羊歌乐先生过去的文章,我才搜索到,现在才意识到他的意义
[楼主] 作者:黄新卫
发表时间:2008/02/07 21:20 点击:576次
财经社区汽车社区军事社区文学社区社会社区娱乐社区游戏社区个人空间 西陆首页-> 论坛-> 教育-> 综合-> 形象的世界[http://club.xilu.com/thales] 第十一篇 第三节 GPS 和 Sagnac 实验 [楼主] 作者:youngler 发表时间:2004/10/10 14:23 收藏 修改 加精 置顶 锁定 标题 来源 删除 点击:1935次 [加为好友][发送消息][个人空间] 科学也许是一个实验问题,也许不只是一个实验问题。但是不管怎么样,我们不能不关心实验方面的问题。
Sagnac 实验 我曾经设想过与 Sagnac 实验类似的实验方案,后来在 http://hongbin.xilubbs.com/> ‘挑战相对论'论坛上发现这方面的实验历史上早已经有人做了。本文也是根据久广先生在论坛上的发言整理而成。 Sagnac 实验是 1913 年完成的,Pauli 在他的《相对论》中提到过这一实验。来自光源(source)的光,由半镀银镜分为两束(分别用虚实箭头表示),分别以相反方向沿镜片构成的回路绕行一周,最后到达探测器(detector),在探测器上可以看到干涉条纹。当转动整个仪器时,干涉条纹会产生移动。仪器测到的是相对于惯性系的绝对旋转。Sagnac 效应现在已经得到了广泛的应用,最好的这样的仪器可以达到的精度是 0.00001 度/小时。 Sagnac 效应与相对论的历史几乎一样长,然而在一般的相对论的书籍中却很少提到,因为说明 Sagnac 效应符合相对论有点麻烦,而且很容易遭到质疑。然而 Sagnac 效应的影响又是不可忽视的,1980s 年代多次用 GPS 系统进行了环球Sagnac 实验,校正值在 240 至 350 ns 之间。Sagnac 效应也被称为相对论效应,而且是在关于相对论的书中难以见到的相对论效应。 有很多重要的东西,被人们有意或无意的忽略了,使我们难以看清事物的全貌。早有类似这个实验的结果了,这就是全球定位系统中的 Sagnac 效应, A 点发出的光不会在 A 点重合。全球定位系统所谓的相对论校正实际上主要是校正 Sagnac 效应。不过因为是环路光, 所以相对论者并不承认是否定了光速不变原理。这里说的实验是环球通信实验。感谢 xdjxx 先生使我注意到 Sagnac 效应,在网上搜了一下找了几篇文章看了看,发现 xdjxx 先生说的确实不错。因为 Sagnac 效应是一阶小量,在地球赤道上与人们熟悉的二阶相对论效应相差几十万倍。后来在一些文章中发现了我用数学方法推出来的大部分结果。这一方面证明了我的推导和思路是正确的,同时也说明这些工作别人已经做过了,作出相反的解释,是不容易得到承认的。 我们也可以尝试用自己的理论解释全球定位系统 ( GPS ) 系统,看是否解释的通,而且还要让 GPS 系统能够正常工作。当然,实验结果对很多学物理的人来说,解释起来还是很麻烦的,我曾与沈先生通过 E-Mail 讨论过很长时间,沈先生也只是给出了不伦不类的答案,与相对论不符。环球通信实验涉及的是人们不熟悉的相对论,当这一结果被更多的人了解之后,人们就有可能接受更合理的解释。 Sagnac 实验测到的是在非惯性系中光速不是常数,上述网站也提到了有人以此反对相对论,他的解释是在非惯性系中不能使用狭义相对论而应当用广义相对论,而我没有看到很多广义相对论的解释,简单的解释应该是实际测到的光速是表观光速,不是令人很满意的解释。这大概就是中文资料不多的原因,说不清楚就不说。从下面的图(在同一网页上)中可以看到,环球通信实验与 Sagnac 实验相差不多,一个是用时钟测量时间,一个是测量相位的变化。地球本身就是非惯性系,当然可以测到不是常数的表观光速,只是还没有测到而已,证明相对于地球表面光速是常数实验是不充分的。 我原来也是认为假设光速相对于介质是常数可能最符合客观实际。但通过后来看了些资料发现这种假设实际上应该是被否定了。虽然环球通信实验还没有做,实验应该可以证明光速相对于光缆及光缆中的光纤(实际上是一种介质)不是常数。而类似的实验早就有人做了。还有光纤陀螺仪,虽然我没见过原理图,但我想如果相对于光纤,光速是常数则陀螺仪是无法工作的。光速不变只是相对于爱因斯坦同步时钟才是正确的。 相对论的书中只是列举了对相对论有利的证据,而对相对论不利的证据多避而不谈。包括一些应该是常识的东西。 