GPS - 全球定位系统

在许多电影或现实生活事件中，我们都会听到警察追踪某人的位置。此外，在我们的智能手机中，有一个名为 G.P.S. 的功能，许多应用程序在使用时经常要求保持开启。G.P.S. 的应用远不止于此；G.P.S. 系统无处不在，您可以在汽车、手表中找到它们。为什么会这样？什么是 G.P.S.？它是如何工作的？在这次讨论中，我们将找到所有这些答案。

什么是 G.P.S.？

G.P.S. 是 **Global Positioning System（全球定位系统）** 的缩写，是一个基于卫星的导航系统，由至少 24 颗卫星构建而成，这些卫星分布在六个以地球为中心的轨道上，每个轨道有四颗卫星。无论您身在何处，无论天气如何，全球定位系统每天 24 小时运行，无需任何订阅或购买，GPS 服务不收费。

G.P.S. 帮助我们了解我们的行进方向、速度或时间。虽然我们只需要三颗卫星就可以知道位置，但第四颗卫星用于确定所有这三颗卫星的位置，而第四颗卫星会随着前三颗卫星的移动而自动移动，但它是三维的，因此我们可以计算出使用 GPS 的设备的精确高度。

美国政府是全球定位系统的原始所有者。G.P.S. 服务不要求任何数据，也不需要任何数据交易；它可以通过简单的互联网或仅通过电话连接工作。G.PS 还为用户提供及时的信息。有时，像山区或丘陵这样的区域可能有微弱的 G.P.S. 服务，因为在这里只能识别地质位置。

关于 GPS 的一点历史

美国国防部于 1973 年首次创建了 G.P.S. 以帮助军队。但在 1980 年，他们允许平民使用此服务，此前，在 1983 年，大韩航空在识别位置时犯了一个巨大的错误。这导致了一场巨大的事故，导致包括美国代表拉里·麦克唐纳在内的近 269 名乘客丧生。

但在 1990 年，美国总统削弱了全球定位系统的服务，将其转换为“选择性可用性”，但后来在 2000 年，当时的总统比尔·克林顿签署了一项法案，废除了这一功能。

1999 年，印度军队在一场巨大的卡吉尔战争中面临困境，在这次战争中，能够获取敌人位置信息被证明是一个不利因素。因此，之后，各国开始着手提供自己的定位系统。不同国家有许多 G.P.S. 服务，例如俄罗斯的全球导航卫星系统（现已整合到 G.P.S. 中）、中国的北斗导航系统、欧洲的伽利略定位系统、印度的 NavIC 和日本的准天顶卫星系统（QZSS）等。

G.P.S. 是如何工作的？

全球定位系统每天以固定的轨道绕地球运行两次。有不同的卫星，每颗卫星都会创建一个独有的信号，允许全球定位系统设备解码信号并告知该卫星的精确位置。

这就是 GPS 接收器如何获得想法。然后，通过计算卫星接收信号所需的时间，它从不同卫星测量相同的时间，以找到用户的确切位置。之后，它将这些信息显示在电子设备上，因为我们生活在一个三维世界中，所以每颗卫星生成的信号是一个球体，而不是一个圆。这就是它如何帮助我们测量日常活动、获取地图、帮助我们寻找路线或找到家，还帮助我们进行冒险。

为了计算我们二维位置，GPS 会借助 2 到 4 颗卫星。如果您想知道您在三维空间中的位置，则会使用八颗或更多卫星。但是，根据设备、位置和时间的不同，GPS 甚至可以从您的手表（支持 GPS 的电子腕带）运行。在了解您的位置后，GPS 设备还可以跟踪以下内容：

• 速度
• 道路
• 行程距离
• 所需时间
• 到目的地还剩的距离
• 日出或日落还剩的时间
• 血压
• 用户的平均心率
• 用户走的步数
• 以及更多内容

G.P.S. 的三个主要组成部分是什么？

G.P.S. 由三个主要元素构成，如下所示：

i) 空间

一些卫星围绕地球运行，向地理位置和一天中的时间用户广播信号。

ii) 控制站或段

为了控制 GPS 卫星执行的活动，追踪和管理太空卫星的运行并对其进行监控非常重要。在创建控制段时，包括地面监控站、主控站和地面天线。这些监测站几乎遍布地球各地：北美洲和南美洲、非洲、欧洲、亚洲和大洋洲。

iii) 用户工具

全球定位系统接收器和发射器是一些设备，可以接收信号并显示它们。这些是电子设备或小工具，如手机、PC、智能手表（腕带）或遥测设备。

全球定位系统的主要用途是什么？

全球定位系统是各行各业和组织在许多不同部门中非常有用且可靠的工具。当我们谈论日常生活中使用 GPS 的人时，包括测量师、科学家、飞行员、船长、急救人员以及在矿山和农业领域工作的人员。这些人使用 GPS 进行正确的测量或地图绘制、完全的时间管理、情况或位置的把握以及正确的路线导航。

