最近一段時(shí)間，關(guān)于GPS全球定位系統(tǒng)的話題又火熱起來(lái)，特別是關(guān)于帶有定位模塊的手機(jī)與專業(yè)GPS導(dǎo)航儀之間的討論讓持幣待購(gòu)的消費(fèi)者難以選擇。那么，我們?cè)谶M(jìn)行選擇之前可以進(jìn)行一下基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，究竟是通過(guò)怎樣的技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)精確定位？下面，本編就和大家一起來(lái)探討GPS的歷史、發(fā)展、工作原理和今后可能的發(fā)展方向。
全球定位系統(tǒng)的種類和發(fā)展歷史
首先，在世界上可以提供精確定位的全球定位系統(tǒng)有四種，分別為：美國(guó)GPS全球定位系統(tǒng)、中國(guó)的北斗定位系統(tǒng)、俄羅斯的Glonass定位系統(tǒng)和歐盟正在建設(shè)的伽利略定位系統(tǒng)。但是，目前后三種定位系統(tǒng)還沒(méi)有建設(shè)完善，距離實(shí)際應(yīng)用還有很長(zhǎng)的一段路要走，F(xiàn)在只有美國(guó)的GPS全球定位系統(tǒng)已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用，我們可以使用的設(shè)備都是基于此系統(tǒng)的。因此，下面將著重介紹該系統(tǒng)。
其次，GPS全球定位系統(tǒng)是美國(guó)政府與20世紀(jì)70年代就開(kāi)始研制建設(shè)的，并與1994年全面建成，投入使用。其采取了廣播的方式來(lái)散發(fā)信號(hào)，因此終端用戶只需要擁有一臺(tái)終端設(shè)備就可以使用該系統(tǒng)，無(wú)需付費(fèi)。該系統(tǒng)具備了很多優(yōu)點(diǎn)：例如全天候使用、高達(dá)98%的全球覆蓋率等等。
最后，美國(guó)在實(shí)際設(shè)計(jì)該GPS系統(tǒng)的時(shí)候，采用了將21+3顆衛(wèi)星的分布方式，每7顆衛(wèi)星加一顆備用衛(wèi)星處于互成30度的6條軌道上。在此之前曾經(jīng)一再修改方案，從24顆衛(wèi)星放置到互成120度的三條軌道的方案，轉(zhuǎn)為18顆衛(wèi)星分布在互成60度的6條軌道上，最后在1988年才最終確定21+3的分布方式。
GPS定位系統(tǒng)的工作原理
到底衛(wèi)星信號(hào)中包含什么樣的信息才能幫助我們準(zhǔn)確的定位呢？并且要經(jīng)過(guò)怎樣的處理才能完成最終的運(yùn)算呢？其實(shí)非常的簡(jiǎn)單，衛(wèi)星信號(hào)中所包含的信息大致包括衛(wèi)星的星圖軌道信息和精確無(wú)比的時(shí)間信號(hào)，通過(guò)速度時(shí)間與距離的公式，再輔助上四點(diǎn)定位的原理就可以確定用戶的位置了。
因此，我們只需要知道兩個(gè)信息就足夠了：
1、衛(wèi)星的精確位置；
2、衛(wèi)星與我們之間的距離。
首先，怎樣才能準(zhǔn)確的知道衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置呢？我們要有非常完美的軌道設(shè)計(jì)，并且在地面設(shè)立監(jiān)測(cè)站，不斷的檢測(cè)衛(wèi)星的運(yùn)行狀態(tài)，并且適時(shí)發(fā)送指令來(lái)保證衛(wèi)星運(yùn)行在預(yù)定的軌道上面。最后將正確的軌道轉(zhuǎn)換為星圖軌道的精確信息，注入衛(wèi)星，再轉(zhuǎn)發(fā)至我們的定位設(shè)備中。
然后，解決衛(wèi)星與我們之間的距離需要一個(gè)非常簡(jiǎn)單的公式，距離=速度×時(shí)間。在這里，速度不是衛(wèi)星的速度，也不是我們的速度，而是使用了一個(gè)絕對(duì)速度，光速。將所有的問(wèn)題歸結(jié)到了對(duì)時(shí)間信號(hào)的校準(zhǔn)和測(cè)量上。因此，在每一個(gè)GPS衛(wèi)星上都裝載了十分準(zhǔn)確的原子鐘。（原子鐘：利用原子的自震動(dòng)頻率來(lái)測(cè)量時(shí)間，是目前最為精確的測(cè)量方法。）并且在地面還有3個(gè)數(shù)據(jù)注入站，將衛(wèi)星時(shí)鐘與地面測(cè)控站的時(shí)間精確校對(duì)。