Sagnac 实验就是一例,实验在 Einstein 提出广义相对论之前就已经做了,后来有很多人做过这个实验,包括 Michelson ,其理论至今用在光纤陀螺仪上,但在相对论的书中却很少提及(国外相对论网站中有详细介绍)。由其理论可以推出光沿相反方向环绕回路一周产生的时间差,或干涉条纹的移动,与光纤的折射率 n 无关。我想马先生恐怕会推出不同结果吧。 一个更大的问题是,我们现在使用的标准时间 TAI, UTC 和 GPS 时间就是坐标时间(coordinate time),即从地心惯性系到固定在地球上的参考系之间进行变换时,用的是伽利略变换 t = t '。也就是说用符合标准时间的时钟测的光速不可能是常数,如果测到的光速是常数,他用的一定不是标准时间。这一点专家们(当然包括研究相对论的)制定标准是很清楚的,只是他们不说就是了。为什么用不符合相对论的时间作为标准时间呢?显然是不得已而为之。 在牛顿力学中差别是不存在的。但在相对论中,大家都用参考系。当然也用坐标系,因为没有坐标系是无法定位的。GPS 系统就是一个很好的例子,它可以为地球上的每个点确定空间和时间坐标(经度,纬度,海拔高度,时间),而且有很高的精度。但是这个坐标系是不符合相对论的,因为这个坐标系用的是从地心惯性系通过变换 t = t ' 得到坐标时间,也就是说用的是伽利略变换。光速当然就不是常数了。 为什么不用符合相对论的时空坐标系呢,显然会有很多困难,甚至符合相对论的坐标系是否存在都是问题,至今还没有人告诉我存在这样的坐标系。因此我们只能使用非量化的非数学表示的旋转惯性系。因为我们还不知道是不是可以用有限的数学形式来表示它。 这本来应该是常识,但实际上专家也未必清楚,不信你可以去请教,我想他们大多是什么都不说的。GPS 规定的时间,决定了地球表面不同方向有不同光速,其它国际标准时间系统也是如此。当然制定这些标准的专家、权威们是很清楚的,但是他们不说出来。否则你让讲相对论的老师如何让学生们相信爱因斯坦的光速不变呢? 广义相对论没有全局坐标系,而讨论局域惯性系,实验室是惯性系吗,它不是和地球一起在旋转吗?角速度不会因为小而有所变化。而全球坐标系是必须有的,否则洲际导弹将飞到何处,用广义相对论讨论这个问题恐怕勉为其难了。因为连坐标系都没有,你还能指望什么。为此国际标准,还是在相对论无法工作的 GPS, 都用坐标时间(coordinate time),在两个相对运动的参考系之间用的是 t = t',即用的是伽利略变换。地球是的两个标准时钟测到的光速只能是 c + v 和 c - v,因为这才是国际标准。 既然你看了那么多有关 GPS 的东西,你当然应该知道 GPS 用的是坐标时间。即从地心惯性系到旋转的地球之间,用的是 t = t ',即伽利略变换。既然惯性系光速是 c,在地球表面光速当然是 c + v 和 c - v。国际标准也定义坐标时间是法定时间,国际标准时间的名称就是 Universal Coordinated Time ( UTC )。难道还有什么疑义吗?避开关键问题不谈,旁敲侧击,只是混淆视听的手法。 1925 年 Michelson-Morley 实验用干涉仪测到了地球的旋转,得到了非零结果,也就是测到了两个方向有不同的光速( Sagnac 效应)。大家可以用 Google 在网上搜一下,这方面的文章很多(需要懂点英文),不过中文的几乎没有。用一个实验 Michelson-Morley 实验证明不了光速是常数,证明光速不是常数用一个实验实际上就够了,虽然它证明的是非惯性系的光速不是常数,然而人们做过的所有实验都是在非惯性系中进行的。Einstein 的惯性系根本不存在,然而 Newton 的惯性系却是存在的。 为此国际标准,还是在相对论无法工作的 GPS 都用坐标时间(coordinate time),在两个相对运动的参考系之间用的是 t = t ',即用的是伽利略变换。地球是的两个标准时钟测到的光速只能是 c + v 和 c - v,因为这才是国际标准。 反相者不必把注意力放在 Michelson-Morley 实验上,既然 1925 年人们就测到了由于地球转动(< 500m/s ) 而产生的两个方向光速的不同,那么用 Michelson-Morley 实验说明测不到地球相对于太阳的速度(30km/s)还有什么意义呢?仅仅是相对论者不愿说出真相,布的迷魂阵而已。 Michelson-Morley 实验与与光速有直接关系,虽然相对论者称其完全符合相对论(当然不是狭义相对论)。