GPS 最好的地方在于它在任何天气下都能工作，无论时间、月份或日期如何。但是，以下是一些 **全球定位系统的主要用途。**

1. 位置
   它有助于确定一个人的位置。
2. 导航
   它有助于从一个地方引导到另一个地方。
3. 追踪
   它有助于监控事物或个人行为。
4. 映射
   它有助于绘制世界或特定地点的地图。
5. 时机
   借助 GPS，我们可以找出准确的时间。
6. 紧急响应
   有时在发生紧急情况或自然灾害时，GPS 可以预测天气、管理时间并跟踪事物。在欧盟和俄罗斯等国家，E-call 法规依赖于 GLONASS 技术，这是 GPS 服务的替代方案。它有助于在交通事故情况下发送紧急服务，从而减少响应时间。
7. 娱乐
   GPS 在各种娱乐方式中都很有帮助。许多游戏，如 Pokémon Go、Geocaching、Pubg 等，都使用 GPS 提供服务；此外，许多与娱乐相关的应用程序也使用 GPS 来提供更好的服务。
8. 健康与健身
   许多应用程序，如智能手表和其他相关的可穿戴技术，有助于追踪用户的健康状况，它们还可以帮助追踪您的步数和心率。它追踪计数和运动时间。
9. 建筑、采矿和越野卡车运输
   GPS 有助于测量和改进资产位置。GPS 还有助于减少停机时间；帮助找到被盗设备并减少事故，控制燃油使用和成本。在许多国家，GPS 服务用于建筑，跟踪设备使用情况，妥善维护设备，并跟踪盗窃设备。
10. 交通
    GPS 作为许多跟踪系统中的支持性设备，以提高安全性和效率。它跟踪燃油效率、路线优化、驾驶员安全和满意度。

全球定位系统在农业和工业的各个领域都非常有帮助。

GPS 的未来用途是什么？

多年来，各国和科学界一直在不断努力改进 GPS，并不断进行必要的更改和更新。GPS 服务正成为最新技术的重要组成部分，在未来，这些是他们在全球定位服务领域尝试做出或增加的一些主要改变。

• 他们正努力使 GNSS 服务变得更小、更精确、更有条理。GNSS 技术预计将更具成本效益。
• 科学家和其他技术部门正试图增加“自然灾害预防”功能，以分析地震、火山等。
• 在 covid19 的情况下，科学家们正试图增加一项功能，以跟踪病毒的传播是在放缓还是在增加。
• 他们正试图发射新的卫星，这将有助于提高 GPS 的精确度，或在 2023 年之前改进导航系统和时间计算组件。
• 他们正试图制造新的 GPS 卫星，使其更强大，信号拥堵更少，并覆盖信号盲区。
• NASA **（美国国家航空航天局）** 正在努力使其在宇航员的长途旅行中更有效率和更有帮助。
  NASA 和其他科学家正在努力使其对所有个人和专业用途都更加精确和高效。

G.P.S. 和 GNSS 服务之间有什么区别？

GPS 只是 GNSS 的一个子集，但 GPS 和 GNSS 的主要区别在于接收器。GPS 系统的接收器只能免费使用或读取 GPS 卫星的信号，而 GNSS 接收器可以同时使用 GPS 和 GLONASS 甚至两个以上的系统。

两者的另一个区别在于卫星，因为 GNSS 系统有 60 颗卫星。然而，只需要三颗卫星就可以实现跟踪，因此 GNSS 为接收器提供了许多选择，这使得该服务更安全、更清晰，而 GPS 服务目前只有 12 颗卫星。

GNSS 服务比 GPS 服务更精确，但 GNSS 服务更昂贵，而 GPS 则易于提供且非常经济实惠。与 GPS 服务相比，GNSS 的功耗更高。

GPS 系统的精度如何？

全球定位系统的精度不是固定的。它取决于许多变量，如环境、物理障碍物等。一些可能改变或影响 GPS 精度因素如下：

• 物理障碍
  一些被群山、建筑物和树木覆盖的区域可能充当物理障碍，这会减慢 GPS 服务。
• 大气影响
  大风暴或多风季节，或任何自然灾害都可能影响 GPS 卫星并减慢跟踪速度。
• 星历
  这种情况很少发生，但有时轨道模型可能过时或未更新。
• 数值计算错误
  有时设备可能会出现计算错误或设计不当，或者在硬件设计上存在一些问题。
• 人为干扰
  有一些专门设计的干扰设备可以阻止 GPS 跟踪位置或停止全球定位系统的工作。
• 选择性可用性
  美国国防部出于对其部队安全的考虑，应用了选择性可用性功能，以便敌人无法获取军队的位置，但这降低了 GPS 的精度。后来，政府于 2000 年停止了此功能，这提高了公共设备精度的水平。
• 卫星遮挡
  有时，卫星因密集或紧凑的编队而无法良好工作；当位于更宽阔的位置时，它工作得更好。
• 信号多径
  有时，由于山丘或岩石等障碍物，信号会遇到问题，信号会改变路径，这可能导致全球定位系统的不精确。

有时，一些高楼林立的区域和拥挤的区域也会阻挡信号或在捕获网络时遇到问题，这可能导致性能下降或精度降低。

• 与此主题相关的 **一些重要定义**
  什么是 GNSS 服务？
  当 GPS 卫星开始具有全球覆盖范围时，它就被称为 GNSS（全球导航卫星系统）。在 GNSS 系统中，许多 GPS 系统在全球范围内协同工作。
  什么是 GPS 信号？
  GPS 卫星依靠至少两个短功率无线电信号工作。这些信号沿着视线传播，这意味着它们可以穿过云层、树木和其他物体。但是，这些信号在穿过山脉或高楼等固体物体时会遇到问题；然而，如今，传输的信号更加灵敏，可以轻松穿过建筑物。