr el primer punto es un control preciso. En primer lugar, se debe optimizar y diseñar la órbita operativa del satélite. A través de diversos medios, la estación de monitoreo debe monitorear continuamente el estado operativo del satélite y emitir instrucciones de control de manera oportuna para mantener el satélite en la órbita operativa correcta. La órbita correcta se programa en una efeméride (el equivalente al horario de un tren), se inyecta en el satélite y se envía a través del satélite al receptor GPS. Al recibir correctamente las efemérides de cada satélite, podrás conocer la posición exacta del satélite. Existen restricciones estrictas en la trayectoria de vuelo de los satélites de navegación y cada satélite debe operar de acuerdo con el cronograma.
El segundo principio de solución es que, siempre que conozca la distancia desde la señal del satélite hasta el suelo, Puede conocer con precisión la distancia desde el satélite. El principio es la fórmula física más simple: distancia = velocidad * tiempo. El intervalo de tiempo de la señal del satélite calculado por el receptor GPS se multiplica por la velocidad de la onda electromagnética para obtener la distancia exacta. feliz. Pero esto implica una cuestión importante: la hora del satélite y la hora del GPS deben estar sincronizadas. Cada dispositivo satelital del sistema GPS tiene un reloj atómico muy preciso, que a menudo es calibrado por estaciones de monitoreo. Cuando los satélites envían información de navegación, también envían información horaria precisa. Después de que el receptor GPS recibe esta información y la sincroniza con su propio reloj, puede obtener la hora exacta (el propio reloj del GPS utiliza un reloj de cuarzo barato). Por lo tanto, además de un posicionamiento preciso, un receptor GPS también puede producir información horaria precisa. El componente principal del GPS: el reloj atómico (no utilizado en el GPS)
Después de conocer la distancia y la posición del satélite, el GPS puede comenzar a funcionar. Por supuesto, esto implica muchos conocimientos complejos, incluida la interferencia atmosférica, la calibración del tiempo, el control de satélites, la tolerancia a fallas, la tecnología diferencial para mejorar la precisión, etc., cuyo aprendizaje puede llevar varios años. Por supuesto, como usuarios comunes, sólo conocemos principios simples.
Finalmente, simulemos un sistema de navegación por satélite, por ejemplo, Rice Student. Mi compañero de clase es un "novato" y su sistema GPS es "Programa de operación de satélites". ¿Qué significa "horario de funcionamiento de los satélites"? ¿Qué significa "horario de funcionamiento de los satélites"? "Horario de Operación de Satélites", conociendo las posiciones de 4 satélites. Una vez que se cumplen las condiciones, el GPS comienza a comparar el mapa incorporado, determina la ubicación actual en función de las coordenadas de longitud y latitud y finalmente inicia la navegación de acuerdo con las instrucciones de Fanfan. Una dulce voz le dice al usuario que abra la puerta después de caminar. 5 metros más adelante: ¡Atrévete a amar a Fanfan en la puerta! ¡Viajó toda la noche!
Entonces, creo que todos tienen una comprensión general de todo el sistema GPS y su principio de funcionamiento.
Composición del sistema y principio de funcionamiento El sistema de posicionamiento y navegación por satélite Beidou consta de dos satélites geoestacionarios, una estación central terrestre y terminales de usuario. El principio de funcionamiento básico del sistema de posicionamiento y navegación por satélite Beidou es el "posicionamiento de doble estrella": tomando las coordenadas conocidas de los dos satélites en órbita como el centro del círculo y determinando la distancia desde el satélite al terminal de usuario como el radio. formando dos superficies esféricas, y el terminal de usuario estará ubicado sobre estas dos esferas en el arco en el punto de intersección de las esferas. El mapa de elevación electrónico equipado en la estación central terrestre proporciona una superficie esférica no uniforme con el centro de la Tierra como centro de la esfera y la altura desde el centro de la esfera hasta la superficie de la Tierra como radio. La posición del usuario se obtiene resolviendo matemáticamente el punto donde el arco cruza la superficie de la Tierra.
