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 [211楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2017/07/03 06:58 
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GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。
要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。
GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。
 [212楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2017/07/03 06:58 
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1.空间部分
GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55°。此外,还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码, 一组称为C/ A 码( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一组称为P 码(Procise Code 10123MHz) ,P 码因频率较高,不易受干扰,定位精度高,因此受美国军方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美国军方服务。C/ A 码人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。
2.地面控制部分
地面控制部分由一个主控站，5 个全球监测站和3 个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据,经过初步处理后,传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3 个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS 卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障,那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。
3.用户设备部分
用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后,即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算,计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。
接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后,机内电池为RAM存储器供电,以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小,重量越来越轻,便于野外观测使用。
[楼主]  [213楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/03 07:36 
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老刘：
你说“如果有绝对同时，但在光速各向异性的情况下，老王却无从知道两个时钟现在是同时还是非同时，需要调整其中一个应该向哪个方向调整？那么老王的绝对同时就没有实际意义了。”

两个或多个高度相同、速度相同的卫星，比如都在赤道大圆上空做圆周运动，我已经用我的“分时对钟法”把它们上面的钟校对成绝对同时了。具体办法我也说了：在卫星轨道下方的一个地面基站时刻不停地上发含有地面时刻的激光信息，这个激光束极细，信息密度极大，任何经过这根激光束的卫星，其光接收器件都会在和激光光斑重合的一瞬间获取地面发来的时刻。比如A星经过此点，收到的时刻是地面发来的1点整，当然这含有1点整的信息到达这里需要有一个时间，此时此刻已经不是地面上的1点整了，但是，这不要紧。这个钟被暂时校对成1点整后，它飞走了，比如过了一刻钟，又一个卫星B经过此点，该卫星从激光束中得到的地面时刻一定是1点15分整，那么卫星B上的钟也被暂时校对成1点15分整。又过了2小时，又来了一颗星C，此时它从激光束中读到的信息一定是地面时刻3点15分整，于是星C的钟也被校对成和前两钟绝对同时了。

这种先暂时把三星上的钟（或所有经过此点的星载钟）相互校对成绝对同时的方法就是我的“分时对钟法”。先把它们校对成绝对同时，我把它叫做一次对钟操作。如果还需要这些钟和地面钟也都绝对同时，就需要地面基站的配合，完成二次对钟。我的对钟方法很容易懂吧？因为对于走时快慢都是一样的钟，地面上过了多长时间，那些被校对过的钟也过了那么多时间。被校对成1点整的A钟，不管它转到了地球什么位置，在C钟来到对钟点被校对成3点1刻时，它肯定也在1点的基础上又经过了2小时15分，因此A钟此时也是3点15分！

那么对于两个不同时的星载钟我们如何对待呢？还可以如此对待。比如A、B、C三钟互不绝对同时，它们经过对钟点时，都会读到不同的地面时刻信息。它们把自己经过对钟点时刻自己的时钟信息和读取到的信息都发向地面，地面就会根据它们之间的距离、反馈的时刻，分别计算出它们相互差了多少，该调多少、向哪个方向调，并把调整方案回馈给各个卫星。每个卫星收到修正策略后还不知怎么调整吗？最终，每颗卫星相互都能调成绝对同时的。

其实回馈给地面，让地面告诉它们如何修改时钟的这道手续都是多余，直接像前面对钟那样不管原来的钟示数如何直接置入地面发来的数值就行了，它们就能成为绝对相互同时的钟了。那为什么我还要脱了裤子放屁呢？这完全是应你老刘问题的需要而绕道的。你的问题就是本帖第一段我用引号引出的。

老刘，很多事我都有办法解决。你再看看，我的“分时对钟法”能不能把它们对成绝对同时的钟？
[楼主]  [214楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/03 07:36 
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前面说了，两个卫星如果高度相同、速度相同、距离恒定，是能够把它们校对成绝对同时的。那么两个高度相同，速度不同的能不能被校对成绝对同时呢？也能。

老刘，你们对钟，思维都停留在一次性把钟对成绝对同时或相对同时。你们想不到还可以分时对钟。我举个简单例子：一个军的兵，有胖有瘦、有高有矮，有走得快的，也有缺胳膊断腿走得慢的。他们奉命到军部去对钟，他们排着长队，一个个先后进入军部，用标准钟表校对好自己的手表，一个个再按先进先出的原则散去，回到各营房。这个长队可能要排上两天他们才能对完钟表，即使这样，这个军里官兵的手表也都对成绝对同时的表了。

你们一定很惊讶，还有这种对钟方法！这就是我展现的分时对钟法。前面说的两个一前一后两个速度相同的卫星（相当于先后进入军部的官兵），先后经过地面站垂直位置（相当于进入军部）时，分别使用垂直方向发来的时刻信号对好自己的钟，这两颗卫星无论再走到哪里，都是绝对同时的。一百颗星经过这个位置，就被这个位置的固定钟表所校对，这一百个钟不管绕到地球什么位置，都是绝对同时的。

