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trimblegpstutorial
1.WhyGPS?
为什么选择GPS?
Tryingtofigureoutwhereyouareandwhereyou'regoingisprobablyoneofman'soldestpastimes.
试图找出你在哪里和你去哪里可能是人类最古老的消遣之一。
Navigationandpositioningarecrucialtosomanyactivitiesandyettheprocesshasalwaysbeenquitecumbersome.
导航和定位是这么多活动的关键,但过程总是相当麻烦。
Overtheyearsallkindsoftechnologieshavetriedtosimplifythetaskbuteveryonehashadsomedisadvantage.
多年来,各种技术都试图简化任务,但每个人都有一些缺点。
Finally,theU.S.DepartmentofDefensedecidedthatthemilitaryhadtohaveasuperpreciseformofworldwidepositioning.Andfortunatelytheyhadthekindofmoney($12billion!
)ittooktobuildsomethingreallygood.
最后,美国国防部决定军队必须有一个超精确的世界定位。
幸运的是,他们有一些钱(120亿美元)用来建立一些非常好的东西。
WhyDidtheDepartmentofDefenseDevelopGPS?
为什么国防部开发GPS?
InthelatterdaysofthearmsracethetargetingofICBMsbecamesuchafineartthattheycouldbeexpectedtolandrightonanenemy'smissilesilos.Suchadirecthitwoulddestroythesiloandanymissileinit.Theabilitytotakeoutyouropponent'smissileshadaprofoundeffectonthebalanceofpower.
在军备竞赛的后几天,瞄准ICBM成为了一种艺术,他们可以预期在一个敌人的导弹筒仓直接登陆。
这样的直接命中将毁坏筒仓和其中的任何导弹。
取出你的对手导弹的能力对权力的平衡有深远的影响。
Butyoucouldonlyexpecttohitasiloifyouknewexactlywhereyouwerelaunchingfrom.That'snothardifyourmissilesareonland,asmostofthemwereintheSovietUnion.ButmostoftheU.S.Nuc
leararsenalwasatseaonsubs.TomaintainthebalanceofpowertheU.S.hadtocomeupwithawaytoallowthosesubstosurfaceandfixtheirexactpositioninamatterofminutesanywhereintheworldHelloGPS!
但是,如果你知道你是从哪里发射的,你只能指望一个筒仓。
如果你的导弹在陆地上,这不难,因为他们大多数在苏联。
但大多数美国核武库在海上。
为了保持权力的平衡,美国不得不提出一种方法,允许这些潜艇表面和固定他们的确切位置在几分钟内在世界上任何地方你好GPS!
TheresultistheGlobalPositioningSystem,asystemthat'schangednavigationforever.
其结果是全球定位系统,一个永远改变导航的系统。
2.WhatisGPS?
什么是GPS?
TheGlobalPositioningSystem(GPS)isaworldwideradio-navigationsystemformedfromaconstellationof24 satellites andtheirgroundstations.
全球定位系统(GPS)是由24 颗卫星及其地面站构成的全球无线电导航系统。
GPSusesthese"man-madestars"asreferencepointstocalculatepositionsaccuratetoamatterofmeters.Infact,with advancedformsofGPS youcanmakemeasurementstobetterthanacentimeter!
GPS使用这些“人造星”作为参考点来计算精确到米的位置。
事实上,使用先进的GPS形式,您可以使测量更好一厘米!
Inasenseit'slikegivingeverysquaremeterontheplanetauniqueaddress.
从某种意义上说,就像给地球上每平方米一个独特的地址。
GPSreceivershavebeenminiaturizedtojustafewintegratedcircuitsandsoarebecomingveryeconomical.Andthatmakesthetechnologyaccessibletovirtuallyeveryone.
GPS接收机已经被小型化为仅仅几个集成电路,因此变得非常经济。
这使得几乎每个人都可以使用该技术。
ThesedaysGPSisfindingitswayintocars,boats,planes,constructionequipment,moviemakinggear,farmmachinery,evenlaptopcomputers.
这些天,GPS正在进入汽车,船只,飞机,建筑设备,电影制作设备,农业机械,甚至笔记本电脑。
SoonGPSwillbecomealmostasbasicasthetelephone.Indeed,atTrimble,wethinkitjustmaybecomeauniversalutility.
很快GPS将变得几乎与电话一样基本。
事实上,在Trimble,我们认为它只是可能成为一个通用的实用程序。
3.HowGPSworks?
Gps的工作原理?
Here'showGPSworksinfivelogicalsteps:
以下是GPS在五个逻辑步骤中的工作原理:
●ThebasisofGPSis"triangulation"fromsatellites.