但是在相对论的书中却很难看到这个与光速问题直接相关的重要实验。显然这个实验说明的问题,是坚持光速不变的人所不愿面对的。 1913 年的 Sagnac 实验和 1925 年的 Michelson-Morley 实验已经证明了光速不是常数,这一点 Einstein 及当时的相对论专家们都很清楚。为什么他们还坚持相对论呢?因为有广义相对论在这期间出世,而狭义相对论要求的 Einstein 的惯性系根本就不存在,并不是说牛顿的惯性系不存在。不变的光速只能用两个用 Einstein 法校准的时钟测,而且仅限于无穷小的时空内。我记得 Einstein 说过在有限范围内光速不是常数。也就是说光速本来就不是常数,讨论光速不变没有意义。但由于妨碍给学生讲相对论,因此证明光速变化的实验很少有人提起,或许有些专家也未必知道。但这并不能对相对论构成实质性挑战,这也是我没去西安的主要原因,因为我证明的主要东西实际上是已得到承认了的(出现在国际标准的文章及一些论文中)。希望大家接受我的教训少走弯路。 Sagnac 效应不是相对论效应,完全能够用经典物理学来解释,在这一点上反相派和拥相派的意见是一致的。目前反相派和拥相派的意见分歧是相对论能否解释 Sagnac 效应,一部分反相派认为相对论解释不了 Sagnac 效应,拥相派和有些反相派认为相对论可以解释。GPS 系统中引力势场的时间效应很小,并且原子钟在地面上调准就可以了。平常宣传的 GPS 需要做相对论效应校准,完全是不顾事实的误导宣传。GPS 系统 Sagnac 效应实际上和你的环球通讯实验性质一样。如果 Sagnac 效应这样对相对论不利的实验都能被说成是相对论效应,性质一样的环球通讯实验即使像 Sagnac 效应那样显示出差别,也会被拥相者解释掉的。很抱歉还没回你的信,一方面是工作忙,另一方面是因为不画图比较难解释,看来 jiuguang 先生自己已经搞清楚了。 | 本帖地址:http://club.xilu.com/thales/msgview-177376-9.html[复制地址] [楼主] [2楼] 作者:youngler 发表时间: 2004/10/22 10:30 [加为好友][发送消息][个人空间] 回复 修改 来源 删除 第十一篇 第四节 运动系光点漂移实验和宏观运动长度实验
运动系光点漂移实验再设想 本书的第六篇《相对性原理分析》做了理论上的分析,像飞机这样的运动系上可以检测引力风。现在就作者所知已经有好多学者试图设计检测引力风的实验,其中提到较多的是运动系光点漂移实验。最初让我发现持有这一思路设想的是哈尔滨阿称其电器有限公司的刘西元高级工程师。后来发现昆明的杨红新先生非常兴趣于这方面的实验操作,光点漂移实验的说法也是杨红新先生的说法。但是这一实验几年前飞机上进行的初步实验结果是失败的。根据实验的结果来看,作者觉得简单的激光漂移实验思路存在原理上的缺陷。激光器处于引力风中,激光器内部的激光也受到引力风的影响,这是实验失败的原因。激光在均匀的引力风中本来就直线传播,激光输出反射镜内外光线方向本就应在同一条直线。这个问题相当于引力风中平板透明玻璃没有改变光的方向,除非平板玻璃两边的引力风速明显的不一致。简单的光点漂移实验装置无非是证明了激光器对于引力风有如网对于空气,通常的原子材料是一种引力稀疏性质的材料。 针对杨红新先生的实验,本人提出改正思路,通过反射镜,将激光器转向90 度。激光器顺着引力风方向,使之不受引力风的影响,反射后的激光束横着引力风方向使之在引力风的影响下发生方向偏移。后来在西安物理学创新协会的网页上看到张操教授提出运动系反射镜验证反射定律实验思路,其实与本人理解的激光束漂移实验思路,实际上是同一个实验思路。根据张操教授的简单说法,运动系上反射定律首先遭到破坏。几个月前我通过网络论坛向杨红新先生阐述了这一新的实验思路,但是得到的回答是这个实验难度较大。由于实验还没有完成,这一实验思路至今还是一个理论预言。一般而言相对性原理方面的实验都需要上卫星进行实验,相比而言,光点漂移这一实验在飞机上就可以进行,要求较低,只要有航空公司支持业余条件下可以完成。