Dado que el terminal de usuario necesita enviar una señal de posicionamiento al satélite de posicionamiento durante el posicionamiento, la diferencia de tiempo entre la señal que llega al satélite de posicionamiento se utiliza para calcular la posición del usuario, por lo que se denomina "posicionamiento activo". , mientras que varios otros sistemas de posicionamiento son El receptor recibe señales pasivamente y es un sistema pasivo.
Big Dipper se puede utilizar para fines de navegación y también para funciones de comunicación sencillas que no están disponibles en otros sistemas.
Beidou es obviamente un producto de emergencia. El sistema tiene solo tres satélites y es muy económico en comparación con sistemas similares. Su función principal es garantizar que las guerras y los propósitos especiales no estén restringidos por el GPS, y tiene una gran potencia. Preparativos de guerra. Desde el punto de vista del rendimiento, el posicionamiento de Beidou y otras funciones son ligeramente inferiores al GPS, y el método de trabajo de "posicionamiento activo" puede exponer fácilmente la ubicación del usuario y tiene poca confidencialidad, lo cual es una gran desventaja en el ejército.
En general, Beidou Star es el producto líder en navegación por satélite de mi país. No es perfecto en muchos lugares y todavía le queda un largo camino por recorrer. A efectos de preparación para el combate, hay pocos receptores de satélite Beidou en el mercado y son caros. Los usuarios son básicamente usuarios del ejército y de otros países. Aunque existen algunos productos minoristas, todos son proyectos para salvar las apariencias y básicamente no tienen valor comercial. La diferencia entre GPS y el sistema "Iridium" de Motorola
Al momento de finalizar este artículo, Rice enfatizó el término sistema "Iridium" y confundió "Iridium" con GPS. Para explicar esto, echaremos un último vistazo al sistema Iridium de Motorola y veremos en qué se diferencia del GPS.
Introducción al sistema "Iridium"
El sistema satelital "Iridium" es un sistema de comunicaciones compuesto por satélites que operan en órbita terrestre baja diseñado y preparado por el Departamento de Comunicaciones por Satélite de Motorola Corporation de los Estados Unidos. El sistema, combinado con las redes de comunicación existentes, puede realizar una comunicación personal digital global. El sistema Iridium consta de 66 satélites, algunos de los cuales se lanzan en cohetes Long March 2C/SD de China Great Wall Industries.
El diseño original de este sistema es simular la estructura atómica del elemento químico iridio. El iridio tiene 77 electrones girando alrededor del núcleo atómico. Por lo tanto, el sistema estelar de iridio también está diseñado para constar de 77 satélites en órbita. La Tierra en 7 órbitas heliosincrónicas. La operación puede cubrir cualquier punto de la superficie terrestre, formando un sistema "sin fisuras". Área de cobertura de comunicaciones "sin fisuras", posteriormente este sistema se cambió a 66 satélites que orbitan 6 órbitas polares, pero aún usando el nombre de registro original.
El sistema "Iridium" se inició en 1994 con el lanzamiento de siete satélites. El 1 de noviembre de 1998 se puso oficialmente en funcionamiento el sistema "Iridium", escribiendo un nuevo capítulo en la historia de las telecomunicaciones humanas. El vicepresidente de Estados Unidos, Al Gore, se convirtió en el primer usuario de Iridium. Hizo la primera llamada telefónica al presidente de la Sociedad Geográfica Estadounidense (bisnieto de Alexander Bell, el inventor del teléfono) para informarle de la emocionante noticia.