We'reusingtheword"triangulation"verylooselyherebecauseit'sawordmostpeoplecanunderstand,butpuristswouldnotcallwhatGPSdoes"triangulation"becausenoanglesareinvolved.It'sreally"trilateration."
Trilaterationisamethodofdeterminingtherelativepositionsofobjectsusingthegeometryoftriangles.
●GPS的基础是来自卫星的“三角测量”。
我们在这里很宽松地使用“三角测量”这个词,因为它是大多数人可以理解的词,但纯粹主义者不会称之为GPS的“三角测量”,因为没有涉及角度。
这真的是“三边形”。
三边形是使用三角形的几何确定对象的相对位置的方法。
●To"triangulate,"aGPSreceivermeasuresdistanceusingthetraveltimeofradiosignals.
●为了“三角测量”,GPS接收器使用无线电信号的传播时间测量距离。
●Tomeasuretraveltime,GPSneedsveryaccuratetimingwhichitachieveswithsometricks.
●为了测量旅行时间,GPS需要非常精确的定时,它通过一些技巧实现。
●Alongwithdistance,youneedtoknowexactlywherethesatellitesareinspace.Highorbitsandcarefulmonitoringarethesecret.
●随着距离,你需要知道卫星在空间中的确切位置。
高轨道和仔细监测是秘密。
●Finallyyoumustcorrectforanydelaysthesignalexperiencesasittravelsthroughtheatmosphere.
●最后,您必须纠正信号在穿过大气层时经历的任何延迟。
We'llexplaineachofthesepointsinthenextfivesectionsofthetutorial.Werecommendyoufollowthetutorialinorder.Remember,scienceisastep-by-stepdiscipline!
我们将在本教程的接下来的五个部分解释这些要点。
我们建议您按照教程顺序。
记住,科学是一步一步的纪律!
4.Triangulating
三角测量
Improbableasitmayseem,thewholeideabehindGPSistousesatellitesinspaceasreferencepointsforlocationshereonearth.
看起来不可能,GPS背后的整个想法是使用空间中的卫星作为地球上的位置的参考点。
That'sright,byvery,veryaccuratelymeasuringourdistancefromthreesatelliteswecan"triangulate"ourpositionanywhereonearth.
这是正确的,非常,非常准确地测量我们与三颗卫星的距离,我们可以“三角测量”我们在地球上任何地方的位置。
Forgetforamomenthowourreceivermeasuresthisdistance.We'llgettothatlater.Firstconsiderhowdistancemeasurementsfromthreesatellitescanpinpointyouinspace.
忘记一会儿我们的接收机如何测量这个距离。
我们会在以后。
首先考虑如何距离测量从三个卫星可以指出你在太空。
TheBigIdeaGeometrically:
几何形状:
StepOne:
步骤1:
Supposewemeasureourdistancefromasatelliteandfindittobe11,000miles.
假设我们测量我们与卫星的距离,发现它是11000英里。
Knowingthatwe're11,000milesfromaparticularsatellitenarrowsdownallthepossiblelocationswecouldbeinthewholeuniversetothesurfaceofaspherethatiscenteredonthissatelliteandhasaradiusof11,000miles.
知道我们距离一个特定的卫星11000英里,缩小了所有可能的位置,我们可以在整个宇宙到一个球体的中心在这颗卫星,半径为11000英里的表面。
StepTwo:
步骤二:
Next,saywemeasureourdistancetoasecondsatelliteandfindoutthatit's12,000milesaway.
接下来,假设我们测量我们与第二颗卫星的距离,发现距离它是12000英里。
Thattellsusthatwe'renotonlyonthefirstspherebutwe'realsoonaspherethat's12,000milesfromthesecondsatellite.Orinotherwords,we'resomewhereonthecirclewherethesetwospheresintersect.
这告诉我们,我们不仅在第一个球体上,而且还在距离第二颗卫星12,000英里的球体上。
或者换句话说,我们在这两个球体相交的圆上。
StepThree:
步骤三:
Ifwethenmakeameasurementfromathirdsatelliteandfindthatwe're13,000milesfromthatone,thatnarrowsourpositiondownevenfurther,tothetwopointswherethe13,000milespherecutsthroughthecirclethat'stheintersectionofthefirsttwospheres.
如果我们从第三颗卫星进行测量,发现我们距离这颗卫星有13000英里,这使我们的位置进一步缩小,到达13000英里的球穿过前两个点的交点的两个点球体。
Sobyrangingfromthreesatelliteswecannarrowourpositiontojusttwopointsinspace.
因此,通过从三颗卫星的范围,我们可以将我们的位置缩小到空间中的两个点。
Todecidewhichoneisourtruelocationwecouldmakeafourthmeasurement.Butusuallyoneofthetwopointsisaridiculousanswer(eithertoofarfromEarthormovingatanimpossiblevelocity)andcanberejectedwithoutameasurement.