宏观运动长度实验探索 运动长度在相对论里的结论是,运动物体延运动方向缩短,垂直运动方向长度不变。但是运动长度在我的理论里有着明显不同的结论,运动物体长度效果是物体全方位膨胀。由于长度方面的问题本人的理论结论新颖独特,有助于新的理论借助于这一问题上获得显著的突破,这是本书作者一直来对于长度方面的实验保有兴趣的原因。 本书作者接触较早的几个现代物理实验现象中就有长度方面的实验资料,只是这一实验结论不为一般的学者所留意。早年在 Heisenberg 的文章中,本书作者发现质子束对撞实验中,越是高速质子束越容易产生碰撞几率。人们一般解释为碰撞界面增加,但是本书作者认为碰撞界面可以表征粒子的尺度。根据质子束碰撞的迹象,本书作者相信这一迹象否定相对论关于运动长度的结论,并相信科学由于这一问题需要新的理论。但是由于微观的图像多少有点说不清楚,这方面的问题需要寻找更多的实验来增加说服力。所以本书作者总是没有忘记寻找宏观物体运动长度测量问题的实验思路。这方面的实验很定存在技术难度问题,而不是实验物理学家们忽视了这方面的实验。宏观物体的长度引力风效果往往淹没于分子温度造成的长度变化效果之中。制造一个不受温度影响的长度是首要的问题。通过不同热膨胀性能的材料回路组合,理论上可以得到一个不受温度影响的长度。影响物体长度变化的因素很多,有重力和大气压力。所以应当选择轻质而且热膨胀小的材料,石英是这样一种相对比较理想的材料。也就是用石英材料做骨架制作一个Michelson 干涉仪,为了减少大气压力和温度的影响,实验需要一个真空环境和稳定的温度环境。为了长度变化能够达到驱动Michelson 干涉仪实现干涉条纹移动的效果,干涉仪需要送上卫星轨道。因此,即使这一实验技术上可行,这绝对不是一个业余实验。但是重力的不同对于物体的长度也是有影响的。重力的影响需要事先测定其规律。
| [楼主] [3楼] 作者:youngler 发表时间: 2004/10/25 10:52 [加为好友][发送消息][个人空间] 回复 修改 来源 删除 附文:双星导航定位系统
双星导航定位系统
2003 年 5 月25 日,我国成功发射了第三颗"北斗一号"导航定位卫星,作为"北斗导航定位系统"的备份星,连同 2000 年 10 月 31 日和 12 月 21 日发射升空的两颗"北斗一号"导航定位卫星和一个地面中心站,形成了一个较为完善的"双星导航定位系统"。 "双星导航定位系统"应归于"卫星无线电定位服务"( RDSS )。其实,无论是"双星导航定位"还是 RDSS,对于大多数读者来说,恐怕都较为陌生。这种系统是如何发展起来的?性能如何?与 GPS 定位系统有何差异?前景又如何?这一切先要从一场空难说起。 - 源于空难
1978 年 9 月12 日,太平洋西南航空公司的一架波音 727 客机在美国加州圣迭戈上空与一架赛斯纳 172 私人飞机相撞,酿成 147 人死亡的悲剧。经调查,造成飞机相撞的一个重要原因是当时的航空通信技术状况不佳,地面导航员未能及时判断出飞机位置并通知飞机避让。这件事给航空界带来极大震动,人们开始寻找避免类似事件发生的技术措施。 现在来看,GPS 定位技术完全可以胜任这个任务。可当时 GPS 正在发展中,技术复杂,投资巨大,投入使用还遥遥无期,人们甚至对它是否能够发展成功还存有很大疑虑。而且美国防部还计划对 GPS 实施"SA"制(降低民用码定位精度)。在这种情况下,很多个人和机构开始探索一些新的原理和方法。 四年后,国际著名航天专家、物理专家 Getard K.O.Neill 教授经过潜心研究,发明了一套名为"卫星无线电定位服务"的系统,即后来"吉奥星"系统的方案。该系统可为飞机领航和地面控制提供精确的定位导航信息、碰撞告警及双向数字信息传输,还可对航行中的船只、车辆进行定位。该技术方案在当年获得了专利。同年晚些时候,Neill 教授发表了他的最新方案,被美国航空局列为未来空中交通管理的可行性方案。 有千里马还要有伯乐。一位叫作大卫威尼的商人看到了这个方案的良好前景:它不仅适用于航空导航定位,也同样适用于陆地、海上交通以及测量管理等。于是,他出资在美国普林斯顿成立了一个组织,这就是 1983 年成立的吉奥星 ( Geostar ) 公司的前身。1986 年,该公司进行了第一颗实验卫星的发射,验证了移动通信与导航定位结合在一起的原理可行性。此后又分别于 1987 年和 1988 年发射了两颗卫星,开始导航定位服务。第一种"卫星无线电定位服务"就这样投入运行。1991 年到 1993 年的三年中,该公司又发射了三颗专用卫星,极大地拓展了系统容量。
