GPS 技术工作原理

地球轨道上的一组卫星使全球定位系统 (GPS) 成为可能。卫星星座传输精确的信号,允许地面上的GPS接收器计算并向用户显示位置信息。GPS为美国所有。

通过捕获来自卫星的信号,GPS 接收器能够使用三边测量的数学原理来确定地理位置。通过增加计算能力和内存(例如路线图、兴趣点和地形信息),GPS 接收器能够将位置、速度和时间信息转换为有用的显示格式。

GPS 技术工作原理
 Navstar-2F 卫星的渲染图。维基共享资源

GPS的发明与演变

GPS 最初是由美国国防部 (DoD) 作为军事应用创建的。该系统自 1980 年代初以来一直处于活动状态,但直到 1990 年代后期才可供平民使用。自那以后,消费者 GPS 已成为一个价值数十亿美元的产业,拥有广泛的产品、服务和基于互联网的实用程序。与大多数技术一样,它的发展仍在进行中。虽然它是一个真正的现代奇迹,但工程师们认识到它的局限性并不断努力克服它们。

GPS的优缺点

优点

  • 在所有天气条件下,全天候和全球范围内准确工作。
  • 使用 GPS 信号无需订阅费。
  • 一般精度在15米以内。带有广域增强系统 (WAAS) 信号的较新型号的准确度在三米以内。

缺点

  • 可能会被茂密的森林、峡谷壁、摩天大楼、桥梁或墙壁阻挡,使 GPS 导航 变得困难。
  • 不适用于室内或地下空间。
  • 卫星维护、无线电干扰和太阳风暴都可能导致覆盖缺口。

国际努力

美国拥有和运营的 GPS 是世界上使用最广泛的天基卫星导航系统。俄罗斯的 GLONASS 卫星星座还提供全球卫星导航服务。一些消费类 GPS 设备 使用这两种系统来提高准确性并增加捕获足够位置数据的可能性。 

关于 GPS 的有趣事实

GPS 的工作原理对许多每天使用它的人来说都是一个谜。这些要点可能会让您感到惊讶:

  • 军用 GPS 使用两种频率,而民用 GPS 只使用一种。这提高了准确性。双频 GPS 设备可供平民使用,但其成本和尺寸使其不切实际。
  • 美国政府正在进行一项耗资数十亿美元的持续改进和现代化计划
  • 美国纳税人主要通过国防部为全球 GPS 服务提供资金。2017 年的预算约为 9 亿美元。
  • 美国的一个联合军民机构——天基定位、导航和授时国家执行委员会——负责监督 GPS。美国空军对其进行维护和操作。
  • 截至 2017 年,有 24 颗 GPS 卫星环绕地球。
  • GPS 对于我们每天认为理所当然的设备、便利和服务至关重要,例如手机、手表、计算机、天气预报、能源输送、导航和紧急/灾难响应。
  • 许多行业都依赖 GPS 的准确性,包括银行、建筑、航空、航运和农业。
  • GPS对国家安全至关重要。所有新的军事装备都配备了 GPS。
  • GPS 为全球的空中、海上和公路运输系统提供信息。
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