El sistema Iridium es una red de satélites de órbita baja muy grande, con 72 satélites de comunicaciones (66 satélites combinados y 6 satélites en órbita de repuesto) operando en una órbita a 780 kilómetros de altura formando 6 planos orbitales. Con un ángulo de inclinación de 86,4 grados, el satélite orbita la Tierra durante 100 minutos y 28 segundos. El satélite orbita la Tierra en un período de 100 minutos y 28 segundos. Cada satélite tiene una masa de unos 700 kilogramos. Hay 48 puntos de transmisión en cada satélite que se utilizan para transmitir señales de comunicación. Todo el sistema satelital Iridium y el satélite Iridium en sí están diseñados por Motorola, mientras que el dispositivo portátil del usuario (teléfono móvil satelital "Iridium") es proporcionado por Motorola y el fabricante japonés de teléfonos móviles portátiles Kyocera, los teléfonos móviles "Iridium" Star se dividen en Dos tipos: teléfonos de función única que solo se utilizan para la comunicación del sistema Iridium y red móvil GSM/modo compuesto Iridium. Modo compuesto de iridio. Este último funciona como teléfono satelital y como teléfono celular inalámbrico. Cuando un usuario de Iridium llama a otro usuario de Iridium, el sistema Iridium localizará al usuario llamado en toda la red Iridium. "El sistema Iridium localizará al usuario Iridium llamado a través de toda la red Iridium. Si el usuario llamado está dentro del rango de llamada del sistema GSM terrestre, la señal se enrutará a través de la red GSM terrestre al canal GSM del usuario (si el usuario está utilizando un teléfono móvil compatible con GSM satelital Iridium), como se describe anteriormente si no se puede lograr el posicionamiento dentro de la red telefónica terrestre, la señal se transmitirá directamente de satélite a satélite hasta que llegue al teléfono móvil Iridium del usuario del sistema Iridium llamado. se puede establecer sin importar si el usuario se encuentra en el Polo Sur o en el Polo Norte, lo que demuestra plenamente las poderosas capacidades de Iridium en las comunicaciones personales.
Los entusiastas de los satélites toman fotografías de Iridium pasando
Después de que el sistema global de comunicaciones por satélite Iridium estuvo completamente terminado y puesto en operación comercial en noviembre de 1998, el alcance comercial de Iridium se ha expandido a todas partes del mundo. La empresa "Iridium" abrió sucursales en todo el mundo, asignó un enorme presupuesto financiero y lanzó una campaña publicitaria a gran escala en todo el mundo para conmemorar esta importante innovación tecnológica con gran fanfarria. Sin embargo, a medida que pasó el tiempo, gradualmente salieron a la luz serios problemas en la demostración del proyecto de Iridium. "El número de usuarios de teléfonos satelitales absorbidos por Iridium es mucho menor de lo esperado inicialmente y ni siquiera es una pequeña parte del número inicialmente esperado.
Al mismo tiempo, porque "Iridium" tiene intereses pasivos de hasta 4.400 millones de dólares, lo que representa el 80% de la inversión total. Una grave incapacidad para llegar a fin de mes provocó un rápido agotamiento de los fondos y dificultades financieras. La empresa tuvo que solicitar protección por quiebra en agosto de 1999. El 17 de marzo de 2000, "Iridium" Star Company se vio obligada a La empresa de satélites "Iridium" se declaró en quiebra ante los tribunales y el sistema "Iridium" de 5.700 millones de dólares finalmente fracasó. Según las últimas noticias, la empresa "Iridium Satellite". (Iridium Satellite LLC, no la estrella "Iridium") La empresa sólo gastó 25 millones de dólares para completar la adquisición de los activos de Iridium LLC y sus filiales, y acaba de recibir de Estados Unidos un contrato de dos años por valor de 72 millones de dólares. Departamento de Defensa. Proporciona servicios de comunicación inalámbrica ilimitados a unos 20.000 funcionarios. Actualmente, Boeing gestiona y mantiene docenas de satélites "Iridium", que son similares a los teléfonos móviles GSM normales.
El satélite "Iridium". El sistema para el público ha fracasado, pero todavía existe un amplio mercado para los sistemas de comunicación móvil por satélite porque actualmente, los sistemas de comunicación móvil celular terrestre sólo pueden cubrir el 2% de la superficie terrestre y están limitados por los usuarios y el volumen de comunicación a largo plazo. No vale la pena perder el funcionamiento de redes celulares en algunas áreas escasamente pobladas, junto con el funcionamiento exitoso del sistema marítimo por satélite durante décadas, lo que demuestra que el mercado de las comunicaciones móviles por satélite tiene amplias perspectivas. En la actualidad, los sistemas de comunicación por satélite todavía se están desarrollando. Además de los que se han puesto en uso en todo el mundo, además del sistema estrella, también están el sistema ICO, el sistema Odyssey, el sistema NTT de Japón, el sistema RACE de Europa, etc., todos los cuales tienen amplias perspectivas de desarrollo. /p>
El precio de los equipos de comunicación del sistema estelar "Iridium" en China El costo de las llamadas telefónicas es asombroso. Sólo unos pocos departamentos gubernamentales han comenzado a comprarlos y la gente común no tiene la oportunidad de disfrutarlos. >
La diferencia entre el sistema satelital Iridium y el sistema de posicionamiento global es obvia. La función del sistema satelital Iridium es para equipos de comunicación. Realizar llamadas telefónicas; el GPS se utiliza para navegar y mirar mapas. Perspectivas de la navegación por satélite
Después de hablar durante mucho tiempo sobre la navegación por satélite, todos deben estar un poco cansados, hablemos de practicidad.