如何定位 RDSS 系统是如何定位的,它与 GPS 卫星在原理上有何不同呢? 我们先看看定位的几何原理。已知空间两颗卫星甲、乙的精确坐标,如果定位用户到卫星甲的真实距离为 S1,那么用户必定在以卫星甲为球心、S1 为半径的球面 A 上。同理,如果用户到卫星乙的真实距离为 S2,那么用户也必定在以卫星乙为球心、S2 为半径的球面B上。结合起来,用户的位置必定在球面 A 和 B 的交线上,这条交线实际上是一个圆。这样还不能确定用户的具体位置,必须再有至少一个条件。 解决方法之一是再发射一颗卫星。那么以三颗卫星为中心的三个球面就会交于两点,两个交点之一就是用户的位置,而选择哪个点是非常容易的事情。GPS 定位就是采用了这种原理。实际应用中,GPS 采用了四星定位,以消除卫星和用户的时间不一致性。 RDSS 系统也可以采用这种定位原理。 另一种方法是借助已知的用户高程数据(用户所在的位置距离海平面的高度)。因为地心的坐标是已知的,那么用户必然在以地心为中心,以用户的球心距为半径的球面 C 上,那么球面 A、B、C 的两个交点之一必为用户所处的位置,而两个交点的取舍极易判断。这种方法就是双星定位的几何原理。 由此可见,RDSS 系统定位的几何原理与 GPS 相差无几,甚至是完全相同的。关键的不同在于它们是如何测量"用户到卫星之间的真实距离"。 GPS 采用的原理是单程测距。它利用了两只时钟,一只在卫星上,一只在用户的接收机上。用户接收到的卫星信号中,包含卫星发射该信号的时间。把它和接收机本身时钟进行比较,就可以知道卫星信号传到用户所花的时间,这个时间乘以光速就得到了用户到卫星的距离。这种方式下,用户只接收信号,不发送信号,信号只由卫星进行广播。 双星定位的测距原理则与此截然不同。它需要地面中心站几乎实时地参与工作。首先由地面中心站定时向处于 36000 千米高空的同步静止轨道上的两颗定位卫星发送测距信号。其中一颗卫星接收后,经转发器变频放大转发到用户机,用户机接收后立即响应并向卫星发出应答信号。这个信号中包括了特定的测距密码和用户的高程信息。应答信号经卫星变频放大下传到中心站后,中心站算出信号经中心站-卫星-用户之间的往返时间,进而得到这三者间的往返距离。由于地面中心站到卫星的距离已知,这样就可以得出用户与卫星的距离。再综合用户的高程信息和存储在中心站的用户高程电子地图,根据其定位的几何原理,地面中心站便可算出用户的精确位置。此信息再通过卫星传到用户端,用户收到后通常还要发一个回执。从这过程中我们可以发现,在 GPS 系统中只起到校正调整卫星作用的地面站,在 RDSS 系统中则是每次定位的中心,可以说一时一刻也不能离开它,不愧为名副其实的"中心站"。 与 GPS 比较 由于 RDSS 采用了这种相对独特的定位方式,使它和 GPS 在一些性能和应用方面存在差异。 我们首先看看对于导航定位卫星来说最重要的参数之一:定位精度。RDSS 系统的定位精度主要受两方面因素限制。第一是测距的精度,即测量用户到卫星的距离精度。一般情况下,这个数值在 1 米左右,引起的定位误差约在 3 米左右。第二是用户的高程,这主要是针对采用两颗卫星进行定位的 RDSS 系统。这个参数可由电子地图或测高计获得。由高程误差引起的定位误差又与用户相对卫星的位置有关。如用户处于赤道附近时,定位误差就很大,而当用户接近两极时,则几乎不能工作。对处于中纬度地区的用户来说,由高程误差引起的定位误差在10~50 米之间,总的定位误差一般要优于 GPS 的民用 C/A 码的水平。例如美国"吉奥星"的定位误差就在 7~10 米间。 对于导航定位卫星来说,第二个重要参数是系统的覆盖范围。以美国的"吉奥星"为例,它的 3 颗卫星定位在赤道上空,完全可以覆盖美国全境。如果发射6颗卫星,再发射 1 颗备用卫星,并配合 3 个地面中心站,那么由7颗卫星组成的星座就会像夜空中的北斗七星一样,给全球除两极以外的人们指引方向。 第三个参数就是系统的定位容量。因为 RDSS 系统的定位完全是在地面中心站中进行的,中心计算机的容量及处理速度决定了能够同时进行定位的用户数。美国"吉奥星"的业务容量初期只有每小时 200 万户,后期达到 800 万户,相当于每秒可同时对 2224 个用户进行定位。在这一点上,RDSS 与 GPS 相差比较大。 GPS 是一个广播系统,它的用户容量是不受限制的。但是 RDSS 的用户容量会随计算机性能的提高而不断增长,完全可以满足需要。 第四个参数就是它的定位速度。由 RDSS 的定位原理我们知道,它完成一个定位过程需要信号走四个来田,每个来回大概需要 0.24 秒。即使不考虑转发及定位计算的时间,也需要近 1 秒的时间。如果只考虑用户回答询问到收到地面中心站发来定位信息这两个来回,定位时间也需要 0.48 秒。这导致了 RDSS 难于进行高动态的定位和连续实时导航。 另外,它具有一些 GPS 系统所不具备的特点,如低速率的移动通信功能。由于 RDSS 系统是一个封闭系统,没有授权的用户无法进行定位,因而具有良好的反利用性和保密性。在这两点上,RDSS 系统优于 GPS 定位系统。 RDSS 系统其它的性能参数,如可靠性、寿命等,则与原理差异没有关系,完全取决于制造国的科技水平。