最后，將所有的信息傳遞到我們的定位終端中，測(cè)算出相對(duì)距離來(lái)運(yùn)算我們的位置，在理論上只需要搜尋到4顆衛(wèi)星就可以準(zhǔn)確定位。在實(shí)際使用中會(huì)由于誤差等因素，而需要更多的衛(wèi)星或者更長(zhǎng)的運(yùn)算時(shí)間，但在實(shí)際使用的時(shí)候至少可以保證6顆至9顆衛(wèi)星的連接沒(méi)有問(wèn)題。
GPS與A-GPS的差別
為什么我的手機(jī)支持GPS，在實(shí)際使用中還要花流量費(fèi)呢？原因在于目前在手機(jī)上所搭載的不一定是GPS模塊，而是一種改進(jìn)的技術(shù)，A-GPS（Asist-GPS輔助定位系統(tǒng)）。這種技術(shù)的產(chǎn)生是為了可以更快更方便的為用戶提供定位服務(wù)，同時(shí)在成本上也要節(jié)省一些，因?yàn)榭梢允∫徊糠诌\(yùn)算性能。
A-GPS主要使用了隨處可用的網(wǎng)絡(luò)，首先通過(guò)將手機(jī)的IP地址或者信號(hào)塔的基站地址定位來(lái)先大致確定范圍，這個(gè)范圍的確定只需要瞬間的速度，再通過(guò)數(shù)據(jù)連接將手機(jī)接收到的信號(hào)交由連接至的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來(lái)運(yùn)算，最后在傳回來(lái)結(jié)果，整個(gè)過(guò)程的時(shí)間可以控制在40秒之內(nèi)。
但是，這樣的解決方案也隨之而來(lái)會(huì)有一些問(wèn)題出現(xiàn)，例如一些過(guò)于廉價(jià)的A-GPS模塊將原生的GPS運(yùn)算部分削減，無(wú)法聯(lián)網(wǎng)也就意味著無(wú)法定位；還有用戶在聯(lián)網(wǎng)時(shí)需要額外的向手機(jī)的運(yùn)營(yíng)商來(lái)交數(shù)據(jù)流量費(fèi)用；最后，用戶的隱私得不到保證，需要交由第三方來(lái)處理敏感的位置信息。
全球定位系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向
首先，在GPS終端進(jìn)行大量普及之后，我們會(huì)更加深刻的體驗(yàn)到全球定位系統(tǒng)帶來(lái)的便捷。但是由于美國(guó)GPS所提供的免費(fèi)民用衛(wèi)星信號(hào)都加入了干擾碼，在最終定位精度上達(dá)不到用戶的要求，因此我們對(duì)于正在建設(shè)中的其他3種定位系統(tǒng)更抱有希望，尤其是歐盟的伽利略計(jì)劃。（我國(guó)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)與俄羅斯的Glonass系統(tǒng)在基本原理和運(yùn)算方式上有較大的出入，因此在民用上有一定的障礙。）
其次，因?yàn)闅W盟的伽利略計(jì)劃是一個(gè)開(kāi)放的工程，在其中已經(jīng)有很多的國(guó)家加入。我們國(guó)家也積極的參與到了其中，并且做出了重要貢獻(xiàn)。歐盟的伽利略系統(tǒng)在基本原理與運(yùn)算方式上與美國(guó)的GPS系統(tǒng)完全兼容，雖然其自身的精度還達(dá)不到GPS的高度，但我們?cè)谖磥?lái)可以將使用上將兩者融合的設(shè)備，這樣可以達(dá)到更高的精度。
最后，手機(jī)與專業(yè)的導(dǎo)航儀之間的競(jìng)爭(zhēng)依然十分的激烈，但是對(duì)于個(gè)人用戶來(lái)說(shuō)，手機(jī)的便捷性是毋庸置疑的，在未來(lái)我們可以真正的使用上All-in-one的產(chǎn)品，不但是GPS全球定位系統(tǒng)，還有智能娛樂(lè)影音都會(huì)加入其中。因此，手機(jī)才是最值得期待的產(chǎn)品，也是最值得擁有的。