英国空难调查局是如何计算出飞机轨迹?

发布时间:2014-03-25 阅读量:1525 来源: 发布人:

【导读】昨天马来西亚总理宣布MH370坠毁南印度洋,是根据英国空难调查处的数据分析结果确定的。通过对失联的马航MH370航班发动机六次与卫星的握手信号发出和接收的时间,利用多普勒效应原理确定马航客机在澳大利亚城市珀斯西部的南印度洋海域坠毁。

两个多礼拜的等待换来的却是大家都不愿看到的结果。此时马方的每一份声明,每一个言论在实事真相面前显得如此苍白无力。为何让多国在错误的地方搜救这么久?更重要的是错误的信息延误了搜救生命最宝贵的时间!在痛恨某些人刻意隐瞒真相的同时,我们愿马航239名遇难者安息,生者坚强,真相终究大白。

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卫星多普勒定位技术

多普勒效应是1842年奥地利物理学家多普勒(Chritian Doppler)首先发现的,其可以表述为:当波源与观察者做相对运动时,观察者接收到的频率与波源发射的频率不同。波源相对于测站运动所引起的多普勒频移效应可用下式表示:

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式中c为真空中的光速,v为卫星相对于测站的瞬时速度,fs为波源发射频率,fr为测站接收到的频率,a为波源瞬时速度方向与波源至测站连线的夹角。如果波源是卫星上已知发射频率的无线电信号发射源,卫星到测站的距离为r,则称(dr/dt=vcosa )为卫星的径向速度。上式经过整理得:

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观测站就可根据所测量的接收频率而得出多普勒频移,再经过技术处理,算出卫星在某一瞬时与测站的距离差,从而确定测站的地心坐标。实际应用时,为了精确地测量多普勒频移Δf,通常在地面接收机内增加一个固定的频率,即“本征频率”,将接收到的频率与“本征频率”混频,得出差拍频率,最后用积分的方法导出多普勒频移或直接进行定位计算。

分析一:

通过电离层确认飞机坠毁

电离层和卫星云图是怎么帮助海事卫星公司来定位MH370航迹的呢?地球上空的电离层是在大气边缘接近太空的地方,有一层很厚很厚的空气层,这个层的空气不是以分子状态存在的而是以离子状态存在的。就是以正或负离子的状态存在,而正负离子是导电的,所以,这个电离层对于无线电信号的衰减很厉害。
   
再来看看,电离层的变化情况。电离层和卫星云图一样,都是时刻都在变化的。美国的哈勃太空望远镜和分布在全球各地的射电望远镜,记录下了全球24小时各个经纬度的电离层变化图。
   
比如,在6:11分,MH370发了握手信号,天线角度是30度,强度是1dBu,再看看,如果没有电离层衰减和云层阻挡时,应该是强度是20dBu,那么,6:11分时的北线云层没有,电离层的衰减是10dBu,那么,得出结论:此时不是在北线。而南线的电离层衰减是19dBu,所以,此时是在南线。以此类推,得出MH370的航迹!
   
坠机的结论是怎么得出来的呢?8:11分的握手信号,看看多普勒效应,此时的MH370是静止不动的。静止不动还有可能是在陆地上的啊?是,但是,此时的信号非常微弱!只有在水里才会有这么微弱的信号!海事卫星公司这几天可能测试了一下,把海事卫星电话放在多深的水里才能出现如此微弱的信号。比如:10米深的水里的信号强度和MH370的强度相当,而10米深的水是足以让所有人丧命的啊!所以,得出如下结论:飞机坠海,无人生还。

分析二:

如果仅用卫星通信数据,如何猜测马航飞机的位置

前提条件:卫星定时与飞机之间发送握手信号,信号的时间和频率被记录。

分析过程

1. 通过通信时间差,可定位飞机与卫星的距离,得到一个球面;

2. 这个球面与地球的交集得到一个圆;

3. 根据飞机油量,确认飞机不可能飞到的距离,得到一条长弧线;

4. 根据雷达信号,去掉弧线中心的一段,得到两条稍短的弧线;

以上是已经公布的分析方法。剩下的两条弧线,到底是哪一条?

在以上过程中,飞机与卫星有相对运动,相对运动导致出现多普勒频移。频移量和飞机与卫星的相对速度有关。这个速度是:

飞机本身相对于地面的速度 + 地球自转的线速度 + 卫星相对地心的速度。

往北飞,地球自转的线速度减小。往南飞,过赤道前线速度增加,过赤道后线速度减少。通过几个时间点上频偏的大小。可以确定飞机在往南还是往北飞。

CNN科普如何计算飞机飞向印度洋


 

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