GPS，鋼鐵人也用的上的平民科技
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- 2017-04-26 09:55:07
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颱風(fēng)來襲，籠罩在暴風(fēng)圈威脅中的民眾，心中最期待的，莫過于超級英雄的來臨。遠(yuǎn)在太平洋彼岸的鋼鐵人接到消息，片刻不停飛到現(xiàn)場，但風(fēng)雨飄搖中，身上的高精密雷達(dá)受到干擾，無法發(fā)揮作用。徘徊在災(zāi)區(qū)，看著土石流湍急，卻苦無方向的指引，前往受災(zāi)戶的正確location。這時各位一定很好奇，鋼鐵人該如何前去拯救受困的災(zāi)民？
此時頭盔中的神經(jīng)機(jī)械學(xué)界面?zhèn)鱽硪粍t訊息，來源是中央氣象局︰「鋼鐵人，或許您可以考慮使用GPS定位系統(tǒng)，它是Global Positioning System，呃不是Girl’s Pose Sexy…」
GPS的前世今生
1958年時，美軍開始研究一種子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)，1964年正式開始使用。該系統(tǒng)由5到6顆衛(wèi)星組成星網(wǎng)，雖然每天可繞行地球13次，但定位精度方面不能盡如人意，也無法給出高度資訊。雖然如此，子午儀系統(tǒng)讓國防部對衛(wèi)星定位得到了初步經(jīng)驗，為將來的GPS發(fā)展埋下了伏筆。
隨后，美國海軍和空軍分別投入了相關(guān)研究。只是海軍的「Tinmation」全球定位網(wǎng)計劃提供2維定位精度較低，空軍的「621-B」計劃能提供較高精度卻過于復(fù)雜，且由于同時研制兩個系統(tǒng)耗資甚鉅，所以1973年美國國防部將兩者合而為一，由衛(wèi)星導(dǎo)航定位聯(lián)合計劃局（JPO）領(lǐng)導(dǎo)，并將辦事機(jī)構(gòu)設(shè)立在洛杉磯的空軍太空處。包括美軍、交通部、國防制圖局、北約和澳大利亞代表，都是該機(jī)構(gòu)的成員。
最初的GPS計劃就在JPO領(lǐng)導(dǎo)下誕生了。該方案在互成120度的六個軌道上，各放置4顆衛(wèi)星，讓地球上任何角落，都能觀測6至9顆衛(wèi)星。但由于預(yù)算緊縮，必須減少發(fā)射數(shù)量，于是將衛(wèi)星減為18顆，分布在互成60度的6個軌道上，但這樣的作法，卻造成定位的準(zhǔn)確性降低。1988年進(jìn)行了最后一次修改，將21個運(yùn)作衛(wèi)星和3個備份衛(wèi)星，分配在互成30度的6條軌道上，這也是現(xiàn)在GPS衛(wèi)星所使用的運(yùn)作方式。
值得一提的是，GPS信號分為民用的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS，Standard Positioning Service）和軍規(guī)的精確定位服務(wù)（PPS，Precise Positioning Service）兩類。由于SPS使用毋須任何授權(quán)，美國擔(dān)心敵對國家或組織會利用SPS發(fā)動攻擊，故在民用訊號中加入人為的選擇性干擾（即SA政策，Selective Availability）以降低其精確度。當(dāng)時在正常定位下，3D定位誤差大概在半徑30-50米左右，若有隨機(jī)性的選擇干擾出現(xiàn)，則誤差會增加到半徑100-200米以上，此時使用者往往不知誤差已變大。
到了2000年5月，柯林頓總統(tǒng)于第二任總統(tǒng)期間，決定取消對民用訊號的選擇性干擾，并提升定位準(zhǔn)確度，將正常3D定位的誤差降至半徑10米以內(nèi)。雖然美國政府仍有但書，即在有需要的狀態(tài)下，可對特定地區(qū)進(jìn)行干擾，以降低當(dāng)?shù)氐亩ㄎ痪?。但到目前為止，絕大部分的狀況是不受干擾的。而當(dāng)時的開放政策，也造就可攜式汽車衛(wèi)星導(dǎo)航儀(PND)與手持式衛(wèi)星導(dǎo)航儀(Handheld)的快速發(fā)展與應(yīng)用，成為消費性電子產(chǎn)品的當(dāng)紅炸子雞，對人們生活產(chǎn)生極大的便利。
只有GPS，沒有距離
…看完訊息，原本束手無策的鋼鐵人，臉上終于露出一抹欣慰笑意。拿出胸前的微型電弧反應(yīng)爐，開啟置放在里面的GPS接收機(jī)，隨即和太空中的24顆GPS衛(wèi)星連線，透過三角測量原理，計算出自己和受災(zāi)戶的相對位置，并規(guī)畫出正確的方向，以及最短的距離…然后你知道的，就如同許多超級英雄電影的結(jié)局，透過GPS的協(xié)助，鋼鐵人最后順利救出了災(zāi)民。
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