什麼是全球定位系統？

什麼是全球定位系統？

GPS，是一個全球導航衛星系統，可以提供定位、速度和時間同步功能。

GPS無處不在，我們生活中有很多它的身影。我們的汽車、智慧型手機、手錶。它幫助我們知道我們具體在某個地方，從A點到B點。什麼是GPS？閱讀本文知道它的歷史和未來發展的信息，學習它的工作原理。

什麼是GPS,它是如何工作的？

GPS是一個導航系統，利用衛星和接收器通過計算去同步海陸空的定位、速度和時間。該衛星系統由在六個以地球為中心的軌道平面上的24個衛星組成。每一個軌道平面有四個衛星，在20000公裡的地球上方，以14000公裡/時的速度運行。

然而我們提供我們地球表面定位只需要3顆衛星。第四顆衛星經常用於驗證其他3個衛星的信息。第四顆衛星也到我們進入第三維，允許我們計算設備的高度。

GPS的三要素是什麼？

GPS由三個不同的不同的組成部分（或稱為段），它們一起工作提供定位信息。

GPS的三個段分別是：

空間（衛星）-衛星圍繞著地球旋轉，根據地理位置和一天中的時間向用戶發送信號。

地面控制-控制段由地面監控站、主控制站和地面天線組成。控制活動包括跟蹤和操作太空中的衛星和監視傳輸。地球大陸分布著很多的監控站，包括北美洲、南美洲、非洲、歐洲、亞洲和澳洲。

用戶設備-GPS接收器和發送器，像手錶、智慧型手機和電子設備。

GPS是怎麼工作的？

GPS通過三邊測量的技術進行工作。三邊測量用於測量位置、速度和高程，從衛星收集信號並輸出位置信息。它經常被誤認為是三角測量，用於測量角度而不是距離。

圍繞地球運轉的衛星發送的信號由地球表面或附近的GPS設備讀取並解釋。要計算位置，必須要求一個GPS設備至少可以讀取四個衛星的信號。

系統網絡中的每顆衛星每天會圍繞地球轉兩周，每一顆衛星會發送一個獨一無二的信號，軌道參數和時間。在任何一個給定的時刻，GPS設備可以讀取6顆甚至更多衛星的信號。

單個衛星會發射一個微波信號被GPS設備接收，用於計算GPS設備到衛星的距離。由於GPS設備只能提供到衛星的距離，因此單個衛星無法提供更多的位置信息。 衛星不能發出關於角度的信息，因此GPS設備的位置可以在球體表面的任何位置。

當一個衛星發送一個信號，它會創造一個GPS設備到衛星的距離半徑的圓。

當我們添加第二個衛星時，它會創造第二個圓，並將位置縮減到圓相交的兩個點之一。

當我們使用第三顆衛星時，設備的位置將最終被確定，便是三個圓的交點。

我們生活在一個三維的世界，意味著每個衛星所創造的是一個球體，不是一個圓，三個球體相交產生的兩個交點，我們選擇距離地球更近的那個點。

下面是衛星測距的圖片：

隨著設備的移動，半徑（到衛星的距離）也隨之改變。當半徑改變時，新的球體就會產生，給我們一個新的位置。我們將這些數據與衛星的時間相結合來確定速度，計算我們到目的地的距離和預計到達時間。

GPS能用於什麼？

對於不同的行業和組織來說，GPS是一個很強大和可靠的工具。測量員、科學家、飛行員、船長、急救人員以及採礦和農業人員，他們的日常工作都要用到GPS。他們使用地圖和利用GPS進行準確的勘測，進行精確的時間測量，跟蹤或進行導航定位。GPS可以在幾乎任何的天氣狀況下進行工作。

這是GPS的5個主要應用：

1-定位，確定位置

2-導航，從一個位置到另一個位置

3-跟蹤，監視物體或個人位置

4-地圖，創造一個世界地圖

5-定時，可以進行精確的時間測量

下面是一些GPS應用的事例：

緊急救援：在一些緊急或自然災害中，救援人員利用GPS進行地圖定位，查詢並預測天氣，進行救援行動。在歐洲和俄羅斯，自動緊急呼叫系統（ecall）法規依靠格洛納斯定位系統和遠程處理技術在發生車輛碰撞時發送數據至緊急服務中心，縮短響應時間。