La navegación por satélite sigue siendo un producto en desarrollo en nuestro país. Los productos se basan principalmente en GPS de los Estados Unidos. El precio sigue siendo relativamente caro. El precio general del producto es de aproximadamente 2000 yuanes y debe pagar una tarifa de uso cada año para actualizar los datos geográficos. deja de ser válido o caduca. Desde la perspectiva del uso real, creo que todavía hay muchos problemas que deben resolverse. El primero es que la precisión del mapa es realmente insuficiente y la cantidad de información es lamentable. dirección aproximada y no se puede garantizar la precisión.
En segundo lugar, el uso del GPS es un poco complicado, especialmente al conducir, de lo contrario, la operación complicada puede provocar un accidente de tráfico. Por lo tanto, el GPS aún necesita mejorarse en términos de practicidad.
Actualmente, el GPS es el único sistema de navegación y no existe sustituto. Sin embargo, con el lanzamiento del sistema Galileo en Europa en 2008, se cree que la competencia en los sistemas de navegación será más intensa y los precios caerán aún más. Se espera que los futuros sistemas de navegación tengan sistemas GPS y Galileo integrados al mismo tiempo, que se respaldarán mutuamente y mejorarán la precisión de uso. En cuanto al GLONASS de Rusia y el Beidou de China, es probable que no sean suficientes para ingresar al mercado por varias razones.
En resumen, un pequeño GPS puede no parecer simple, pero la tecnología que contiene es inimaginable para la gente común. Desde las primeras brújulas hasta la actual navegación por satélite, ha pasado por miles de años de desarrollo. El desarrollo es el trabajo de innumerables personas detrás de él, ¡así que no subestimes tu GPS! Reimpreso como apéndice: El equipo central de la navegación por satélite: ¡el reloj atómico!
El principio de funcionamiento del sistema GPS es realmente muy sencillo: cada satélite transmite continuamente una señal de radio digital que contiene la posición y la hora con una precisión de una milmillonésima de segundo. Un receptor GPS recibe señales de cuatro satélites y luego calcula su posición en la Tierra con una precisión de unos pocos cientos de pies. El receptor compara el tiempo de recepción con el tiempo de lanzamiento del satélite y calcula la distancia al satélite basándose en la diferencia (la velocidad de la luz es 186.000 millas por segundo, por lo que si el tiempo de lanzamiento del satélite es una milésima de segundo más tarde que el tiempo de recepción , el receptor La distancia de un satélite a otro es de 186 millas). Comparando este tiempo con el de otros tres satélites cuyas posiciones se conocen, el receptor puede determinar la latitud, longitud y altitud.
De la discusión anterior, podemos ver la importancia de la sincronización precisa y sus herramientas de sincronización en todo el sistema GPS.
Hablando de relojes atómicos, los físicos originalmente crearon relojes atómicos para explorar la naturaleza del universo. Nunca imaginaron que esta tecnología algún día se utilizaría en los sistemas de navegación global.
