关于此次Inmarsat追踪MH370的多普勒效应定位

1、首先说说多普勒效应在卫星上的应用历史：

其实多普勒效应恰恰是1958年启动的全球第一代导航卫星系统——美国海军的秘密项目“子午仪”的导航定位工作原理。子午仪系统有6颗卫星，那个时代的导航定位终端设备也叫多普勒接收机，原理就是采用多普勒效应原理对卫星信号进行接收和定位。卫星多普勒定位具有经济、快速、精度较高、不受天气和时间限制等优点，所以70年代以后很快开始推广，西沙群岛的大地测量基准联测，是我国应用卫星多普勒定位技术的先例，后来80年代国家测绘局和总参测绘局联合测设的全国卫星多普勒大地网，对国家边境线进行了第一次高精度测绘工作。前苏联在1965年启动了自己的多普勒卫星定位系统，就是12颗卫星组成CICADA星座。
虽然多普勒卫星系统将导航和定位技术推向了一个崭新的发展阶段，但仍然存在着一些明显的缺陷。由于该系统卫星数目较少（6-12颗工作卫星），运行高度较低（平均约为1000km），从地面站观测到卫星的时间间隔也较长（平均约1.5小时），无法进行全球性的实时连续导航定位服务。从大地测量学来看，由于它的定位速度慢（测站平均观测1～2天），精度较低（单点定位精度3～5m，相对定位精度约为1m），因此，该系统在大地测量学和地球动力学研究方面受到了极大的限制，并不能满足实时连续导航定位提供三维坐标的需求。所以到了1996年美国“子午仪”卫星系统退出了历史舞台，交棒给了GPS系统。


2、什么是多普勒效应：

教科书上是这么说的：“物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 （蓝移blue shift）；在运动的波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低 （红移red shift）；波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。”
下面这三个图能很简单直观的说明一下：

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2014-3-27 23:36 上传

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2014-3-27 23:37 上传

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2014-3-27 23:37 上传

我的理解是，因为波音飞机的机翼上有根天线，这根天线的作用是在应答系统关闭的情况下，仍然每隔一个小时向国际海事卫星组织也就是向英国运营商Inmarsat（这里强调，我国也拥有该公司股份），发送PING信号，但是这个PING信号，只能说飞机还在运作，例如还在飞或者在地面滑行，但是PING信号只有很简单的飞机状态参数，根本没有位置信息。不过呢，因为MH370作为一个PING发布的波源，和卫星（观察者）之间是存在行对运动的，所以卫星是可以通过MH370连续的PING，来发现其中频率的变化，也就是运用多普勒效应。一般这种原理多用在气象雷达卫星的多普勒仪上，用来预测和判断台风的位置。通过公开的信息，Inmarsat的工程师用一颗8号当天在印度洋区域值班的同步地球卫星（Inmarsat-3 F1、东经64.5度、首颗第三代国际海事卫星、1996年发射）收到的MH370的ping信号，来判断其飞行方向。就像CNN那个节目里的专家介绍的，工程师们以十亿分之一秒为单位，通过飞机和卫星的远近态势变化，来观察信号是压缩还是扩张。
据分析，3月8日凌晨2点11分，飞机发送第一次ping信号。随后，飞机先距离卫星越来越近，又维持了一段时间与卫星距离不变的飞行，最后向距离卫星越来越远的方向飞去。工程师正是用这样的方式排除了此前关于“北线”假设的可能性。这种科学分析手段从现在来看推算飞机位置是可靠的。






1、首先说说多普勒效应在卫星上的应用历史：

其实多普勒效应恰恰是1958年启动的全球第一代导航卫星系统——美国海军的秘密项目“子午仪”的导航定位工作原理。子午仪系统有6颗卫星，那个时代的导航定位终端设备也叫多普勒接收机，原理就是采用多普勒效应原理对卫星信号进行接收和定位。卫星多普勒定位具有经济、快速、精度较高、不受天气和时间限制等优点，所以70年代以后很快开始推广，西沙群岛的大地测量基准联测，是我国应用卫星多普勒定位技术的先例，后来80年代国家测绘局和总参测绘局联合测设的全国卫星多普勒大地网，对国家边境线进行了第一次高精度测绘工作。前苏联在1965年启动了自己的多普勒卫星定位系统，就是12颗卫星组成CICADA星座。
虽然多普勒卫星系统将导航和定位技术推向了一个崭新的发展阶段，但仍然存在着一些明显的缺陷。由于该系统卫星数目较少（6-12颗工作卫星），运行高度较低（平均约为1000km），从地面站观测到卫星的时间间隔也较长（平均约1.5小时），无法进行全球性的实时连续导航定位服务。从大地测量学来看，由于它的定位速度慢（测站平均观测1～2天），精度较低（单点定位精度3～5m，相对定位精度约为1m），因此，该系统在大地测量学和地球动力学研究方面受到了极大的限制，并不能满足实时连续导航定位提供三维坐标的需求。所以到了1996年美国“子午仪”卫星系统退出了历史舞台，交棒给了GPS系统。


2、什么是多普勒效应：

教科书上是这么说的：“物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 （蓝移blue shift）；在运动的波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低 （红移red shift）；波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。”
下面这三个图能很简单直观的说明一下：

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我的理解是，因为波音飞机的机翼上有根天线，这根天线的作用是在应答系统关闭的情况下，仍然每隔一个小时向国际海事卫星组织也就是向英国运营商Inmarsat（这里强调，我国也拥有该公司股份），发送PING信号，但是这个PING信号，只能说飞机还在运作，例如还在飞或者在地面滑行，但是PING信号只有很简单的飞机状态参数，根本没有位置信息。不过呢，因为MH370作为一个PING发布的波源，和卫星（观察者）之间是存在行对运动的，所以卫星是可以通过MH370连续的PING，来发现其中频率的变化，也就是运用多普勒效应。一般这种原理多用在气象雷达卫星的多普勒仪上，用来预测和判断台风的位置。通过公开的信息，Inmarsat的工程师用一颗8号当天在印度洋区域值班的同步地球卫星（Inmarsat-3 F1、东经64.5度、首颗第三代国际海事卫星、1996年发射）收到的MH370的ping信号，来判断其飞行方向。就像CNN那个节目里的专家介绍的，工程师们以十亿分之一秒为单位，通过飞机和卫星的远近态势变化，来观察信号是压缩还是扩张。
据分析，3月8日凌晨2点11分，飞机发送第一次ping信号。随后，飞机先距离卫星越来越近，又维持了一段时间与卫星距离不变的飞行，最后向距离卫星越来越远的方向飞去。工程师正是用这样的方式排除了此前关于“北线”假设的可能性。这种科学分析手段从现在来看推算飞机位置是可靠的。