为了决定哪一个是我们的真实位置,我们可以做第四个测量。
但通常两个点之一是一个可笑的答案(离地球太远或以不可能的速度移动),并且可以在没有测量的情况下被拒绝。
Afourthmeasurementdoescomeinveryhandyforanotherreasonhowever,butwe'lltellyouaboutthatlater.
第四个测量非常方便,但另一个原因,但我们会告诉你,后来。
Nextwe'llseehowthesystemmeasuresdistancestosatellites.
接下来,我们将看到系统如何测量到卫星的距离。
InReview:
评论:
●Positioniscalculatedfromdistancemeasurements(ranges)tosatellites.
●位置是根据距离测量(范围)到卫星计算的。
●Mathematicallyweneedfoursatelliterangestodetermineexactposition.
●数学上,我们需要四个卫星范围来确定准确的位置。
●Threerangesareenoughifwerejectridiculousanswersoruseothertricks.
●如果我们拒绝可笑的答案或使用其他技巧,三个范围就足够了。
●Anotherrangeisrequiredfortechnicalreasonstobediscussedlater.
●由于稍后讨论的技术原因,需要另一范围。
5.Measuringdistance
测量距离
Measuringdistancefromasatellite
测量距卫星的距离
Wesawinthelastsectionthatapositioniscalculatedfromdistancemeasurementstoatleastthreesatellites.
我们在最后一节中看到,根据至少三颗卫星的距离测量结果计算位置。
TheBigIdeaMathematically:
数学上的大主意:
Inasense,thewholethingboilsdowntothose"velocitytimestraveltime"mathproblemswedidinhighschool.Remembertheold:
"Ifacargoes60milesperhourfortwohours,howfardoesittravel?
"
在某种意义上,整个事情归结为我们在高中做的“速度时间旅行时间”数学问题。
记住老:
“如果一辆汽车每小时行驶60英里两个小时,它旅行多远?
Velocity(60mph)xTime(2hours)=Distance(120miles)
速度(60mph)x时间(2小时)=距离(120英里)
InthecaseofGPSwe'remeasuringaradiosignalsothevelocityisgoingtobethespeedoflightorroughly186,000milespersecond.
在GPS的情况下,我们测量无线电信号,因此速度将是光速或大约每秒186000英里。
Theproblemismeasuringthetraveltime.
问题是测量行程时间。
●Timingistricky
●时间是棘手的
●Weneedpreciseclockstomeasuretraveltime
●我们需要精确的时钟来测量旅行时间
●Thetraveltimeforasatelliterightoverheadisabout0.06seconds
●卫星正上方的行驶时间约为0.06秒
●Thedifferenceinsyncofthereceivertimeminusthesatellitetimeisequaltothetraveltime
●接收器时间减去卫星时间的同步差等于行进时间
Thetimingproblemistricky.First,thetimesaregoingtobeawfullyshort.Ifasatellitewererightoverheadthetraveltimewouldbesomethinglike0.06seconds.Sowe'regoingtoneedsomereallypreciseclocks.We'lltalkaboutthosesoon.
时间问题很棘手。
首先,时间将会非常短暂。
如果卫星在正上方,旅行时间将是0.06秒。
所以我们需要一些真正精确的时钟。
我们会很快谈论这些。
Butassumingwehavepreciseclocks,howdowemeasuretraveltime?
Toexplainitlet'suseagoofyanalogy:
但假设我们有精确的时钟,我们如何测量旅行时间?
为了解释它,让我们使用一个愚蠢的比喻:
Supposetherewasawaytogetboththesatelliteandthereceivertostartplaying"TheStarSpangledBanner"atprecisely12noon.Ifsoundcouldreachusfromspace(which,ofcourse,isridiculous)thenstandingatthereceiverwe'dheartwoversionsoftheStarSpangledBanner,onefromourreceiverandonefromthesatellite.
假设有一种方法让卫星和接收机在中午12点开始播放“星星旗帜”。
如果声音可以从空间(当然是可笑的)到达我们,然后站在接收器,我们会听到星形闪烁横幅的两个版本,一个从我们的接收器,一个从卫星。
Thesetwoversionswouldbeoutofsync.Theversioncomingfromthesatellitewouldbealittledelayedbecauseithadtotravelmorethan11,000miles.
这两个版本不同步。
来自卫星的版本会有点延迟,因为它必须旅行超过11000英里。
Ifwewantedtoseejusthowdelayedthesatellite'sversionwas,wecouldstartdelayingthereceiver'sversionuntiltheyfellintoperfectsync.
如果我们想看卫星的版本是如何延迟,我们可以开始延迟接收机的版本,直到它们完全同步。
Theamountwehavetoshiftbackthereceiver'sver
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