礦泉水

2020年6月23日9時(shí)43分，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，我國北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最后一顆“收官之星”發(fā)射升空。隨著衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，也正式宣告發(fā)射成功。至此，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的55顆衛(wèi)星全部發(fā)射入網(wǎng)。GPS全名叫“Global ?Positioning ?System”，即全球定位系統(tǒng)，最早起源于美國的軍事項(xiàng)目。中國的北斗、美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐盟的伽利略，這4套全球定位系統(tǒng)的原理基本是一樣的。我們除了可以用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航，引導(dǎo)我們到某地，還可用于應(yīng)急通訊、地理測繪、呼叫指揮等。

大家可能不知道，其實(shí)GPS除了可以定位，還可以授時(shí)，也就是告訴你準(zhǔn)確的時(shí)間。比如我們這里有一輛帶有GPS接收機(jī)的汽車，假設(shè)我們不知道這輛汽車的空間坐標(biāo)、、，也不知道它的時(shí)間坐標(biāo)。

但是，我們可以從衛(wèi)星接收一些信息。衛(wèi)星內(nèi)部有星歷，知道自己準(zhǔn)確的空間坐標(biāo)、、，同時(shí)因?yàn)樾l(wèi)星有精確的原子鐘，我們也可以得到一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)間，衛(wèi)星會把這些信息發(fā)送給汽車。

坐標(biāo)和時(shí)間其實(shí)是有一定的聯(lián)系的，通過坐標(biāo)或通過時(shí)間，我們都可以算出GPS接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離，也就是下圖中汽車與衛(wèi)星之間線段的長度。通過坐標(biāo)計(jì)算距離就是用勾股定理，設(shè)汽車到衛(wèi)星距離為，則，開平方后可得。

我們再通過時(shí)間來求出汽車到衛(wèi)星的距離，即信號傳輸?shù)乃俣瘸艘孕盘杺鬏數(shù)臅r(shí)間，也就是，其中為光速，我們?nèi)　Ｎ覀兺ㄟ^以上兩種方式算出的距離，實(shí)際上它們是相等的，所以我們會得到這個(gè)方程：。

在這個(gè)方程里，有4個(gè)未知數(shù)、、和，根據(jù)我們學(xué)過的數(shù)學(xué)知識，通過這一個(gè)方程我們是不能解出這4個(gè)未知數(shù)的，我們需要4個(gè)這樣的方程才可以解。因此，汽車再接收3個(gè)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，我們就可以得到另外3個(gè)方程，最終我們就可以解出、、和。

所以，GPS接收機(jī)至少要通過4顆衛(wèi)星才能確定自己的空間坐標(biāo)和時(shí)間坐標(biāo)。而且，如果想要得到更穩(wěn)定、更好的信號的話，還需要提升GPS衛(wèi)星數(shù)量以達(dá)到信號的有效覆蓋總面積上升，實(shí)現(xiàn)“無縫覆蓋”。

GPS衛(wèi)星定位最不好解決的問題就是誤差，因?yàn)樾盘栐趥鬏數(shù)臅r(shí)候，受大氣等因素的影響，速度哪怕慢一丁點(diǎn)，誤差都比較大。想要減少誤差，我們就要用差分GPS這項(xiàng)技術(shù)，它可以大大提高GPS的定位精度。在與汽車相對較近的已知坐標(biāo)點(diǎn)上布放一個(gè)GPS基準(zhǔn)站，它也可以接收到為汽車提供位置信息的衛(wèi)星的信號，根據(jù)這些信號算出坐標(biāo)值，與已知的固定坐標(biāo)比較，得出坐標(biāo)的偏差量，然后將偏差量或者實(shí)時(shí)測得的載波相位，通過數(shù)傳鏈路或移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給汽車，汽車再根據(jù)接收到的信息進(jìn)行修正。

·為什么GPS衛(wèi)星不會“累”？·

許多人有這樣一種誤解，認(rèn)為地球上有那么多設(shè)備都在同時(shí)使用GPS定位，GPS衛(wèi)星處理得過來嗎？GPS衛(wèi)星難道不會“累”嗎？

實(shí)際上，并不是GPS衛(wèi)星處理全球的位置請求，而是設(shè)備接收到衛(wèi)星信號之后，自己通過算法實(shí)現(xiàn)定位，即所謂的“被動定位”。簡單地說，不是設(shè)備問衛(wèi)星：“我在哪？現(xiàn)在幾點(diǎn)？”而是衛(wèi)星不停在廣播：“我在這里，現(xiàn)在時(shí)間是XXX！”即GPS衛(wèi)星只負(fù)責(zé)發(fā)射信號，設(shè)備只負(fù)責(zé)接收信號，二者之間是沒有其他交流的。