gps的用途及原理（为什么GPS免费给全球使用）

gps的用途及原理（为什么GPS免费给全球使用）GPS卫星不断向地球广播无线电信号，而手机中的GPS接收器则一直在监听这些信号。这些信号告诉我们的手机，这颗卫星的位置以及什么时候发送的，从而计算出接收信号的手机离卫星有多远。GPS是通过三边测量计算，来提供人们在地球上任何地点的位置信息的。卫星的轨道是固定可预测的，所以卫星在任何时间的确切位置我们都能够确定。同时地面基站会定期检查，以确保卫星的位置不会偏差。但民用导航只是GPS的一部分，导航卫星主要是为了美军使用而发射的。GPS在这个星球上的任何地方，为美军所有部门提供飞机、船舶的精确定位信息。第一颗GPS全球定位卫星于1978年2月22日由阿特拉斯运载火箭发射入轨。在接下来的7年中，又有10颗GPS卫星成功进入轨道。计划发射的12颗卫星中只有1个未能成功。这些第一代卫星验证了GPS系统的功能。根据第一代项目中的经验教训，第二代导航卫星进行了大幅改进，实现了24颗卫星组成的系统，为美军提

经过长达20年的排星布阵，我们终于见证了北斗卫星导航系统的全面建成。相对于美国的GPS有着后来的据上的性能优势，对国家安全有着无与伦比的意义。

但不可否认的是，GPS确实导航系统的先驱。正是它，我们才习惯了无论在世界的哪个角落，都可以拿出手机，享受精确导航服务，甚至可以为无人驾驶汽车提供可能，这便是GPS带给我们的意义。

GPS一系列卫星的建造和发射成本高达120亿美元，但它在全球范围内的服务是免费的。

不过……，也不是真正不需要花钱的，确实是美国纳税人为这事儿买单了。为了维护和运营这个系统，需要持续不断地每天花费约200万美元。

但民用导航只是GPS的一部分，导航卫星主要是为了美军使用而发射的。GPS在这个星球上的任何地方，为美军所有部门提供飞机、船舶的精确定位信息。

第一颗GPS全球定位卫星于1978年2月22日由阿特拉斯运载火箭发射入轨。在接下来的7年中，又有10颗GPS卫星成功进入轨道。计划发射的12颗卫星中只有1个未能成功。这些第一代卫星验证了GPS系统的功能。

根据第一代项目中的经验教训，第二代导航卫星进行了大幅改进，实现了24颗卫星组成的系统，为美军提供全球GPS覆盖。这样就可以保证在任何时候，地球表面上的任何一点，能够直接调用至少有4颗卫星。

GPS是通过三边测量计算，来提供人们在地球上任何地点的位置信息的。卫星的轨道是固定可预测的，所以卫星在任何时间的确切位置我们都能够确定。同时地面基站会定期检查，以确保卫星的位置不会偏差。

GPS卫星不断向地球广播无线电信号，而手机中的GPS接收器则一直在监听这些信号。这些信号告诉我们的手机，这颗卫星的位置以及什么时候发送的，从而计算出接收信号的手机离卫星有多远。

因为无线电信号的传播速度等于光的速度，这样通过一颗卫星的位置，我们就能得知手机在多大公里的范围内。换句话说，我们就能够知道我们在多大范围的一个球体圆周上。

而综合从4颗卫星上获取的这些信息，通过结合每个球体，查看它们相交的位置，就能够准确地确定我们在地球上的位置。

这样一来，有一个精确的时间系统，对于该系统准确性至关重要。只要有20至30纳秒的误差，卫星测距的精确性就会变得不可接受。

所以每个卫星都装备了一个原子钟，这是最准确的计时装置。

但是，由于它们的尺寸和成本，这些原子钟不可能放在手机上，所以GPS卫星同时必须不断更新手机的时间，以确保它能够精确计算自身与卫星之间的距离。

为了使这个时间测量得足够准确，我们甚至必须考虑狭义相对论的影响。

卫星以每小时一万四千公里的速度运动，而地面上的接收器，比轨道上卫星移动慢得多。根据狭义相对论预测，卫星上原子钟每天比地面上的时钟慢7微秒。

这是移动速度的影响，此外还有高度影响。

这些卫星正在地球表面之上20 000公里的轨道上运行。广义相对论告诉我们，由于地球的引力对时空曲率的影响，地球表面的时钟会比太空轨道上的时钟慢。所以，如果我们计算地球表面由于重力引起的时间膨胀，对比离行星表面两万公里处的时间膨胀，我们就可以发现卫星上的时钟每天会变快45微秒。

加上前面由于移动速度影响带来的慢7微秒，我们必须使每个卫星上时钟比地球上的时钟，每天快38微秒才行。

如果忽视这些因素，GPS的准确度每天会偏差10公里，用不了多久就会完全失去作用。

感谢那些聪明的工程师的努力，以及发现相对论的爱因斯坦，我们在智能手机上实现了全球定位，其准确度在5米左右。

但是，这个系统一开始的开发目的就决定了，这不是一个民用系统，而是一个军事系统。为全世界开放这个系统，有可能会变成一种可能用于对抗美国的工具。

毕竟，导弹也使用这个系统进行导航。

GPS卫星是广播信号，这决定了它很难定向对用户收费。但GPS芯片可不是免费的，它的专利费和授权费足够让美国获得大量的利润。

另外开放GPS给其他国家使用，这就能够让其他国家在这方面产生依赖，同时抑制其他国家在导航定位技术方面的发展。

1983年9月16日，罗纳德·里根总统宣布全球定位系统将免费提供给公众使用。但是，导航信号精度加入了人为干扰，降低到100米左右，使其能用，但达不到军用的标准，这是为了保持美军的战术优势，并防止系统被用于恶意目的。

直到2000年，比尔·克林顿总统才签署了一项法案，停止GPS的人为干扰，并向全世界的人开放准确的GPS。这也是从另一方面回馈了开发GPS的美国公司，他们由此攫取了巨额利润。

但是免费的才是最贵的。

美国掌握了GPS，也就可以随时关闭GPS，如果依赖于GPS，在军事上将永远无法与美国竞争。

不管怎么说，GPS定位系统 的确是对全球人类有极大实际意义的高科技系统。近30年的全球免费使用，对全人类的日常生活、野外探险、防灾减灾的意义重大。

无论大家对美国是何态度，当我们面对GPS带给大家的好处时，还是要说声谢谢。