#2020珠峰冲顶测量开启#
对于有些朋友来说，天底下没有一部手机不能搞定的事，如果不行，那就换一部手机。这不，听到中国将再次测量珠穆朗玛峰高程，网上就有些不高兴的声音：“拿一部手机放在珠峰顶上，打开GPS不就知道海拔多少了，干嘛兴师动众地浪费钱？”
测量珠峰很简单？一部手机能搞定？
听起来似乎挺有道理，手机可以通过GPS定位，装个APP也能测海拔。但放一部手机果真能测出珠峰准确的高度吗？我们今天就来分析分析。
GPS是个啥？不知从何时起，GPS俨然成了所有“卫星定位系统”的代名词。GPS是英文“Global Positioning System（全球定位系统）”的缩写，是 “global navigation satellite systems (全球卫星导航系统GNSS) ”的一个分支。也就是说我们提到的美国的GPS、欧洲的伽利略（Galileo）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）和中国的北斗系统（Beidou）都统称为GNSS，只是许多人习惯性地将卫星定位叫作GPS罢了。
在我们的上空，时刻都有几颗导航卫星飞过
作为冷战产物，GPS最早是为美国军方开发的，它可以为美军飞机、舰船、车辆、士兵甚至导弹提供定位和导航信号，为美国全球军事霸权服务。1980年代开始，美国政府决定开放民用版本来实现创收，也就是说民间可以免费使用不那么精确的信号频率实现定位，但你生产芯片和使用软件要付钱，事实上你我手里支持GPS的芯片和软件都是已经由厂家付过钱的。
第三代GPS导航卫星
GNSS靠什么来定位？GPS卫星导航系统有32颗卫星在轨运行，其中有24颗保持工作，它们分布于6个距离地面约20000公里的中距离倾斜轨道上，约每12小时绕地球旋转一周。一般情况下，你头顶上始终会有四颗以上的GPS卫星在发送信息。
北斗三号卫星星座共有35颗卫星，比GPS更多，精度也更高。
北斗三号卫星的运行轨道
每一颗GNSS卫星在飞行的过程中都会一刻不停地向地面广播自己的坐标和时间，也就是说我什么时间位于天上的某一个位置：“我在这里，我在这里，我在这里......”我们知道电磁波的传输是需要时间的，这就是光速。当地面设备接收到卫星的信息时，它可以根据电磁波走过的时间算出与卫星的相对距离（伪距）并且知道卫星大致的方位。
但一颗卫星并不足以定位地面上的物体坐标，因为当卫星的位置已知时，同样的伪距在地面上划出的是一个大大的圆。为了更精确地测量，任何一台设备需要同时接收至少四颗不同位置的卫星信号，通过对这些卫星的距离和方位角进行分别运算，算出信号汇聚的一个共同点，就是你自己的位置信息。
单颗卫星与四颗卫星的信号分析
GNSS定位的精度是多少？要想知道GNSS的精度极限，我们先得搞清楚两个重要概念：时间和光速。
时间是什么？时间是对物质变化过程的度量，地球绕太阳运动一周是一年；地球自转一周为一日；人的心脏跳动一下大约是0.8秒；眨一下眼睛大概是0.1秒，我们常以“眨眼之间”来形容时间过得很快。对于时间的定义有很多，科学家定义的最短时间间隔称为“普朗克时间”，它是1.911×10^-43 秒。
普朗克时间是指光在真空中行进1个普朗克长度所需要的时间，而光在真空中的速度被定义为每秒299792458米。在物理学中，光速是一个测量出来的值，也是一个规定的常量，现代物理学认为光在真空中的速度是不变的。
科学家拍摄到的“光波”
尽管普朗克时间非常精确，但到目前为止它只是一个计算出来的结果，没有哪台科学仪器可以达到这个精度。而科学家们普遍采用的是铯原子钟来计量时间，因为铯原子在两个超精细基态之间的振动频率是9192631770Hz，这是目的可以测量的最精细单位了。
光在铯原子振动一个周期时间里走过的距离是3.26厘米，因此这也是单颗GNSS卫星距离精度的理论极限。
但实际上你可能也听说过，北斗三号的定位精度可以达到毫米级，这究竟是为什么呢？
后来者有“后发优势”，北斗卫星确实比GPS的精确度更高，但我们在前面也说了由于铯原子钟的频率关系，伪距计算的极限是3.26厘米，卫星定位系统更精确的数值都是通过对地面站坐标的精确测量、多颗卫星数据再经过复杂计算得出来的结果。一般来说，北斗的民用版本的定位精度为米级，军用的可以达到10厘米以内。
北斗导航卫星
在珠峰顶上放一部手机，测量的误差如果是十几厘米，这对于科学研究来说没太大意义，不如不测。
手机测海拔的误差实际要大得多细心的朋友也许注意到，我前边计算卫星定位极限时用的是铯原子钟的频率9192631770Hz，也就是大约9200MHz。实际上这是时钟频率，无论GPS、北斗或其它的导航卫星都不会以这个频率发送信号，它们的信号频率大约在1200~1600MHz之间，所以理论上这些导航系统的最高伪距精度应该大于10厘米。
不仅如此，影响GNSS定位精度的因素还有很多。
GNSS卫星在距离地面2万公里的高度飞行，它的信号在到达地面之前需要穿越大气层上区的电离层，电磁波会在电离层发生折射。折射会拉长电磁波传输的距离，使其到达接收机的时间出现延迟；并且，当对流层天气状况不理想时，云层中大量的电荷也会对卫星传输信号造成干扰。
大气折射和电离作用会影响定位精度
再一个因素还是在于卫星。一方面官方会将GNSS的发射波段分开，给军方使用的精度更高，而开放给民用的代码经过模糊处理，就要差很多，通常都是米级。GPS的水平方向精度大约是3米左右，垂直误差在5~7米，当你有特殊要求（比如架桥打桩）时，花大钱，他可以开放给你高精度的信号，以后有机会我们再详细讲。在测量的过程中，对卫星的选择也很重要，假如设备接收信号的四颗卫星彼此之间距离很近，扎堆，那么你得到的误差就很大；而只有在卫星分散开来时，测量的精度才会更高。
卫星扎堆，误差大
时钟的精度对定位精度的影响也十分巨大。尽管卫星和地面站都采用了高精度的原子钟，但星地之间原子钟要保持完全同步却比较难；同时，我们定位设备的时钟也需要保持同步，否则哪怕卫星上的时钟再精确，你的手机时钟不准那也是白瞎。
总结：综上所述，用手机、车载导航仪或别的什么民用GPS定位装置来测量珠峰高度，这种话听听就好，千万不要当真。从GNSS定位的原理我们可以得出结论，将一部手机或别的什么东西带到珠峰顶上，是不可能得出准确的数据的。
科学家测量珠穆朗玛峰高度是基于科学需要，我们通过精确测量珠峰的海拔高程和坐标位置，可以判断印度板块对欧亚大陆板块的挤压情况，从而推断出青藏高原地区未来的地质变化趋势，为经济建设和国家安全提供科学参考。
珠穆朗玛峰
那么，科学家们究竟是通过什么方法为珠峰量“身高”？北斗定位系统在其中到底起着哪些作用？鉴于篇幅所限，我将在以后为你解答。
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