娛樂：GPS可以整合到神奇寶貝和尋寶遊戲等遊戲中。

健康：智慧型手機和可穿戴工具可以跟蹤健身活動，例如跑步。

建築、採礦：從定位設備到提高分配效率，GPS增加公司收益。

交通：後勤公司執行遠程信息處理系統提高司機的效率和安全，一個卡車定位設備可以支持路線優化、提高燃料使用率、司機安全和合規性。

其他用於GPS的行業：農業、自動駕駛、銷售和服務、軍隊、移動通信、安全和漁業等。

GPS的精確度怎麼樣？

GPS設備精度取決於很多因素，例如可用通信衛星的數量、電離層、城市環境等。

一些因素可以阻擋GPS的精度：

物理障礙：抵達時間的估值可能因為巨大的物體如山體、建築、樹或其他。

大氣影響：電離層的延遲，風暴覆蓋或太陽風暴影響GPS設備。

星曆表：衛星的運轉軌道不正確或已經過期儘管這種情況變得很罕見。

數值計算錯誤：當設備硬體不符合規範時，這也可能是一個影響。

人為幹擾：這些包括GPS幹擾或欺騙。

沒有相鄰的高樓大廈阻擋信號的空曠地區，精度往往會變得更高，這種效應被稱為城市峽谷。當一個設備被大的建築物所包圍時，例如在上海或者北京市中心，首先衛星的信號被阻擋，然後從建築物反彈，最終被設備讀取。這個可能造成衛星對於距離的誤算。

幸運的是，很多關於GPS的技術問題已經被驗證，正在被逐步解決。高質量的接收器在95%的情況下提供高於2.2米的水平精度，在99%的情況下提供高於3米的精度。

關於GPS的簡略歷史

幾千年來，人類就已經開始使用太陽、月亮、星星以及後來用的六分儀進行導航。最為出名的便是四大發明之一的指南針，可謂是為眾人所知曉。GPS是20世紀科技的進步，通過太空技術進行實現的。

1957年蘇聯的Sputnik 衛星的成功發射讓地理定位有了可能，不久之後美國國防部開始將此項技術用於潛艇導航。

在1983年，美國政府公開了GPS,但是還沒有進行民用。直到2000年，公司和普通民眾才開始有權限使用GPS,最終為GPS的進一步發展鋪平了道路。

目前世界上的全球定位系統

1-美國的GPS定位系統，該系統由美國政府於1970年代開始進行研製，1978年2月首次發射，並於1994年全面建成。使用者只需擁有GPS接收晶片即可使用該服務。GPS信號分為民用的標準定位服務（SPS，Standard Positioning Service）和軍用的精確定位服務（PPS，Precise Positioning Service）兩類。由於GPS無須任何授權即可任意使用，原本美國因為擔心敵對國家或敵對組織會利用GPS對美國發動攻擊，故在民用訊號中人為地加入選擇性誤差（即SA政策，Selective Availability）以降低其精確度，使其最終定位精確度大概在100米左右；軍規的精度在（6～0.3米）以下。2000年以後，比爾·柯林頓政府決定取消對民用訊號的幹擾。因此，現在民用GPS也可以達到（6～0.3米）左右的定位精度。

2-俄羅斯的格洛納斯衛星定位系統，格洛納斯（GLONASS），是俄語「全球衛星導航系統GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM」的縮寫。該系統最早開發於蘇聯時期，後由俄羅斯繼續該計劃。俄羅斯 1993年開始獨自建立本國的全球衛星導航系統。該系統於2007年開始運營，當時只開放俄羅斯境內衛星定位及導航服務。到2009年，其服務範圍已經拓展到全球。該系統主要服務內容包括確定陸地、海上及空中目標的坐標及運動速度信息等。

3-中國的北鬥衛星導航系統，中國北鬥衛星導航系統（英文名稱：BeiDou Navigation Satellite System，簡稱BDS）是中國自行研製的全球衛星導航系統，也是繼GPS、GLONASS之後的第三個成熟的衛星導航系統。北鬥衛星導航系統（BDS）和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO，是聯合國衛星導航委員會已認定的供應商。 2020年6月23日，北鬥三號最後一顆全球組網衛星在西昌衛星發射中心點火升空。

像日本和印度也在建設自己的導航系統，日本的準天頂衛星系統（QZSS）和印度區域導航衛星系統（IRNSS）方面也進展順利。不過目前就規模而言都只是區域性的系統，還不具備全球規模的使用。

GPS未來的發展

各國繼續建立和改進其GPS系統。全球正在努力提高準確性，並提高可靠性和GPS功能。

例如：

預計接收器將變得更小，更準確，更高效，並且技術有望滲透到成本最敏感的GPS應用中。

科學家和救援人員正在尋找在地震，火山噴發，下沉或雪崩時使用GPS技術進行自然災害預防和分析的新方法。對於COVID-19大流行，研究人員正在研究使用手機位置數據來幫助進行聯繫人追蹤，以減慢病毒的傳播速度。

對於個人和企業使用，GPS跟蹤的未來可能會更加準確和有效。

https://www.geotab.com/blog/what-is-gps/此為原文連結，大家有興趣可自行查看。