GPS是如何工作的（可能比你想知道的還要多）

　　從1994年開(kāi)始，地球上空就出現(xiàn)了24顆GPS衛(wèi)星，他們被分成了六組，在1.3萬(wàn)英尺的高空中圍繞地球飛行。它們是同步軌道衛(wèi)星，但并不是靜止的，而是以每小時(shí)8千英里的速度從西向東飛行，每天可以繞地球兩次。每顆衛(wèi)星上搭載了原子鐘，并且不斷報(bào)告：

　　偽隨機(jī)碼：每顆衛(wèi)星的ID

　　星歷數(shù)據(jù)：當(dāng)前日期和時(shí)間，衛(wèi)星是否健康或不健康（“不健康”可能意味著衛(wèi)星正在重新定位或重新校準(zhǔn)，不是指它飛走了）

　　年鑒數(shù)據(jù)：定位衛(wèi)星在什么時(shí)間到達(dá)什么位置的數(shù)據(jù)（每個(gè)GPS衛(wèi)星都有年鑒數(shù)據(jù)）

　　GPS內(nèi)部的接收器會(huì)從衛(wèi)星捕捉到達(dá)時(shí)間（TOA）和飛行時(shí)間（TOF）。給定光速（恒定），以及信號(hào)在什么時(shí)候、什么地方發(fā)生，GPS接收器便會(huì)計(jì)算出你的車、你的便攜式導(dǎo)航儀、徒步GPS，或是智能手機(jī)在地球上哪個(gè)位置。當(dāng)設(shè)備沿著高速公路移動(dòng)，它還會(huì)計(jì)算行駛速度和羅盤(pán)航向，不過(guò)GPS的速度通常會(huì)比汽車?yán)锍瘫盹@示的時(shí)速慢幾英里。行駛數(shù)據(jù)會(huì)呈現(xiàn)在導(dǎo)航系統(tǒng)里。衛(wèi)星信號(hào)從地球大氣層從40-600英里高空穿過(guò)電離層，會(huì)產(chǎn)生延遲；而GPS系統(tǒng)會(huì)應(yīng)用校正因子。

　　一般而言，我們需要三個(gè)GPS信號(hào)來(lái)確定（三角定律）接收器的位置，然后用第四個(gè)信號(hào)來(lái)計(jì)算高度。當(dāng)然，接收器接收的衛(wèi)星數(shù)量越多（最多應(yīng)該是十二個(gè)，因?yàn)橐还捕念w衛(wèi)星，另外十二個(gè)在地球的另一邊），定位的質(zhì)量就會(huì)越高。如果原子時(shí)鐘不準(zhǔn)確，或是其他不準(zhǔn)確的信息進(jìn)入，GPS可以進(jìn)行修正。

　　第一顆GPS衛(wèi)星是在1978年發(fā)射升空的，目前很多GPS衛(wèi)星都能很好地運(yùn)行，工作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)十年。他們的重量約為2千磅（按地球上重量計(jì)），如果算上支持衛(wèi)星動(dòng)力的太陽(yáng)能電池板的話，長(zhǎng)度可以達(dá)到17英尺。這些衛(wèi)星的發(fā)射器能超過(guò)產(chǎn)生不到50瓦特的輸出，當(dāng)然，很多新的衛(wèi)星也在開(kāi)發(fā)，發(fā)射，全世界很多國(guó)家現(xiàn)在都有自己的GPS衛(wèi)星。

　　更加新一些的GPS系統(tǒng)（接收器在地球上）定位會(huì)更加準(zhǔn)確，而且能夠定位更小的對(duì)象，價(jià)格也更便宜，它們甚至還能定位室內(nèi)GPS接收器。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局曾經(jīng)展示過(guò)一個(gè)芯片，它比一美分硬幣還要小，但是卻內(nèi)置了三個(gè)陀螺儀，三個(gè)加速度計(jì)，以及一個(gè)內(nèi)置時(shí)鐘（見(jiàn)上圖）。還有其他一些研究人員開(kāi)發(fā)了很多技術(shù)，目的是提升GPS計(jì)時(shí)功能和衛(wèi)星時(shí)鐘的準(zhǔn)確度。這些研究的主要目的，是讓昂貴的GPS系統(tǒng)能夠進(jìn)一步提升準(zhǔn)確度，并且能夠把這種準(zhǔn)確度應(yīng)用在普通人的汽車中控系統(tǒng)里面。