你知道GPS，為何可以免費(fèi)使用？在使用他國(guó)定位又存在哪些隱患？

全球定位系統(tǒng)(GPS)，最初稱為Navstar GPS，是美國(guó)政府擁有并由美國(guó)空軍運(yùn)營(yíng)的一個(gè)基于衛(wèi)星的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)。它是一個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，向地球表面或近地球表面，具有四顆或更多的全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星視線不受阻礙的全球定位系統(tǒng)接收器提供地理位置和時(shí)間信息。類似山和建筑物這樣的障礙物會(huì)阻擋相對(duì)而言信號(hào)較弱的全球定位系統(tǒng)信號(hào)。

我們?cè)诂F(xiàn)代設(shè)備使用的每一個(gè)數(shù)據(jù)幾乎都與「它」有關(guān)，不僅許多的設(shè)備依賴于「它」，而且「它」還是免費(fèi)的，不論我們身處何處，「它」讓手機(jī)可以指引我們正確的方向，甚至在未來(lái)的某一天，「它」可能讓我們擁有自動(dòng)駕駛車，而「它」當(dāng)然就是全球定位系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱GPS。

這群衛(wèi)星的建造和****就花費(fèi)了高達(dá)120億美元，但在世界各地幾乎是免費(fèi)的，并不是真正免費(fèi)的，美國(guó)納稅人負(fù)擔(dān)了這筆款項(xiàng)，每天支付約200萬(wàn)美元來(lái)維持及運(yùn)作，這個(gè)系統(tǒng)原本并不是每個(gè)人都可以使用，這些衛(wèi)星原本是設(shè)計(jì)給軍方使用，為其提供準(zhǔn)確的位置資訊，任何在地球上的飛機(jī)、船只，甚至是士兵都可以使用GPS，而第一顆全球定位衛(wèi)星Navstar 1于1978年2月22日通過(guò)Atlas火箭進(jìn)入軌道，接下來(lái)的七年，其余十顆GPS衛(wèi)星也成功地進(jìn)入地球軌道，在十二個(gè)****計(jì)劃當(dāng)中，只有Navstar 7****失敗這些第一階段的衛(wèi)星驗(yàn)證了該系統(tǒng)的能力，并從中吸取經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到第二階段的衛(wèi)星，該計(jì)劃將****24顆GPS衛(wèi)星，為美軍提供能夠覆蓋全球的GPS，這24顆GPS衛(wèi)星可確保至少4顆衛(wèi)星在任何時(shí)候都能與地球表面上的任何一個(gè)點(diǎn)直接相連。由此來(lái)確保這些GPS衛(wèi)星，可以透過(guò)三角測(cè)量來(lái)準(zhǔn)確的指出你在地球上的位置，由于衛(wèi)星的軌道是可預(yù)測(cè)的，所以我們可以

確切地知道衛(wèi)星在哪里，再加上地面站的定期檢查，以確保衛(wèi)星的位置跟我們預(yù)期是一樣的，GPS衛(wèi)星不斷地傳送無(wú)線電信號(hào)到你的手機(jī)接收器，這些信號(hào)告訴你的手機(jī)衛(wèi)星在哪、什么時(shí)候傳送訊號(hào)，從而讓接收器來(lái)計(jì)算衛(wèi)星離你多遠(yuǎn)，因?yàn)闊o(wú)線電信號(hào)的傳遞速度是以光速來(lái)傳遞，每個(gè)衛(wèi)星告訴我們?cè)赬公里之內(nèi)，因此我們可以知道自己身處于這個(gè)X半徑的圓，圓周上從四顆衛(wèi)星獲取的資訊可以讓我們組合一個(gè)球體，并查看它們相交的位置，來(lái)準(zhǔn)確地知道我們?cè)诘厍蛏系奈恢茫瑫r(shí)間的準(zhǔn)確度對(duì)于系統(tǒng)的正確性是非常重要的，二十到三十奈秒的誤差，將使距離測(cè)量值不準(zhǔn)確，因此每個(gè)衛(wèi)星都擁有最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)裝置，也就是原子鐘。

但礙于其尺寸和成本，原子鐘不能用于手機(jī)，所以GPS衛(wèi)星也不斷地更新手機(jī)的時(shí)間以確保接受器能夠準(zhǔn)確地計(jì)算手機(jī)到衛(wèi)星的距離為了保持時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確性，我們甚至必須考慮狹義相對(duì)論的影響。因?yàn)榈孛嫔系慕邮掌鬟\(yùn)動(dòng)得比軌道上的衛(wèi)星還慢，衛(wèi)星是以每小時(shí)移動(dòng)14000公里的機(jī)器，狹義相對(duì)論預(yù)測(cè)，原子鐘經(jīng)歷的時(shí)間比地球上還慢大約每天慢七微秒。此外，衛(wèi)星在行星表面上兩萬(wàn)公里的軌道上，地球的重力對(duì)時(shí)空曲率的影響較小，廣義相對(duì)論告訴我們，越

