什麼是全球定位系統(GPS)?

在汽車所使用的導航系統、Google地圖等導航App,都需要依靠GPS定位,從A點移動到B點。但是GPS究竟是什麼?以及它是如何運作的呢?

什麼是全球定位系統(GPS)

全球定位系統(GPS)是美國政府所擁有的導航系統,由以下三個主要部分所組成:

  • 太空端:由至少31顆衛星組成的導航系統,其中24顆(或者更多顆衛星)通常處於飛行與運作狀態。這些衛星在12,550英里的高度在地球衛星軌道上飛行,每一顆衛星通常一天繞行地球兩圈。
  • 控制端:一個由控制站所組成的國際網絡,用於追蹤、監控與維護衛星在軌道上正常運行。這些控制站還可以向衛星發送數據或者是指令。控制端由16個監視站、2個主控制站(1個主控制站、1個備用控制站 )和11個指令發送天線(4個地面天線和7個空軍衛星控制網絡遠程追蹤站)所構成。
  • 用戶端:是面對一般民眾與個人的GPS的設備(又稱為GPS接收器)的用戶端,因爲GPS接收器從衛星接收到訊號,可以計算出用戶實際所在的位置。

 

GPS的發明者是誰?

GPS的發明主要歸功於伊萬·蓋特、布拉德福德·帕金森、羅傑·L·伊斯頓和格拉迪斯·韋斯特。

根據萊梅森-麻省理工學院的消息,最開始蓋特將GPS設定爲「為了導彈、飛機等快速飛行器具所開發的精密定位衛星系統」。

帕金森對GPS的貢獻是開始於1972年,當時他擔任了美國國防部GPS計劃的領導人。在擔任這項任務的期間,帕金森開始執行了他獨創的想法。

1978年,被稱爲「導航星GPS系統」的帕金森的GPS開發項目,在距離3公尺之內被開發完成了。

羅傑·L·伊斯頓也對GPS的發展做出了了不起地貢獻,他被稱爲「GPS之父」。伊斯頓的貢獻是解決與追蹤衛星的相關問題。

爲了使跟蹤衛星定時同步,伊斯頓開發了將時鐘安裝在衛星上以時間為標地的導航系統,以便更準確地計算出用戶在地面上正確的位置。

伊斯頓將這個系統稱之爲「定時」,美國國防部最終將此功能納入全球定位系統的開發中。

最後,數學家格拉迪斯·韋斯特也對GPS的發展做出了貢獻。韋斯特的貢獻是開發了地球模組,該模組解釋了重力和其他力量所導致的地形變化。韋斯特的地球模組被廣泛認爲是GPS計劃的重要基礎。

 

GPS的功能和操控方法?

全球定位系統是依賴支援GPS設備的GPS衛星和接收器之間的關係。根據GPS技術企業Garmin的消息,全球定位系統在GPS衛星發送「GPS裝置能夠解碼並計算衛星的正確位置的固有訊號和軌道參數」加以運行。

以此數據傳送,GPS裝置能夠透過測定接收信號所需要的時間來計算使用者的所在位置。然後,將該計算與來自其他衛星的距離測量相互結合。

爲了正確的計算使用者的經緯度,GPS裝置必須接收來自至少3顆衛星的訊號。如果要再計算所在位置海拔高度,至少需要4顆衛星的信號。

大多數的GPS接收器接收與追蹤至少8個衛星的訊號,但數字可能會因為位置和時間而有所差異。

根據GPS.gov的消息,全球定位系統由美國空軍負責維護和營運。美國空軍「開發、維護、營運」了全世界24個衛星和控制站。

 

關於GPS系統的更多應用

GPS不只是爲了找到回家的路,GPS的其他用途還包括:

  • GPS手錶:GPS手錶可用於追蹤兒童、寵物和老人等。
  • GPS控制無人機:用於拍攝電影中的鳥瞰圖,GPS還應用於影視產業的外景拍攝。
  • 使用地理緩存:將項目隱藏在特定位置後,在線上傳送地圖,讓其他人使用GPS進行搜索。
  • 電力公司可能會使用GPS追蹤停電的情況。

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