应用广泛 正是因为 RDSS 系统具有较为理想的性能,它在世界范围内得到了广泛的应用。除了上面提到的美国"吉奥星"系统,类似系统还有欧洲的"洛克星"( Lcstar ) 系统和中国的"北斗星"系统。目前,由于大多数西方军事强国可以不受限制的免费利用 GPS 的军用 P 码进行精确定位,所以 RDSS 系统主要用于民用。 不过,这并不意味着 RDSS 只能用于民用,它在军事领域也有着非常广泛的应用前景。一般来说,军事应用对定位精度的要求比民用的要高,而 RDSS 系统的定位精度已经达到 10 米。虽然精度比不上 GPS 的军用 P 码,但已能够满足绝大多数军事定位的需求。因而 RDSS 系统可以用来对军用飞机、车辆、舰船以及单兵进行全天候、实时精确的定位和授时。特别是对于一些未被授权使用 GPS 军用 P 码的国家来说,这一点尤为重要,因为 GPS 民用码的定位精度并不能完全满足军事需要。在使用中,完全可以把 RDSS 的用户接收机和 GPS/GLANOSS 接收机结合起来,互为补充。虽然 RDSS 缺少相应的高动态定位能力,但若建立合适的运动学和动力学模型,利用RDSS系统对诸如巡航导弹之类的制导武器进行中继制导也是可行的。由于 RDSS 系统还兼有通信功能,所以一旦和地面中心站联网,作战指挥所完全可以通过 RDSS 系统实时掌握部队的部署 ( 甚至比部队是早知道其精确位置 ),并通过它进行指挥调动。由于成本低廉且有通信功能,它还适合飞行员救生定位等军事行动。 但是我们必须看到 RDSS 系统的设计初衷是为民用服务的,所以必然存在一些不适合军事行动的方面。其最大缺点在于它是一个有源系统,即需要用户发射无线电信号。这对于无线电静默要求很高的军事行动来说是一个致命的弱点。另一个缺点是它太依赖地面中心站,一旦中心站受到攻击,整个定位系统立刻会陷入瘫痪。因此,在利用 RDSS 系统进行军事目的的定位时,必须制定严格的无线电保密制度,必要时还要进行一定的技术和战术掩护,同时要注重备用地面中心站的建设和保护,这样才能最大限度的发挥 RDSS 系统在军事领域的作用。 理想选择 由上面的介绍可以看出,RDSS 系统和采用军用码的 GPS 系统相比,在某些方面确实存在一定差距,且 GPS 的民用码经差分后精度有了很大提高,那为什么些国家仍在不遗余力地发展 RDSS 系统呢? 首先,从技术角度上来看,RDSS 更易于实现。 GPS 系统可以说是一种全新的卫星导航系统,利用了许多创新性的原理技术,需要雄厚的技术基础。即使像美国这样的发达国家,也历时二十多年,先后发展了两代近40颗卫星,并多次改变星座配置计划,才发展到今天比较令人满意的地步。目前欧洲在发展"伽利略"系统时就遇到了不少技术难题。反观 RDSS 系统,却有很强的继承性。它的卫星运行轨道是 36000 千米的同步静止轨道,使用的转发器在原理上和通信卫星用的转发器有很大相似性,这样 RDSS 完全可以利用地球静止通信卫星的通用平台,其转发器的研制也相对比较简单。 第二,从经济角度来看,RDSS 系统更省钱。GPS 卫星由于采用 20000 千米的轨道平面,而且某一点的定位需要同时收到至少 4 颗卫星的信号,这样一来,若要进行全球范围的精确定位,则需要 6 个轨道平面的 24 颗卫星组成星座。这样初期投入很大。同时由于技术难度大,造成累计投入也高,发展费用更是一笔天文数字。俄罗斯在 发展和 GPS 类似的 GLANOSS 系统时,先后发射了 70 多颗卫星,这比我国自 1970 年发射第一颗人造卫星以来发射的所有卫星的总数还要多,可见其投入非一般国家所能承受。RDSS 系统采用 36000 千米的轨道高度,一颗卫星便可覆盖全球三分之一的面积,所以采用双星定位的 RDSS 只需 6 颗卫星再加 3 个地面中心站,便可以实现除两极以外的全球定位。如果考虑到对卫星进行替补,最多需要7颗卫星便可以实现,这就大大降低了成本。再说研制费用,与 GPS 比较,RDSS 的经济性不仅体现在卫星上,还体现在接收机上。由于RDSS 的定位计算都是在地面中心站完成的,接收机不需要进行繁琐的计算,大大简化了结构,降低了成本。 最后,也是最重要的一点,这是国家政策所决定的。