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全球定位系统(GPS) 全球定位系统(GPS) 是世界范围的无线电导航系统,它由24颗卫星及其地面站组成. 利用这些GPS 的 人造卫星 为计算基准点来计算位置可以准确到几米的精度. 事实上, 先进 GPS测量方式,精度可以达到一公分或更小! 在某种意义上说,它就像是给地球上的每平方米的表面以独特的地址. 全球定位系统接收机已经使用微型集成电路，因而越来越便宜. 而且,几乎每个人都可以使用这技术. 现在GPS正在走进汽车、船舶、飞机、建筑设备、电影制作工具等各个领域，甚至笔记本电脑. GPS很快成为像电话一样成为基本的工具. 事实上,在戴维特林布尔,我们认为它可能成为一种普遍的通用工具. 这里是GPS如何工作的五个步骤: 1.全球定位系统以由卫星形成的“三角形”为基础. 2.由“ 三角形 ”利用全球定位系统接收机利用无线电波的传播时间来测量距离. 3.为了测量传播时间,GPS需要有非常精确的时间. 4.随着距离,你需要知道卫星究竟是在太空的什么地方. 高轨道和认真监控是关键. 5.最后你必须对任何延误的信号进行改正,因为它穿过大气层 由此可见,整个方法就是利用GPS卫星在太空作为参考点在地球上进行定位. 没错,通过非常、非常准确地测量距离,我们可以用三颗卫星组成的 三角形确定我们在地球上任何地方的位置. 暂时不考虑我们如何测量接收距离的措施. 我们等会再讨论. 首先解释如何利用空间的三颗卫星来精确测量到地面的距离. 大几何观念: 假如测量我们到卫星的距离,发现它是11,000英里. 知道我们距离那颗卫星的距离是11，000海里,我们可以假设我们在整个宇宙中的一个领域表面，它是以11,000公里为半径的围绕着这个卫星的表面. 下面,我们又测量距离,找到了第二颗卫星,它在1.2万英里外. 这告诉我们，我们不仅在11，000英里的表面还在以第二颗卫星为圆心,半径12,000英里的圆表面. 或者换句话说,我们在这两个表面的交叉处 如果我们再测量从第三颗卫星,并发现是13000英里,那我们缩小了位置,更进一步小了，得到13000英里圆穿越的圈子与前两个圆相切的那两点. 由三颗卫星，我们可以将空间缩小到两点。决定哪一个点才是我们真正的位置,我们可以进行第四次测量. 但通常其中的一个是荒谬的答案(或是从地球太远,或有可能在移动速度),不用测量我们就可以排除. 第四次测量是有另一个原因的,不过不想现在说,我们等会再解释. 下面我们再看看系统如何测量到卫星的距离。 1. 三角形 位置由计算到卫星的距离(范围)得到.在数学上我们需要四个卫星的距离来确定确切位置. 如果我们能排除荒谬的答案或使用其他手段，三个距离就是足够的了。需要另外一个距离的原因是由于有待于讨论的技术原因. 我们看到，在上一节定位测量距离计算,至少需要3个卫星. 但是怎么测量一个的左右浮动空间的距离呢? 我们通常是计算从卫星发出的信号到到达我们的接收机所经过的时间. 2.数学概念 从某种意义上说,这可归结为速度乘以时间我们高中的数学问题. 记得以前一句话:如果一辆汽车以每小时60英里的速度行驶两小时,这是多远的路程呢? 速度(60英里/小时)×时间(2小时)=距离(120英里) 对于GPS测量我们的无线电信号,它和光速一样每秒约相当于186000英里。问题就是测量传播时间. 测定时间的问题是微妙的. 首先，时间通常持续的很短, 如果卫星是在头顶的正上方，信号的整个旅行时间将只有0.06秒. 因此,我们需要一些真正准确的钟表. 接着我们就讨论这个问题. 但我们假如有了精确的时钟,如何测量旅行时间呢? 为了说明这一点,我们就用一个有趣比喻: 相信有办法让这两个卫星接收机,在中午十二时正同时开始播放 星旗国歌 乐曲. 如果声音能从空间(这当然是荒谬的)传来，我们就可以听到两个版本的星旗国歌,一个来自接收来，一个来自卫星。 这两个版本将脱节. 来自卫星的版本将推迟一点,因为有超过11,000英里的传播时间.如果我们希望知道到底延迟了多少,我们就可以开始延迟接收的卫星的信号,直至他们落入完美同步. 我们推后接收机的播放时间和卫星信号的传播时间是一样的. 所以只乘当时的光速, 那么卫星到我们的距离就可以知道了. 取代播放“星旗国歌”的方式，GPS使用了一种叫做 伪随机密码 的技术 --可能比播放星旗国歌的方式更容易。. 随机密码 伪随机码(中华人民共和国所示)是全球定位系统的一个基本组成部分. 实际上只是一个非常复杂的数字代码,换句话说,是一个很复杂的关于“开”和“关”两个脉冲排列顺序。由于信号太复杂,它几乎像是随机电机噪音