gps的功能(gps是用来干嘛的)

2024-04-09 08:29 星期二 117点热度 0人点赞

自从有了内置GPS(全球定位系统)的智能手机,普通人在城市,荒野穿行时不再迷路,如果您认为GPS的功能仅限于此,那就大错特错了。
GPS工作原理图
GPS系统由一组卫星组成,这些卫星将信号发送到地球表面。一个基本的GPS接收器,比如您的智能手机中的接收器可以通过测量来自四个或更多卫星的信号的到达时间来确定您所在的位置(精度约1至10米)。借助更先进和更昂贵的专业GPS接收器,科学家们可以精确定位到几厘米甚至几毫米的位置。
除了导航,GPS还可以做以下5件事情:
1.感知地震
几个世纪以来,地球科学家一直依靠地震仪来测量地面晃动的程度,以评估地震的规模和严重程度。GPS接收器具有不同的探测目的:跟踪发生在非常慢的尺度上的地质过程,例如地球板块构造的过程中相互碾磨的速率。
之前大多数研究人员认为GPS无法足够准确,足够快地测量位置,无法用于评估地震。但是事实证明,科学家可以从GPS卫星传输到地球的信号中提取更多信息。
这些信号分为两个部分。一个是每个GPS卫星发射的唯一的数字代码。第二个是较短波长的“载波”信号,该信号从卫星发送代码。由于载波信号具有较短的波长(仅20厘米),而数字编码的较长波长则只有几十或几百米,因此载波信号提供了一种高分辨率,可以在地球表面上精确定位点。科学家,测量师,军队和其他人员通常需要非常精确的GPS位置,他们需要一个更复杂的GPS接收器。
工程师还在不断提高GPS接收器更新位置的速度,这意味着它们可以每秒刷新自己20次或更多。当可以如此迅速地进行精确测量时,GPS就能用来检查地震期间地面的运动方式。
2003年,使用遍布美国西部的GPS接收器,科学家研究了阿拉斯加7.9级地震当中的地震波引起地面移动。2011年,研究人员已经能够获取有关席卷日本的9.1级地震的GPS数据,并显示地震发生时海底移动了惊人的60米。现在,科学家正在更广泛地研究GPS数据如何帮助他们快速评估地震,他们利用地震震中附近GPS站的信息,可以在10秒内确定地震是破坏性的7级还是完全破坏性的9级地震。
美国西海岸的研究人员甚至已经将GPS整合到地震预警系统当中,该系统可以检测到地面震动,并通知遥远城市的人地震是否可能很快到达。
2.监视火山
除地震外,GPS的还可以帮助人们对其他自然灾害做出更快的反应。
例如,许多火山观测站也装备了GPS接收器,由于岩浆开始移动时,通常也会引起地表移动。通过监视火山周围的GPS站如何随时间上升或下降,研究人员可以更好地了解熔融岩石的流动。
去年夏威夷基拉韦厄火山大喷发之前,研究人员使用GPS来了解火山的移动情况。当地官员利用这些信息来帮助决定从哪些地区撤离居民。
即使在火山爆发后,GPS数据也可能有用。由于信号从卫星传播到地面,因此它们必须穿过火山喷入空中的物质。
2013年,几个研究小组研究了四年前阿拉斯加的里道特火山喷发的GPS数据,发现这些信号在喷发开始后不久就失真了。通过研究失真,科学家可以估算出喷出了多少灰烬,以及其运行速度有多快。
科学家一直在研究使用智能手机的GPS接收器实现火山监测。这可能使火山学家能够建立一个相对便宜的GPS网络,并在烟羽上升时对其进行监控。对于飞机来说,火山羽流是一个大问题,飞机必须绕着火山灰飞行,以避免微粒堵塞喷气发动机的风险。
3.探雪
GPS某些最出乎意料的用途来自其信号中最混乱的部分:反射到地面的部分。
典型的GPS接收器,如智能手机中的接收器大多会拾取直接来自我们头顶的GPS卫星信号。但是,它还会拾取在您正在行走的地面上反弹并反射到智能手机上的信号。
多年以来,科学家一直认为这些反射信号不过是噪声,某种回声使数据模糊不清,使人们很难弄清发生了什么。但是研究人员认为,可以利用这些GPS接收器中的回波。他们研究了从地面反射的信号的频率,以及这些信号与直接到达接收器的信号如何结合,从而推断出回声反射出来的表面质量。
这种方法使科学家可以了解GPS接收器下方的地面情况,比如土壤中含有多少水分,或者表面上积雪了多少。地面上积雪越多,回波与接收器之间的距离越短。GPS站可以用作积雪传感器来测量积雪深度。
该技术在北极和南极洲也很有效,那里很少有气象站全年监测降雪。科学家们研究了2007年至2017年在西南极洲23个GPS站的积雪数据。他们发现GPS站可以直接测量变化的积雪。对于希望评估冬季南极冰盖积雪的数量以及与每年夏季融化的雪量,这是至关重要的信息。
4.感知沉降
GPS在监视水位变化方面也很有用。
今年7月,研究人员在孟加拉国的恒河与雅鲁藏布江交界处安装了GPS站,目的是测量河流沉积物是否压实,土地是否正在缓慢下沉,使其在热带气旋和海平面上升期间更容易遭受洪水的侵袭。
GPS接收器甚至可以帮助海洋学家和水手充当潮汐仪,它们可以准确地跟踪潮汐变化。这对于世界上那些没有设置长期潮汐仪的地区可能会有所帮助。
5.分析大气
最后,GPS可以分析大气上空的信息。水蒸气,带电粒子和其他因素会延迟GPS信号在大气中的传播。
研究人员使用GPS来研究大气中的水蒸气量,这些水蒸气可以以雨或雪的形式沉淀出来。研究人员利用这些变化来计算在大雨中可能从天上掉下来的水量,从而使气象预报员可以微调山洪暴发的预测。
当GPS信号穿过被称为电离层的高层大气带电部分时,也会受到影响。科学家使用GPS数据跟踪海啸在下方海洋中运动时电离层的变化。海啸的力量在大气中产生变化,并一直波动到电离层。这项技术有一天可以补充传统的海啸预警方法。
科学家甚至已经能够使用GPS研究日全食的影响。2017年8月,他们使用美国各地的GPS站来测量随着月球阴影在整个大陆上移动时,高层大气中的电子数量如何下降,从而使原本可以产生电子的光变暗。

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