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(lái)襲，籠罩在暴風(fēng)圈威脅中的民眾，心中最期待的，莫過(guò)于超級(jí)英雄的來(lái)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(chǎng)，但風(fēng)雨飄搖中，身上的高精密雷達(dá)受到干擾，無(wú)法發(fā)揮作用。徘徊在災(zāi)區(qū)，看著土石流湍急，卻苦無(wú)方向的指引，前往受災(zāi)戶的正確location。這時(shí)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(shí)頭盔中的神經(jīng)機(jī)械學(xué)界面?zhèn)鱽?lái)一則訊息，來(lái)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(shí)，美軍開(kāi)始研究一種子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)，1964年正式開(kāi)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(wú)法給出高度資訊。雖然如此，子午儀系統(tǒng)讓國(guó)防部對(duì)衛(wèi)星定位得到了初步經(jīng)驗(yàn)，為將來(lái)的GPS發(fā)展埋下了伏筆。
隨后，美國(guó)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(jì)劃提供2維定位精度較低，空軍的「621-B」計(jì)劃能提供較高精度卻過(guò)于復(fù)雜，且由于同時(shí)研制兩個(gè)系統(tǒng)耗資甚鉅，所以1973年美國(guó)國(guó)防部將兩者合而為一，由衛(wèi)星導(dǎo)航定位聯(lián)合計(jì)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(guó)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(jì)劃就在JPO領(lǐng)導(dǎo)下誕生了。該方案在互成120度的六個(gè)軌道上，各放置4顆衛(wèi)星，讓地球上任何角落，都能觀測(cè)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(gè)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(gè)運(yùn)作衛(wèi)星和3個(gè)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(hào)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(guó)擔(dān)心敵對(duì)國(guó)家或組織會(huì)利用SPS發(fā)動(dòng)攻擊，故在民用訊號(hào)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(shí)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(huì)增加到半徑100-200米以上，此時(shí)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(duì)民用訊號(hào)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(guó)政府仍有但書，即在有需要的狀態(tài)下，可對(duì)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(shí)的開(kāi)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(fèi)性電子產(chǎn)品的當(dāng)紅炸子雞，對(duì)人們生活產(chǎn)生極大的便利。
只有GPS，沒(méi)有距離
…看完訊息，原本束手無(wú)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(kāi)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(guò)三角測(cè)量原理，計(jì)算出自己和受災(zāi)戶的相對(duì)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(jí)英雄電影的結(jié)局，透過(guò)GPS的協(xié)助，鋼鐵人最后順利救出了災(zāi)民。
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