虽然目前在和平环境下,GPS 定位的技术设备容易购买和使用,然而它毕竟是由美国国防部操纵控制的系统。GPS 所有的一切都掌握在美国一家手中。目前美国对别国应允的责任大多是"承诺",而非法律。即便是法律规定,像美国这样的国家到时候也可以置之不理。因此,一旦爆发战争,美国能易如反掌地破坏、抑制、欺骗敌国使用的 GPS 系统。独立的大国出于自身利益的考虑,为避免战时受制于人,都纷纷建立自己的导航定位系统。即便是美国最亲密的盟友--欧洲也在建立自己的"伽利略"系统。对于独立自主的发展中大国来说,更是需要一套自己的卫星定位系统。但由于不具备雄厚的技术储备,没有足够的经费来发展同 GPS 类似的系统,而 RDSS 系统的性能又够用,所以 RDSS 定位系统便成为一个较为理想的选择。 我在厦门当过兵
※※※※※※ ‘形象的世界'讨论些什么东西?这是一个讨论自然哲学、基础物理的地方。 http://thales.bbs.xilu.com/ ‘形象的世界'是一本‘和天地宇宙对话'的书,以相对论为背景讨论科普物理问题的书,让大家走近二十世纪以来的现代物理世界。 | [楼主] [4楼] 作者:youngler 发表时间: 2004/10/25 11:08 [加为好友][发送消息][个人空间] 回复 修改 来源 删除 附文:原子钟的软杀伤力胜过原子弹
航天专家谈:原子钟的软杀伤力胜过原子弹 -------------------------------------------------------------------------------- http://www.china-spacenews.com/> 特别推荐 2003年4月11日 中国航天报记者 周武 在伊拉克战争中,美英联军采用的精确制导武器打得伊拉克几乎无还手之力,这些精确制导武器都采用GPS系统来进行精确定位,而实现精确定位靠的是精确时间。我国航天控制专家林金早在上世纪70年代就悟到了这点,并利用业余时间进行了深入研究。 局部战争,不靠原子弹,而靠原子钟 记者:林教授您在多种场合强调卫星授时和卫星定位是头等重要的时间和空间基础设施,并在政协提案中,呼吁本届政府尽快制定和实施我国独立自主的时间标准,保证我国信息、电力等大型系统在任何情况下的正常运行。 林金:我在政协提案中确实呼吁我国高层决策领导,以当年对待原子弹的重视程度来发展我国独立自主的时间基础设施和卫星定位系统,以应付非常情况下的被动局面。 当前的数字信息技术都离不开时间这个支撑系统,像大型电力网和移动通信网等信息系统,都需要精确的时间同步,而我国的时间接收设备,普遍采用的是单一的 GPS 时间接收机,如果发生战事,美国完全可以"用软刀子杀人"--只要在我国上空屏蔽 GPS 信号,我国信息系统就会大面积瘫痪。由于时间误差是积累的,数字信息高速传输系统会因时间系统瘫痪而报废。 基于时间的基础性和重要性,我国迫切需要建设自己独立自主的时间系统,而其中的关键是高精度的原子钟。 记者:您认为原子钟的软杀伤力会胜过原子弹的威力? 林金:全球卫星导航技术其实就是航天技术与原子钟技术的联姻。GPS 系统具有高精度、全天候、能覆盖全球和用户设备简便等优点,可为核潜艇、地面战车、空中飞机、水面舰艇、地面部队甚至单兵提供精确位置、速度和时间信息。目前,GPS 定位精确度主要取决于卫星上的原子钟精度,以及各卫星和地面站,以及卫星间的原子钟时间同步。只要时间差百万分之一秒,位置就得差 300 米。因此,我常说,当今高技术下的局部战争,主要靠的是原子钟,而不是原子弹。 记者:我国的卫星导航技术发展怎么样了? 林金:我国虽然有了自己的卫星导航系统,但它还不能进行全球导航定位,只是区域导航系统,由于它需要中心站提供数字高程图数据和用户机发上行信号,使系统用户容量、导航定位维数及隐蔽性等方面都受到限制,在体制上还不能与国际上的GPS等兼容,因此有必要在第一代导航卫星成就的基础上尽快发展第二代导航卫星系统。而且,我建议应该发展全球导航卫星系统,把它当作空间基础设施建设来做。为实现高精度的全球定位和导航,必须在卫星上放置精密的原子钟。当前,我国急需研制能在较为恶劣的星载工作环境条件下工作的高准确、高稳定的原子钟。 记者:美国的 GPS 卫星导航系统是继阿波罗登月、航天飞机工程之后的第三大工程,在现有情况下,我国恐怕在短时间内也难以建立自己的卫星导航系统。我们可不可以采取过渡办法? 林金:可以像欧洲那样,"不把自己的命运交在一个国家的国防部手里",在发展欧洲自主的伽利略(GALILEO)导航系统之前,采取美国GPS和俄罗斯格拉纳斯(GLONASS)两系统兼容的接收机,并通过海事卫星来增强系统。