GPS实际工作原理

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我们已经生活在未来。 我们有手持设备,使用卫星精确定位我们在地球上任何地方的精确位置。 但你有没有想过GPS是如何工作的?

GPS设备实际上不接触卫星并向它们发送信息。 它们只接收来自卫星的数据 - 始终传输的数据。 然而,GPS不是设备可以确定您的位置的唯一方式。

图片来源: NASA

从卫星到你的手掌

全球定位系统最初是由美国为军事用途创建的,但最终开放供民用。 至少有24颗GPS卫星总是围绕地球轨道,他们不断地在广播数据。

卫星被布置在轨道上,使得四个卫星在地球上的任何点在天空中可见。 (你实际上看不到它们,但是有无线电传输的直接路径。)这意味着如果信号被阻挡,GPS将不工作 - 你将需要一个相当直接的路径在你和天空之间。 在地下掩体或在山下的洞穴里,它不会工作。

GPS卫星不断向地球发射无线电信号。 每个传输包括GPS卫星的位置和信号被发送的时间。 每颗卫星都有一个原子钟,所以时间非常精确。

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图片来源: Flickr上悬崖

GPS如何确定您的位置

具有内置GPS的设备 - 无论是专用的车载GPS导航单元还是智能手机 - 仅用作GPS接收器。 具有GPS的设备实际上不是“接触”卫星以确定其位置。 相反,它只是监听从这些卫星始终广播的无线电信号。

GPS接收器“监听”来自四个或更多个卫星的信号。 来自较近卫星的信号将较早到达,而来自较远卫星的信号将较晚到达。 (实际时间差非常小,但可以由GPS接收机检测。)通过比较广播信号的时间和信号到达的时间,接收机可以估计其与所有四个卫星的相对距离。 使用三边测量,接收器然后可以确定其位置。

三边可能听起来有点复杂,但它实际上是相当简单的。 想象一下,如果有人告诉你,你距离纽约有500英里,距离迈阿密有800英里,距离堪萨斯城有700英里。 使用此信息,您可以确定距所有这些城市的正确距离的区域,并估计您当前的位置。 如果我们告诉你你距离第四个城市,你可以更准确地估计你的位置。 这是一个简单的三边形,这是什么GPS接收器做什么,当你使用它们。

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图片来源: 阿尔法在Flickr

GPS的替代品

GPS不是设备可以估计您当前位置的唯一方式。 911服务使用蜂窝塔强度信息来对移动电话的位置进行三角测量。 这种工作方式类似 - 通过测量多个信号塔之间的信号强度差异,您的设备可以估计您当前的位置。

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一些设备还可以使用基于Wi-Fi的定位系统(WPS)来确定其当前位置。 Google的街景卡车开车,捕获附近接入点的名称及其在某些位置的相对优势。 智能手机扫描附近的无线网络,然后向Google的服务器发送其名称和信号强度的列表。 Google会使用其数据库并估计您的所在位置。 (谷歌不是唯一的基于Wi-Fi的定位系统数据提供商,但它是大多数人都会熟悉的。)这在室内位置可能特别方便GPS信号无法达到。

GPS系统不是唯一可用于定位的卫星网络。 俄罗斯有自己的GLONASS系统,中国有BDS。 欧洲也在开发自己的替代GPS,被称为伽利略。 GPS可能在战争或冲突时期被关闭或限制,所以各国希望自己的卫星是自给自足的。

图片来源: 理查德·史密斯在Flickr


GPS本身不是隐私问题 - 例如,如果您的汽车有一个旧的GPS单元,它可能不能传输您的位置。 然而,当与传输技术相结合时,GPS可以是隐私关注点。 GPS跟踪设备不仅使用GPS接收机 - 它们存储GPS数据以供稍后检索或发送GPS数据。

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