对【44楼】说: 以下是全球定位系统(GPS)针对ECI惯性系所使用的在GPS信号发生器(通常是卫星)与信号接收器分别独立运动且忽略大气、重力等影响下的理想测距方程(见参考文献【1】、【2】、【3】): |Rr(Tr)-Rs(Ts)|=c*|Tr-Ts| 其中Ts代表GPS信号发出时的时间读数,Tr代表信号被接收时的时间读数,Rs(Ts)代表信号发出时信号源的位置,Rr(Tr)代表信号被接收时接收器的位置,c为以ECI惯性系为参照的真空媒介中的光速。 这个测距方程是多年且大量的GPS测距实验数据的总结(见参考文献【1】、【2】、【3】、【4】、【5】),所以它是我们回答【31楼】问题的理论兼实验基础。 在所有光速问题中我们可以假定信号发出那一刻为计时开始,故Ts=0。于是测距方程简化为 |Rr(Tr)-Rs(0)|=c*Tr 我们还不妨假定以北方为X正向,且在信号发出那一刻B车处于原点。 (1a)根据已知,Rs(0)=D,这是A车发出信号时所处的位置。而根据已知,不难确定B车的运动方程为X(T)=v*T(速度为v的匀速直线运动,且初始位置为原点)。假定B车在时刻Tr接收到信号,那么根据其运动方程,此时它的位置为Rr(Tr)=X(Tr)=v*Tr。把以上所有信息代入测距方程,可得 |v*Tr-D|=c*Tr 考虑到v*Tr《D,所以上式化简为 D-v*Tr=c*Tr 从以上方程解出Tr,得 Tr=D/(c+v) 不难看出,光信号相对于B车的有效传播速度是c+v,不是通常的c。简单的解释是:光在相对于ECI静止的媒介中的传播速度是c,这个速度不受光源(A车)运动或观察者(B车)运动的影响,但是由于是B车在测量光速,也就是光速乃是相对于B车这个参照系而言的,所以B车的运动速度v必须考虑其中。其结果,由于B车是迎着光线而上,速度叠加的结果为c+v。 其它速度问题可以比照着解决,答案: (1b)c-v (1c)c+v(跟(1a)无差别) 频率问题稍微麻烦些,以后再说。 参考文献: 【1】R. Wang, Proceedings of IEEE 2000 Position Location and Navigation Symposium, pp. 612 (2000). 【2】 R. Wang, Y. Zheng, and A. Yao, Phys. Rev. Lett. 93, 143901 (2004). 【3】R. Wang, Proceedings of the IAIN World Congress in association with the U.S. ION Annual Meeting, pp. 90 (2000). 【4】N. Ashby, IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement, Vol. 43, pp. 505-514, 1994. 【5】G. Cao, Physics Essays 24, 381 (2011). ~无忧仙人 |