全球定位系统

它是如何工作的

一个GPS装置从围绕地球轨道的太空卫星上获取无线电信号。有31颗卫星在地球上空20,200公里（12,600英里）处。轨道周期为11小时58分钟。由于地球的半径，每个圆圈的半径为26,600公里（16,500英里）。在远离北极和南极的地方，一个GPS装置可以同时接收6到12颗卫星的信号。每颗卫星都包含一个原子钟，每天由北美防空司令部精心设置数次。

无线电信号包含关于卫星的时间和位置的信息，包括其星历。GPS接收器从信号发送的时间中减去当前的时间。这个差值就是信号发送的时间。时间差乘以光速就是与卫星的距离。GPS装置使用三角学来计算它在每个卫星的位置和距离。通常至少要有四颗卫星才能解决几何方程式。一个GPS接收器可以在一秒钟内多次计算出它的位置。

许多廉价的消费者接收器几乎在地球上任何地方都能精确到20米（66英尺）。

一个GPS设备通常也能计算出它的当前速度。廉价的如手机中的GPS是通过比较目前的位置和最近的位置来计算的。昂贵的，如客机中的，使用多普勒效应，非常精确。

GPS卫星在四个平面上环绕地球，加上赤道上空的一组卫星。这里的蓝色卫星对北纬45°的GPS接收器来说是可见的。红色卫星被地球挡住了。

历史

自20世纪中期以来，各种无线电导航系统一直在使用。在1960年代，实验将无线电发射器放在卫星上。1970年代，美国空军设计了一个新的系统，起初叫Navstar。它成为全球定位系统，只由美国军方使用。1983年，罗纳德-里根总统发布命令，允许任何人使用该系统，尽管它还太小，没有多大作用。最高精度的信号是加密的，只有武装部队可以使用它，但在20世纪90年代，它被暂时解密，在世纪之交，这被永久化了。

有些GPS接收机是独立的装置，有自己的电源和显示屏。这些是20世纪的大多数。当时的军用接收机只显示地理坐标，或者有些接收机没有显示，只把坐标给另一台机器。

现在，大多数GPS接收器都是手机的一部分，还有许多内置在手表、汽车和其他设备中。手机的GPS部分很小，通常很差，但手机也使用移动基站和Wi-Fi信号来帮助。

其他系统

还有其他以同样方式行事的系统。一个是由俄罗斯投放到太空的，叫做格洛纳斯。另一个尚未完成的是以伽利略命名的，由欧洲联盟建造。