你也许会说，这谁不知道？但确实有太多的人不知道。他们就以为高速运动的两钟，不能用简单的方法把它们对成绝对同时，他们非要使用土得掉渣的相对同时。

卫星经过的垂直地面基站用地面基准钟时刻不听地把地面时刻用极细的激光束打向垂直的上空，凡是经过此路径的等高卫星，在经过激光束照射点时，都取得了地面时刻信息。这些信息虽然记载的时刻各不相同，但是打入卫星的时钟后，这些卫星的时钟却全都变成绝对同时的了。能想通这其中的道理吗（我们假设激光束记载的时刻信息无限密集，不考虑两信息之间的间隔）？
[楼主]  [215楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/03 08:17 
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老刘对细节关心的很多，这点令我赞佩。其实类似给RAM供电的电池是锂电还是氢电还是铅酸电池还是锰锌电池、那些编码是什么格式，却全都不是我所关心的。至于加密采用的是什么加密算法我就更不关心了，因为我从来没想过去给它解密。
 [216楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2017/07/03 20:15 
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老王忘了我们说的说光速各向异性了。或者老王认为地球赤道的某点的上方方向的光速保持不变？不变的方向随地球一起旋转？
老王把关键问题忽略了，如果不计光速的各向异性和变化，在地心系ECI确定参考系的同时理论上没问题的。
[楼主]  [217楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/03 21:10 
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老刘，我的光速是指在你假设ECI不变的，这样沿着从地心向外的光速都不变。
[楼主]  [218楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/03 21:17 
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老刘，你只要说从赤道某定点上行的光速随时间而变，你自己就先否定了光速在地心系不变。
[楼主]  [219楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/03 21:20 
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你那个什么时钟误差在1纳秒，就有0.3米的偏差、时钟误差在1皮秒，就有0.0003米的偏差就都成了无稽之谈了。
[楼主]  [220楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/03 21:29 
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老刘，你只要说从赤道某定点上行的光速随时间而变，你自己就先否定了光速在地心系不变。

地心系是地心和遥远恒星定位出的参考系，所有在赤道上沿着地心半径方向向上发出的光，都有不变的光速。不考虑地球自转轻微的速度变化，赤道上空的萨格纳克效应也是一样的，合成出来的光速还是一样的。除非你为了推倒我的分时对钟法，放弃所有原来的前提，光谈支端末节，如不同时期的大气潮汐、电离层昼夜变化等等！
[楼主]  [221楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/03 21:39 
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地球上空的GPS定位本身就是有着各种物理影响的，实际和理论总有脱节的地方，比如说“光速不变”指在真空中，但实际上地面上并不是真空。如若从纯理论上讨论问题的细节，就要把光速不变这条原则忽略掉。你不能一会儿一个立场。
[楼主]  [222楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 00:21 
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另外老刘：
从网上复制东西，一定要用引号把它“引”起来，必要时注明出处。这一方面是尊重原作者，一方面也免得别人认为是你自己说的。
[楼主]  [223楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 00:21 
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不管在什么参考系（光速各向同性或光速各向异性）中，都可以使用分时对钟法校对运动着的、一前一后的两个时钟为绝对同时的钟。S'系x轴上有A、B两点，它们可在S'系中沿x'轴静止或运动（随便），S''系有一个点C，不停发出C点时刻，S''也是运动的，C点也可在上面沿x''轴静止或运动（随便），只要S'的两个点先后和C点相错而过，把C点的即时时刻置入分别A、B两钟，则此两钟总是被校对成绝对同时的，和这里两个参考系是不是光速各向同性的都无关。
[楼主]  [224楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 00:21 
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老刘，不管光速各向同性还是各向异性，它们在地面的基站参与下，都能得到消去了很多误差的同时，只要这些各向异性是有规律的。

比如在理想的真惯性系S，里面有各向同性的光速，但是对于一前（A点）一后（B点）两个距离保持不变的点、速度为光速一半的参考系，这参考系应该是没有光速各向同性的了吧？这种参考系就是有规律的光速各向异性的参考系。那么A、B两点组成的参考系S1旁边还有一个参考系S2，S2也是同向运动的，但是速度是光速的1/4，那么这个参考系S2也是有规律的没有各向同性光速的参考系。我现在用这两个都没有光速各向同性的参考系给A、B两点的时钟进行校对，老刘你还有什么话说？

