美国的全球定位系统GPS
作者 高飞 | 2008-03-05 17:12 | 类型 专题分析 | 1条用户评论 »
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GPS的全称是Global Positioning System。美国的GPS系统利用至少24颗中地球轨道卫星来传输微波信号。一个GPS接收机能根据这些微波信号来计算其所处的位置、速度、方向、以及时间。一个典型的GPS接收机需要至少四颗卫星的信号来计算精确位置——需要四颗卫星的原因是GPS需要精确时间来进行计算。简单的说，接收机需要四个度量值来对四个变量求解；这四个变量是描述空间位置的坐标x，y，z以及描述时间的坐标t。求解后这些变量再转换成用户能读懂的格式，比如经度、纬度，或者地图上的某个位置。 每颗GPS卫星都配备原子钟，并不停的发送消息——每条消息的开头都是当前的精确时间戳，消息的内容包括计算卫星位置的参数（即天体位置表，ephemeris）、以及标识当前系统正常工作的信号。微波信号的传输速度是固定的——外太空是光速，大气层略低于光速。接收机能够利用接收到消息的时间，对比消息里的时间戳来计算其相对该卫星的距离。利用三角学和几何学的原理，四个这样的距离值就可以精确确定接收机的位置。 尽管一个GPS接收机需要收到四颗卫星的信号进行正常计算，某些特殊的情况下也可以不需要这么多。比如，如果某个变量已知，接收机就只需要三颗卫星的信号。最简单的例子就是在海平面上的船只，其海拔高度是零。实际应用中，当接收机无法找到四颗卫星时，还可以利用其他的信息，比如卫星信号的多普勒频移、上次已知的位置、航位推测、惯性导航等等，来提供不那么精确的计算结果。 GPS系统由美国国防部开发，其官方名字是NAVSTAR GPS。有趣的是，这里的NAVSTAR不是什么机构的缩写，而是由当时GPS预算计划的关键人物John Walsh取的一个名字。目前GPS的卫星体系由美国空军50th Space Wing管理，维护该系统的年度预算是七亿五千万美元，包括旧星替换和研发工作。1983年高丽航空公司的007航班（波音747客机）被苏联战斗机击落后，当时的美国总统里根签署法令要求GPS系统开放民用。自那以后，GPS已经在世界范围内广泛应用于导航、地图、搜索、商务以及科学研究。GPS也在许多应用中提供精确时间，比如地震研究和电信网络的同步。
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雁过留声
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