Según los principios básicos de la física cuántica, la absorción o liberación de energía electromagnética por parte de un átomo depende de la diferencia de energía entre diferentes disposiciones de electrones, es decir, la diferencia de energía entre diferentes capas de electrones alrededor del núcleo. La energía electromagnética aquí es discontinua. Cuando los átomos saltan de un "estado de energía" a un "estado de energía" inferior, liberan ondas electromagnéticas. La frecuencia característica de esta onda electromagnética es discontinua, también conocida como frecuencia máxima de vibración. La frecuencia máxima de vibración del mismo átomo es cierta. Por ejemplo, la frecuencia máxima de vibración del cesio 133 es 9192631770 veces por segundo. Por lo tanto, los átomos de cesio se utilizan como metrónomo para mantener el tiempo con gran precisión.
En la década de 1930, Rabi y sus alumnos estudiaron las propiedades básicas de los átomos y núcleos en un laboratorio de la Universidad de Columbia. Fue aquí donde dieron los valiosos primeros pasos hacia la creación de un reloj basado en este temporizador atómico. En el curso de su investigación, el rabino inventó una tecnología llamada vibración magnética del dios. Usando esta técnica, pudo medir las frecuencias vibratorias naturales de los átomos. Por ello recibió el Premio Nobel en 1944. Ese mismo año, fue el primero en "discutir la idea" (como la llamaron sus alumnos) de que estas bolas vibraban a frecuencias tan precisas que podrían usarse para fabricar relojes de alta precisión. En particular, propuso explotar las frecuencias de los átomos denominadas de "transición ultrafina". Esta transición ultrafina se refiere a los diferentes cambios causados por diferentes interacciones del campo magnético entre el núcleo atómico y el electrón. La transición entre los dos estados tiene diferencias de energía sutiles.
En este reloj, un haz de átomos en un "estado hiperfino" específico pasa a través de un campo electromagnético oscilante. Cuando la frecuencia de transición superlineal de un átomo está más cerca de la frecuencia de oscilación del campo magnético, más energía absorbe el átomo del campo magnético, lo que resulta en una transición del estado superlineal original al estado deseado. A través de un circuito de retroalimentación, podemos ajustar la frecuencia del campo magnético oscilante hasta que todos los átomos hayan completado sus transiciones. Los relojes atómicos producen pulsos de tiempo utilizando como metrónomo la frecuencia de un campo oscilante que es exactamente igual a la frecuencia de vibración de los átomos****.
El trabajo de dos científicos pioneros sentó las bases para el desarrollo del Sistema de Posicionamiento Global (GPS): Izquierda: El trabajo de Rabi sobre las propiedades fundamentales de los átomos y núcleos condujo al desarrollo de la invención de la tecnología de oscilación magnética. Sentando las bases para los primeros relojes atómicos. El antiguo alumno del rabino, Norman Ramsay, en la foto de la derecha, sentó las bases para el desarrollo del reloj "fuente" de haz de cesio. También inventó el dispositivo de excitación por microondas de hidrógeno, que redefinió el concepto de registro del tiempo.
El propio Rabi no construyó tal reloj, pero otros investigadores continuaron trabajando para mejorar la idea y la tecnología, y en 1949, el estudiante de Rabi, Norman Ramsay. La investigación muestra que se pueden usar relojes de "fuente" de haz atómico de cesio. para registrar el tiempo. En 1949, Norman Ramsay, alumno de Rabi, descubrió que si hacía pasar dos veces un haz de átomos a través de un campo oscilante, podía obtener un reloj más preciso.
Ramsey ganó el Premio Nobel en 1989 por este trabajo. Durante décadas, los relojes de haz de cesio, los relojes de hidrógeno excitados por microondas y los relojes de rubidio han desempeñado un papel importante en los satélites o los sistemas de control terrestre en el espacio eventualmente tendrán que depender de estos relojes de cesio, que no son los mismos que los previstos por la NASA. Rabi hace sesenta años. Los relojes son similares.
En 1993, 20 años después de que el Pentágono concibiera el sistema GPS, el sistema finalmente entró en funcionamiento con el lanzamiento de su satélite número 24. La Fuerza Aérea de Estados Unidos es responsable de operar el satélite y monitorearlo a través de cinco estaciones terrestres en todo el mundo. Los datos recopilados se enviarán para su análisis al Centro Conjunto de Operaciones Espaciales de la Fuerza Aérea en Colorado, que transmite estos datos actualizados a cada satélite diariamente, junto con correcciones al reloj y a los datos orbitales.