我国也应推广GPS/GLONASS双系统接收机,或直接生产GPS/GLONASS/GALILEO三系统接收机。如果有可能,也可以和欧洲和俄罗斯进行技术合作,共同开发。 我发现,"天上一日,地下已千年"是错误的 记者:听说,美国GPS系统也不是那么完善,您曾经找到了它的"软肋"? 林金:说来话长。70 年代初,在下放劳动中,闲暇时突然想到:导航测量原理可能和相对论有点关系。从此,我就把它当作业余爱好坚持下来。后来我发现美国的 GPS 系统从 70 年代开始布网,到 1994 年才组网成功。凭美国的航天发射能力,24 颗卫星不可能需要这么长的时间来发射,可能是卫星与地面站或卫星间时间同步问题没解决,即没对好钟,需要长时间的调试。后来,从上海天文台杨福民副台长处证实了我的猜测。在一次出访美国时,我曾见到 GPS 系统的第一代总设计师,跟他提起这问题,他不否认 GPS 系统确实有对不好钟的问题,并送给我两本书,并祝我研究试验成功。 从书中,我发现 GPS 系统在相对论修正方面漏了半项。根据爱因斯坦的狭义相对论,相对运动中的物体时间会变慢。人们常以此推断,参加星际旅行的哥哥还是小伙子,留在地球上的双胞胎弟弟已成了老人,这就是"双胞胎佯谬"。其实,根本不可能有这种情况发生,这种推理只是从洛伦兹变换外推的结果。GPS 系统测量原理的核心是对钟问题,GPS 是用单程信号传递时间间隔来度量距离,GPS 卫星上的钟和地面监控网的钟及用户的钟处在引力场中不断的相对运动状态。通过研究,我发现,GPS 系统把各运动中的导航卫星上钟的时间都统一到地面静止钟时间,正好重蹈"静止以太"绝对参考系的覆辙,违背了爱因斯坦静止系同时性的相对性理论,即:对电磁现象(包括电磁信号传播)不存在任何优越参考系,所有惯性系都是平权的。 记者:依照您这理论,像 GPS 和 GLONASS 类型的全球卫星定位授时的关键核心问题便是原子钟利用电磁信号远距离对钟的问题。 林金:目前原子钟的精度优于 10-13 量级。单台原子钟的误差即使运行 3 小时不加修正仍为 1 纳秒量级。GPS 系统在 24 颗卫星上及地面监测站总共有上百台原子钟,假如在对钟上没有理论方法上的系统误差而只有随机误差,则 GPS 系统由多台钟组成的系统时间统计误差比单台原子钟还应小一个数量级。而 GPS 系统仅提供 97 纳秒的时间转换精度,这说明原子钟的精度浪费了。 我已经为我的研究分别在中国和美国申请了专利,国内专利号是:ZL 99 1 06174.8,发明名称是:一种相对匀速直线运动的原子钟时间对准方法。我希望这项发明能在我国的下一代导航系统上发挥作用,目前,最迫切的问题是这种方法需要用试验来证实。除了经费,我需要一支优质、高效的队伍,每个环节都不能出错。试验需要买两套皮秒级的电子计时器和原子钟,一套放在天上,一套在地面。我觉得最大的困难是人们的认识问题,希望引起高层决策的注意。如果该理论被证明,卫星导航星座至少可节省两年的调试时间。 我希望投资人和科学家共推科技创新 记者:您已经在全国政协提交了《加强我国时间和空间基础设施,加速我国独立自主的卫星授时定位系统的发展》,我相信会引起有关部门重视的。 林金:这其实并不仅仅是国家利益所在,其中蕴含着巨大的商机。拿皮秒级电子计时器来说,进口一台需要 20 万~30 万美元,自主开发出来的可能只需 20 万人民币。还有上届政协我提的"卫星电话的风险投资",利用卫星通信,采用数据压缩技术,可以实现便宜高效的网络电话,对西部开发有重要意义。像这种核心技术的基础研究,我国应该营造一种风险投资的环境。我希望有更多的伯乐来投资科技开发,让投资人和科学家共同推进中国的科技创新。
※※※※※※ ‘形象的世界'讨论些什么东西?这是一个讨论自然哲学、基础物理的地方。 http://thales.bbs.xilu.com/ ‘形象的世界'是一本‘和天地宇宙对话'的书,以相对论为背景讨论科普物理问题的书,让大家走近二十世纪以来的现代物理世界。 | 分页1 简捷回复 [点此进入编辑器回帖页] 签 名: 一 二 三 无 作 者: | 密 码: | 游客来访 | | 请输入验证: | | 刷新验证码 | 更换马甲提 交 | 西陆社区(http://www.xilu.com/ )版权所有 点击拥有西陆免费论坛 0.176270008087
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