S2上有一个点C，它能时刻发出C上时钟的信息，S1上的A点和C重合时，取得了C点的时间，然后再过来的就是B点，也得到了C点的时刻。它们先后分时从C点得到不同的时刻信息，用于时钟的初值置入，那么这样对出的两钟A、B，也是绝对同时的！
 [225楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2017/07/04 11:52 
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“ECI不变”那就没有问题了。
不过你是不赞成这种说法的，而我说的也是在光速各向异性的条件下，一般情况下，无法确定两个时钟哪个快了还是慢了。
如果是光速在ECI中各向同性，这些问题就不难解决了。或者说问题都已经在系统实现的过程中被解决了。我们就不必在此争论了。
只是你还没有说明你的绝对同时，在一般情况下如何确定哪个时钟快，哪个时钟慢？只要两个时钟之差小于光通过两个时钟所用时间。
 [226楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2017/07/04 11:58 
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特殊情况下容易做的，这不是问题。一般情况下，老王有什么办法？
只说有绝对同时，但无法知道自己的钟快了还是慢了， 那还是等于没有。
[楼主]  [227楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 13:08 
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老刘：
你自己当然不知道你的钟快了还是慢了，但是别人可以知道。时间是运动的对比，不是自己对自己的约定。对时间概念你没有正确认识，你总没有好办法对钟。
[楼主]  [228楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 13:12 
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你看看我说的用螺母法则对钟、用麻花效应判断同时，还有刚刚说的分时对钟，哪有一个是自己判断“自己的钟快了还是慢了”的？
[楼主]  [229楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 13:25 
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我根本不知道你指的“一般情况下”是什么情况下，你说光速各向同性的时候能容易将钟对成同时，各向异性时不能，我给你举了光速各向异性时也能对出绝对同时的钟来的例子了。你还有什么一般情况？
[楼主]  [230楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 13:39 
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如果系统只有一个固定时钟用于计时，这个钟的初始时刻是可以任意的。它总能正确计时，但是它无法判断两地的同时，除非你把它改成移动的。

如果要使用两地钟判断事件的同时性，首先要制造两台钟，并把它们校对成同时，代替一个钟，省去的是随时搬运而已，并不是不经校对就能使用的。一切对钟都是为了保证“一钟原则”在两钟上的实现。
[楼主]  [231楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 14:00 
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老刘：
你说“只要两个时钟之差小于光通过两个时钟所用时间”，你想接下来表达什么？你想表达这两个时钟就是同时的吗？
[楼主]  [232楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 14:09 
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我们所有的对钟，都是要在最大程度上让两钟能够当一钟使用，这是“一钟原则”。相对论破坏的就是“一钟原则”，它公然使用两地钟的同刻度作为同时，用两地钟刻度差当作时间差来计算速度。这种行为就是违反物理的。
[楼主]  [233楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 14:09 
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老刘：
我不赞成ECI光速不变，是指整个ECI，以地心和遥远恒星定位出的参考系整体！你懂得吗？老刘，这样定义出的ECI是非常大的。你要说ECI光速不变，也只能说ECI地球附近光速近似不变！你懂得我的意思吗？而你是全盘ECI内光速不变，并不指出范围，因此，你是错误的。
[楼主]  [234楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 14:16 
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在真惯性系，相距30万公里的两个异地钟，只要把它们的绝对误差改为小于1秒，比如0.5秒，就能满足你的“只要两个时钟之差小于光通过两个时钟所用时间”，你接下来要表达什么？
[楼主]  [235楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 14:58 
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同时性是对事件发生先后的一种判断。它和任何东西的速度，当然也包括光速都是没有任何物理关系的。采用光信号开环对钟只是一种对钟的方法。光信号传输速度有快有慢，只有把这个快慢规律完全找出来，用它对出的钟才是准确的。如果知道甲乙两地的距离，并知道两地都在光速各向同性的参考系中静止，那用光的中点对钟法能实现对钟，如果已知单向光速，也能实现绝对同时的对钟。用光来对钟，只是对光的一种利用而已。什么概念具有什么意义一定要清楚。
 [236楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2017/07/04 19:09 
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“只要两个时钟之差小于光通过两个时钟所用时间”
要说的意思是，如果超出这个范围，则哪个钟快哪个钟慢就容易确定了。
只有在这个范围内，讨论快慢才有意义。
 [237楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2017/07/04 19:26 
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老王似乎不知道ECI是局域惯性系？
螺母对钟法等，只能确定两个钟在一个参考系中的同时，超出这个范围无法证明在其他参考系中的两个运动的中仍然是同时的。
就像我说的月心系的两个原子钟卫星，在月心系中是同时的，则你无法证明在ECI中这两个卫星也是同时的。
规定不能有误差是不对的，如果知道误差是导致钟变快或变慢了，则我们就知道应该向哪个方向调整了。
[楼主]  [238楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 20:28 
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老刘，你天天处于自我矛盾中，别人说什么你也理解不了，而你则尽量在其中犯晕而不自知。

两光源距离30万公里，比如处于你认为的ECI中，控制两光源发光的两钟相差0.5秒，它们满足“只要两个时钟之差小于光通过两个时钟所用时间”，它们都在自己钟的0秒时向对方发光，老刘你计算计算，两光各到达对方时，对方钟指示的时刻是什么？！
[楼主]  [239楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 20:33 
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螺母法则适合处于任何参考系中的两钟，包括加速的参考系。不明白你再去看看我的《螺母法则》。
[楼主]  [240楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/07/04 21:06 
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你说“月心系的两个原子钟卫星，在月心系中是同时的，则你无法证明在ECI中这两个卫星也是同时的。”

老刘，你先给我证明它们在地心系中不是同时的！

老刘，两速度相同、高度相同的月球GPS星载原子钟在月心系若是同时的，则它们同时向月心发光，假定月球是透明的，则两光一定同时到达月心！到达月心的两光并排反射向地球，它们的反光时刻也是相同的，两光到达地球上任何一点的时刻还是相同的！

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