科普一下：GPS其实不等于导航 聊聊关于卫星定位的那些事

GPS这个专业名词可能是一个比较奇特地专有名词了。这个词可能对于大部分人来说，都知道它。如果我们问起朋友GPS是什么？那我想可能很多人会给出这样的答案：“GPS不就是能定位地吗？”；“GPS不就是导航么？”对于大部分人了解这些也就够了。理解到这个层面是没有问题的。首先由于GPS这一技术已经是一个每个人每天都会被用到地一个东西了。但是真的是所有人都知道他到底是怎么回事么？随着时代的变迁，科技的不断发展。被各种各样的科技围绕的我们，知识面真的需要突破一下那层“不就是么”。了解技术的本质才能在科技不断变迁的时代做到看的清楚用的明白，今天小编就为您梳理一下什么才是GPS。其实GPS并不是导航。

GPS是英文Global PositioningSystem（全球定位系统）的简称，由美国GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。那GPS是用来干什么的呢？答案大家够知道就是用来做定位，做导航的。GPS的重要性在今天来看是不言而喻的。但是我们将时间线拉回到1958年以前。回到GPS出生以前的时代。回看一下导航的作用。我打这样一个比方。我们把我们生活的地球比作是一个迷宫。假如我们身处于这个迷宫当中，我们所能看见的仅仅只有我们前后左右和四周的墙。那么我们想要走出迷宫，需要不断地尝试探索走出的路，并且还要记忆我们走过的路然后一步一步地向前摸索，一但记忆错乱我们将永远停留在迷宫当中的某一个区域。

而当我们有一天得到了一个粉笔，可以记录我们走过的轨迹。那么我们的记忆能力得到了大幅度地提升了。我们所能活动的区域逐渐增大。但是随着我们到达的区域越来越大，同时我们遇到相似出路情况的概率在不断的增大。逐渐使我们迷失了方向，那么我们活动区域扩展的趋势也就停止了。直到有一天我们逐渐熟悉了所生活的场所，绘制了一张精准的地图。我们活动区域的再次扩展。我们走出了迷宫。当我们回看这个囚禁了我们脚步的迷宫。我们站在高处俯看它，它是这么简单。

假如我们拥有一个站在高处可以直接俯看一切的同伴，并且这个同伴可以告诉你现在在哪，你身边有什么，你接下来需要怎么走才能离开迷宫。那么你只要跟着他的指引，你会很轻松的从迷宫中走出来。那么站在高处的这个人对你提供的就是导航的服务。

做完这个思考以后我们再回头审视一下导航这件事情。导航的本质是直接告诉你想要到达目的地你需要怎么走。而提供给你导航服务的人需要知道你不知道的信息。这些信息就是：你现的位置、你目标的位置、和一张准确的地图。归纳一下也就是以下两个维度的信息：一个是地图；另一个就是位置。再说回到GPS，那么GPS的本质就是可以提供给你位置这个信息的工具。

那么我们来分析一下GPS是如何实现提供给你位置信息的呢？我们再来做一个思维试验。小时候我们都上过这样一节自然科学课。如果在一个天气晴朗的夜晚，我们仰望心空会看到有七科星星的排列会像个勺子，那就是北斗七星，而沿着北斗星勺头的最后两颗星的五倍延长线上位置处有一颗星星，这颗星星叫做北极星。我们面向北极星，而我们在地面上看向这个星星的方向就是北方。那么我们继续思考。我们如果有四颗可以分别判断东南西北的星星。我们是不是就可已知道自己的位置了呢？当然如果有两颗可以指引方向的星星（也可以是太阳），以及一个指南针也是可以知道自己的位置的，事实上在古老的航海技术就是利用这种方法做定位的。由于除了北极星以外可能其他大部分的星星是随着时间不停地在夜空中移动的，所以为了得到指引方形的星星海船上需要有一个走时准确的航海钟。

我们回到刚才的话题。利用星空来定位是一个很古老的定位方法，但同时也是一个很有效的方法。但是白天阴天都是看不见行星的，我们对位置信息的精度要求在不断地提高。利用天上的星星定位的方法是无法满足要求的。但是随着人类的技术发展我们可以向地球轨道上发射卫星。那么假如在你所在的位置，头顶上有已知位置的四个卫星。那么如果我们如果可已知道我们到每个卫星的距离，那就可已知道自己的位置了。

那么我们接下来需要解决的一个问题就是我们如何知道我们和每个卫星的距离了。我们把这个问题稍微进行一下转换。从卫星上发送一个信号，在地面上接收这个信号。那么如果知道这个信号从发出到收到所用的时间，信号传播的速度是一定的，经过计算距离信息也就可以得到了。所以GPS卫星其实它最重要的一个部件就是一个走时十分精确的原子时钟。然后一直不停地发送时间信号。那么我们在地面上会在同一个时间点上收到来自多个卫星的不同时间信号。根据收到的多个卫星的时间差就可以计算出我们自己的位置了。

知道位置以后我们需要解决的问题就是坐标，如果们生活的地球是一个平面的话，我们可以用平面直角坐标系，也就是X与Y轴就可以了。可是我们所在的地球是一个球体。所以我们需要采用一种球面坐标系，这种常用的球面坐标系就是经纬度。经纬度是经度与纬度所组成一个坐标系统，也被称为地理坐标系统，它是一种利用三度空间的球面来定义地球上的空间的球面坐标系统，能够标示地球上的任何一个位置。

我们把地球想象成一个西瓜，这个西瓜的头和尾分别叫做南极和北极，这个西瓜的腰叫作赤道。那我们把北极点与南极点用线连接起来，这样我们就得到了无数条连线。这样的连线也就是经线。我们把其中一个经线作为零度，这条经度是零的线也被称做本初子午线，那么其他的经线就可以分出0-360度的经度了。然后我们以赤道所在的平面为基准，把整个西瓜切分成若干个圆饼，那么我们就得到纬度。以赤道为零度极点为90度，赤道以南被称作南纬度，赤道以北被称作北纬。有了经纬度我们就可以定义地球上的任意一个点的位置了。

知道了以上这些我们再来回答GPS到底是什么这个问题。GPS是一套利用卫星做的全球定位系统。它是可以为地面的设备提供位置信息数据的一套系统。那么我们为什么说GPS不等于导航呢？其实GPS系统只是为导航提供位置数据而已。同时GPS系统他还有几个兄弟，他们分别是中国的北斗系统，欧盟的伽利略（GALILEO）系统，原苏联格洛纳斯（GLONASS）系统。随着科技的发展，5G技术的发展可能还会有新的脱离于卫星系统的定位系统出现。例如已经出现的蜂窝定位系统，但是GPS系统的历史地位，以及它为人类科技发展所做的贡献始终无法磨灭的。好了今天关于GPS的小知识我们就聊到这里。感谢您的阅读，愿您喜欢，祝开心。下期再见！