GPS工作原理全解析

　　GPS是如何工作的（可能比你想知道的還要多）

　　從1994年開始，地球上空就出現(xiàn)了24顆GPS衛(wèi)星，他們被分成了六組，在1.3萬英尺的高空中圍繞地球飛行。它們是同步軌道衛(wèi)星，但并不是靜止的，而是以每小時8千英里的速度從西向東飛行，每天可以繞地球兩次。每顆衛(wèi)星上搭載了原子鐘，并且不斷報告：

　　偽隨機碼：每顆衛(wèi)星的ID

　　星歷數(shù)據(jù)：當(dāng)前日期和時間，衛(wèi)星是否健康或不健康（“不健康”可能意味著衛(wèi)星正在重新定位或重新校準(zhǔn)，不是指它飛走了）

　　年鑒數(shù)據(jù)：定位衛(wèi)星在什么時間到達(dá)什么位置的數(shù)據(jù)（每個GPS衛(wèi)星都有年鑒數(shù)據(jù)）

　　GPS內(nèi)部的接收器會從衛(wèi)星捕捉到達(dá)時間（TOA）和飛行時間（TOF）。給定光速（恒定），以及信號在什么時候、什么地方發(fā)生，GPS接收器便會計算出你的車、你的便攜式導(dǎo)航儀、徒步GPS，或是智能手機在地球上哪個位置。當(dāng)設(shè)備沿著高速公路移動，它還會計算行駛速度和羅盤航向，不過GPS的速度通常會比汽車?yán)锍瘫盹@示的時速慢幾英里。行駛數(shù)據(jù)會呈現(xiàn)在導(dǎo)航系統(tǒng)里。衛(wèi)星信號從地球大氣層從40-600英里高空穿過電離層，會產(chǎn)生延遲；而GPS系統(tǒng)會應(yīng)用校正因子。

　　一般而言，我們需要三個GPS信號來確定（三角定律）接收器的位置，然后用第四個信號來計算高度。當(dāng)然，接收器接收的衛(wèi)星數(shù)量越多（最多應(yīng)該是十二個，因為一共二十四顆衛(wèi)星，另外十二個在地球的另一邊），定位的質(zhì)量就會越高。如果原子時鐘不準(zhǔn)確，或是其他不準(zhǔn)確的信息進入，GPS可以進行修正。

　　第一顆GPS衛(wèi)星是在1978年發(fā)射升空的，目前很多GPS衛(wèi)星都能很好地運行，工作時間長達(dá)十年。他們的重量約為2千磅（按地球上重量計），如果算上支持衛(wèi)星動力的太陽能電池板的話，長度可以達(dá)到17英尺。這些衛(wèi)星的發(fā)射器能超過產(chǎn)生不到50瓦特的輸出，當(dāng)然，很多新的衛(wèi)星也在開發(fā)，發(fā)射，全世界很多國家現(xiàn)在都有自己的GPS衛(wèi)星。

　　更加新一些的GPS系統(tǒng)（接收器在地球上）定位會更加準(zhǔn)確，而且能夠定位更小的對象，價格也更便宜，它們甚至還能定位室內(nèi)GPS接收器。美國國防部高級研究計劃局曾經(jīng)展示過一個芯片，它比一美分硬幣還要小，但是卻內(nèi)置了三個陀螺儀，三個加速度計，以及一個內(nèi)置時鐘（見上圖）。還有其他一些研究人員開發(fā)了很多技術(shù)，目的是提升GPS計時功能和衛(wèi)星時鐘的準(zhǔn)確度。這些研究的主要目的，是讓昂貴的GPS系統(tǒng)能夠進一步提升準(zhǔn)確度，并且能夠把這種準(zhǔn)確度應(yīng)用在普通人的汽車中控系統(tǒng)里面。