摘要:從來沒有那個事物像GPS那樣改變了人類的生活，你能想象沒有GPS的生活情境嗎？打開GPS，地球上空的衛(wèi)星在幾分鐘之內(nèi)就會鎖定你的位置，它還會告訴你行進的速度、所處位置的海拔高度……
從來沒有那個事物像GPS那樣改變了人類的生活，你能想象沒有GPS的生活情境嗎？打開GPS，地球上空的衛(wèi)星在幾分鐘之內(nèi)就會鎖定你的位置，它還會告訴你行進的速度、所處位置的海拔高度……一切的一切，在習(xí)以為常之后，你是否覺得都這些是理所當(dāng)然？
全球定位系統(tǒng)（GPS），最早由美國政府與70年代建設(shè)，前身是一套專為美軍研制的定位系統(tǒng)，出于軍用考量，為防止敵方通過定位信號截獲美軍的位置，定位系統(tǒng)被設(shè)定為單向傳輸，即GPS終端只接受衛(wèi)星信號而不向外發(fā)射信號，這一特性也為GPS的民用領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。
目前，世界上可以提供精確定位的全球定位系統(tǒng)共有四種：美國的GPS定位系統(tǒng)、俄羅斯的格洛納斯（Glonass）定位系統(tǒng)、中國的北斗定位系統(tǒng)、歐盟的伽利略定位系統(tǒng)。目前美國的GPS定位系統(tǒng)最為成熟，覆蓋面也最廣。
以美國GPS系統(tǒng)為例，主要由三部分組成：空間星座，包括21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星；地面監(jiān)控系統(tǒng)，包括1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)控站組成；用戶設(shè)備，即GPS接收機，主要作用是從GPS衛(wèi)星收到信號并利用傳來的信息計算用戶的三維位置及時間。
24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面上，即每個平面上4顆衛(wèi)星。各個軌道面都被設(shè)定為特定的角度。這種布局的目的是保證在全球任何地點、任何時刻，每個接收機至少可以接收到4顆衛(wèi)星的信號。沒顆衛(wèi)星每時每刻都在向全球播報自己的位置信號。
既然GPS接收端不向衛(wèi)星發(fā)送任何信息，只是被動的接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，而衛(wèi)星只是在播報自己的位置，那么GPS系統(tǒng)是如何通過這些數(shù)據(jù)來確定用戶的位置的？在這里，就不得不提定位系統(tǒng)中的重中之重——原子鐘與GPS芯片。
如果GPS芯片的作用可以理解的話，但原子鐘是用來干嘛的？計時的工具怎么會和定位有關(guān)聯(lián)呢？還是要回到定位原理的話題上來，衛(wèi)星在廣播自己位置信息的同時，會附上信息發(fā)出的時間，GPS終端接收到信息后，用當(dāng)前時間減去發(fā)送時間，再乘以傳播速度（光速），即可以得出終端與衛(wèi)星的距離。
讀懂衛(wèi)星發(fā)來的信息并進行相關(guān)運算，這些既是GPS芯片的核心功能。而為了能精確的測定接收終端與衛(wèi)星的距離，在光速確定的情況下，時間必須精準(zhǔn)，原子鐘就是為了保證時間的精度。因為時間上再微小的誤差，在乘以光速之后都會謬以千里。
但為什么是4顆？根據(jù)立體幾何知識，三維空間中，三個坐標(biāo)就可以確定一個點的位置。這樣的話，只需要3顆衛(wèi)星就足夠了，多出一顆是做什么的呢？但事實上，要想進行定位，必須要四顆。
三顆衛(wèi)星定位只是理想的狀態(tài)下，光速的數(shù)字實在太大，對時間精度有極高的要求，同時，光速在大氣中也會受到一定的影響而產(chǎn)生誤差，衛(wèi)星廣播自己的位置也會有誤差，這些誤差的存在，使得3顆衛(wèi)星不足以保證定位的精度。
根據(jù)愛因斯坦相對論，快速移動物體隨時間的流逝比靜止的要慢，衛(wèi)星上的時鐘就和地球的時鐘不同步，這樣每天GPS衛(wèi)星都會產(chǎn)生38微秒的偏差，即每天將會增大11千米的誤差，這種誤差也必須進行補償。
所以，要進行的有效的定位，必須引入第四顆衛(wèi)星來提高定位精度。而在日常生活中，實際應(yīng)用上的定位衛(wèi)星數(shù)量往往大于這個數(shù)量，理論上GPS接收機搜到的衛(wèi)星數(shù)量越多則定位越精準(zhǔn)。
以上是最常用的美國GPS導(dǎo)航系統(tǒng)定位原理，我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與之相比，其原理略有不同，在相關(guān)功能上有所創(chuàng)新，從應(yīng)用的角度來說，相比GPS，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)有著不少獨特的優(yōu)勢。
與美國GPS系統(tǒng)類似，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段、用戶段三部分組成。空間段，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)計劃由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。
地面段由主控站、注入站、監(jiān)測站組成。主控站用于系統(tǒng)運行管理與控制，注入站用于向衛(wèi)星發(fā)送信號，對衛(wèi)星進行控制管理，用戶段即用戶的終端，接收機需要捕獲并跟蹤衛(wèi)星的信號，根據(jù)數(shù)據(jù)按一定的方式進行定位計算。
第一代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理屬于有源定位，需要用戶終端主動發(fā)送信號，可靠性較差，最新的第二代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已采用了類似GPS的無源定位技術(shù)。即用戶至少接收4顆衛(wèi)星信號來定位。
由于衛(wèi)星數(shù)量多余美國GPS定位系統(tǒng)，因此北斗定位系統(tǒng)的定位信號更強，精度也更高。而且北斗定位系統(tǒng)擁有獨一無二的短報文傳訊功能，可用于軍事、救援、科研等許多方面。可同時解決“我在哪？”和“你在哪？”
近日，國航天科工信息技術(shù)研究院西安航天華迅公司日前宣布，成功研發(fā)出第四代高性能北斗/GPS導(dǎo)航芯片。該芯片定位精度為2.5米，俘獲靈敏度、跟蹤靈敏度等各項性能指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，已經(jīng)超過了目前GPS的民用定位精度。
