卫星化身太空指南针 独特定位绝技 如何找出你身在何处？｜升A学堂

你有没有想过，单单是今天早上起床后的几个小时，你已经接触过卫星多少次？查看天气、开启地图导航、以外卖程式订餐……卫星，比我们想像的还要贴近我们的生活。让我们一起认识两类常见的卫星，看看它们如何悄悄改变了我们每一天。

太空指南针︰导航卫星

你上一次迷路是甚么时候？也许你已记忆模糊，因为手机地图早就让「迷路」这件事变得遥远。但你有没有想过，Google Maps究竟如何知道你现在身处哪里？

秘密在于「导航卫星」，或用更正式名称：「全球导航卫星系统」（GNSS）。通常广为人知的是美国的「全球定位系统」（GPS），但其实现时全球有四大系统，其中之一便是中国的「北斗卫星导航系统」（BDS），由中国自主建设，亚太地区覆盖极佳且具备独特短报文通讯功能等，通常现在的手机会同时接收多个系统的信号，以提高准确度。

「三边测量」原理

那么，卫星如何知道你在哪里？靠的是一个叫「三边测量」的原理。每颗导航卫星都会广播信号，把「发射时间」和「目前的太空座标」包进信号里发射出去。你的手机接收到信号后，计算出接收时间及发射时间的时间差，便能推算出它与哪颗卫星的距离。

知道与一颗卫星的距离，只能确定你在某个巨大球面上的某处。知道与第二颗卫星的距离，两个球面相交，范围缩小至一个圆环。再加上第三颗卫星，圆环收窄至两个点。而第四颗卫星的作用，除了确认唯一位置，还有一个关键任务，校正你手机时钟的微小误差。第四颗卫星提供了额外的方程式，让手机能自行修正时钟误差，确保定位准确。

中国的「北斗卫星导航系统」还有一项其他系统没有的功能，便是短讯通讯功能。即使在没有电话信号的偏远地区，用户仍然可以通过北斗卫星双向发送短讯求救。所以，倘若香港郊野行山者迷失方向时，但手机没有电话信号，正可借此功能呼叫救援。

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太空摄影师︰对地观测卫星

你有没有试过在Google Maps放大卫星图，直至看清楚自己学校的天台、操场，甚至停泊的校车？那些图像，正是由距离地面约500至800公里的「对地观测卫星」所拍摄——比气象卫星的35800公里近得多，因此解析度高出许多。

「对地观测卫星」的用途遍及各个范畴。中国的「高分七号」专为地形测绘而设计，为国家测量与城市规划提供基础数据；农业部门利用卫星图像监测农作物的健康状况；环保人员监察海洋污染的扩散；灾害管理部门在台风或洪水后，快速评估受灾范围，协调救援。这些任务都依赖卫星能持续、客观并大范围地观测地球。部分卫星更会加装「合成孔径雷达」（SAR），发射微波穿透云层、接收回波，在台风过后云雾密布的灾区，救援人员能借此即时掌握受淹范围。

香港在对地观测领域亦有重要贡献。2026年2月，由香港中文大学主导研发、创新科技署资助的「港中大一号」卫星升空，成为首颗由香港特区政府资助、本地大学直接主导设计的对地观测卫星，更搭载人工智能系统，能在轨道上即时分析图像，服务大湾区的环境监测及城市规划。

卫星，就在你身边

卫星，是太空科技中最贴近我们日常生活的一环。它不止是宇航员的工具，也是我们每天都在使用，却几乎从不察觉的基础设施。

下次你打开Google Maps放大卫星图、查看台风路径，或以手机导航寻路，不妨往窗外望一望——那些看不见的信号与影像，正从数百至数万公里外的太空，悄悄传送到你手心。

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小思考，大智慧

1. 文章提到，导航卫星需要至少4颗卫星才可准确定位，而第四颗卫星有一个特别的作用。那个作用是甚么？
2. 对地观测卫星可搭载光学感应器，亦可搭载「合成孔径雷达」。光学感应器有一个先天限制，合成孔径雷达却能克服它。光学感应器的限制是甚么？试用文章的例子，说明搭载合成孔径雷达的对地观测卫星在甚么情况下，比搭载光学感应器的卫星更有用。

参考答案

1. 第四颗卫星的特别作用是校正手机时钟的误差。时钟若差了1微秒，计算出的距离误差会使定位严重失准。加入第4颗卫星后，手机在计算位置的同时，能够建立额外的方程式，自动修正时钟误差，确保定位准确至3至5米以内。
2. 光学卫星的先天限制是无法穿透云层，且在夜间无法使用。合成孔径雷达的卫星能自行发射微波，微波波长远比可见光长，能直接穿过云层中的水粒子，夜间同样有效。台风刚刚过后往往仍被厚厚云层覆盖，光学卫星无法看清地面，此时合成孔径雷达的卫星便能即时提供受淹范围的图像，让救援人员掌握实况，这正是合成孔径雷达的卫星比光学卫星更有用的典型场景。

本栏逢周一刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。

文：香港道教联合会圆玄学院第三中学STEAM统筹主任陈恩鸿