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全球定位系统 (Global Position System, 简称GPS) 原为美国的军事设施, 为美国军事目的服务。GPS可使部队在地球上任何地方任何时间找准自己的位置, 也可以引导导弹和无人飞机飞行。后来GPS开放为民用服务, 向全球各地全天候地提供三维位置,这个系统由24颗环绕在地球上空的卫星组成, 每颗卫星被安放在6条轨道上 。所有卫星轨道的高度都在20200km上, 因为在这个高度的轨道上卫星每天恰恰绕地球两圈。
每个卫星都安放了一个或多个高精度的原子钟。24颗卫星的首要工作就是每时每刻通过无线电连续不断地播报原子钟的精确时间和位置。在地面上的旅行者可携带一只手持式GPS接收器。 假定旅行者想让他的定位精准度在1 m范围内, 可粗略计算出,这些彼此分开数千米的卫星钟同步性大约在约3纳秒内才能保证提供给接收者以足够的位置精确度。 卫星钟受到地面站的监控与校正, 使卫星钟在每条轨道上每运行一周就得到一次校正, 即每12小时校正一次.因此, 一个钟要在12小时内的同步性保持在3ns内, 那么它每秒的稳定性必须达到10-13s。这意味着原子钟每秒允许的偏差率仅为10-13s.如果GPS所使用的原子钟达不到这么高的精度要求, 地面的接收者定位误差将超过1 米。 根据爱因斯坦的狭义相对论, 运动时钟变慢.因此, 我们还必须估算狭义相对论运动时钟变慢可能产生的时间误差。 根据计算例如卫星每运行一周为12小时, 因狭义相对论效应卫星上的时钟将产生约3.65×10-6s的误差，运行一周地面定位累积误差约为1公里。所以狭义相对论对GPS影响巨大！ 而根据广义相对论引力弱的地方相对于引力强的地方时间流逝更快，所以卫星处时钟的时间要比地面时钟的时间快。经过计算GPS轨道卫星比地面时钟每一秒快约5×10-10秒，这会导致运行一周累积约6公里的定位误差！！！ 尽管这两个效应产生了相反的效果, 但二者相抵消后仍存在很大的时间误差。抵消后累积定位误差依然有5公里。 所以GPS的设计者必须考虑相对论的影响。可以说没有爱因斯坦的相对论就不会有今天的GPS定位。相对论不再是高深莫测的纯理论，而是离我们生活并不远。 A=X+Y+Z：A代表成功，X代表艰苦的劳动，Y代表正确的方法，Z代表少说空话——爱因斯坦 |
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