靠近地球，時(shí)間過(guò)得越慢。因此，如果我們計(jì)算地球表面上的重力引起的時(shí)間膨脹，然后再計(jì)算距行星表面兩萬(wàn)公里的時(shí)間膨脹。我們可以得知，時(shí)鐘每天大約會(huì)誤差四十五微秒。由于這些影響，我們必須使每顆衛(wèi)星上的時(shí)鐘比地球上的時(shí)鐘****十八微秒，如果沒(méi)有考慮到這種影響，GPS的計(jì)算每天將失去十公里的準(zhǔn)確性，而讓它完全變成廢物。但是由于這些聰明的工程師和愛(ài)因斯坦的難以置信的發(fā)現(xiàn)，讓我們?cè)谑謾C(jī)上擁有全球定位系統(tǒng)，準(zhǔn)確度約在5公尺左右，但正如我剛才所說(shuō)，普通市民并不總是能夠使用這個(gè)系統(tǒng)，它只給軍方使用向大眾開放這個(gè)系統(tǒng)，可能會(huì)對(duì)美國(guó)造成潛在的危險(xiǎn)。畢竟導(dǎo)彈也是使

用這個(gè)系統(tǒng)來(lái)導(dǎo)航，向大眾開放這個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)機(jī)出現(xiàn)在1983年當(dāng)時(shí)蘇聯(lián) Su-15導(dǎo)彈擊落了一架進(jìn)入偏離其預(yù)定路線而進(jìn)入蘇聯(lián)禁區(qū)的韓國(guó)客機(jī)如果有新的導(dǎo)航系統(tǒng)可用，也許就會(huì)避免出現(xiàn)這種錯(cuò)誤。

所以在1983年9月16日，美國(guó)總統(tǒng)雷根宣布全球定位系統(tǒng)將免費(fèi)提供給民用，但有個(gè)不利的條件那就是信號(hào)會(huì)被干擾，進(jìn)而使它的準(zhǔn)確率降低至一百公尺它雖然還是有用的，但如果用今天的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，它似乎不是那么準(zhǔn)確，這是為了保持美軍戰(zhàn)術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，防止系統(tǒng)被惡意使用，直到西元2000年，克林頓總統(tǒng)簽署了一項(xiàng)法案，終止了干擾行為，并向全球開放了高準(zhǔn)確度的GPS，這么做之后，可為美國(guó)的公司帶來(lái)龐大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，美軍過(guò)去在伊拉克等地區(qū)干擾了敵

軍的GPS信號(hào)，這并不是一件困難的事情。

在2013年紐澤西州的一名卡車司機(jī)想要掩蓋它的GPS位置，并使用一個(gè)小干擾機(jī)，但當(dāng)它每次開車時(shí)都會(huì)無(wú)意間中斷了紐瓦克機(jī)場(chǎng)的GPS利用這種易于追蹤的干擾技術(shù)，美國(guó)還可以隨時(shí)選擇在世界各地的任何一個(gè)企業(yè)中奪取這種特權(quán)，甚至可以癱瘓某一間企業(yè)。因此，世界各國(guó)開始發(fā)展他們自己的GPS系統(tǒng)，俄羅斯擁有自己的二十四顆GPS衛(wèi)星，所以不需要美國(guó)的GPS系統(tǒng)。在2020年，中國(guó)和歐洲也將有類似的系統(tǒng)，而日本在地球軌道上有兩顆GPS衛(wèi)星來(lái)增加特定城市的GPS可用性，這些衛(wèi)星已經(jīng)規(guī)劃好了軌道，以確保在任何時(shí)候可以直接使用。最后，印度擁有7顆自己的衛(wèi)星來(lái)定位自己國(guó)家的土地這個(gè)工具在所有太空計(jì)劃中可能是最被低估的一項(xiàng)，一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)線電信號(hào)，就可以讓我們的農(nóng)民操作無(wú)人牽引車來(lái)管理他們的土地，而商業(yè)漁船使用GPS來(lái)導(dǎo)航和尋找釣魚地點(diǎn)，航空業(yè)將GPS用于導(dǎo)航和避免空難，即使無(wú)人機(jī)也不可能沒(méi)有它。因?yàn)槿魏问褂肈JI無(wú)人機(jī)的人都知道，你必須連接至少6顆衛(wèi)星才能飛。另一項(xiàng)無(wú)人機(jī)所運(yùn)用的科技在今日也頗為流行，那就是電腦模擬。直至今日GPS在我們的生活中成為了一個(gè)不可或缺的存在。