GPS,钢铁人也用的上的平民科技

发表时间:
2017-04-26 09:55:07
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  颱风来袭,笼罩在暴风圈威胁中的民众,心中最期待的,莫过于超级英雄的来临。远在太平洋彼岸的钢铁人接到消息,片刻不停飞到现场,但风雨飘摇中,身上的高精密雷达受到干扰,无法发挥作用。徘徊在灾区,看着土石流湍急,却苦无方向的指引,前往受灾户的正确location。这时各位一定很好奇,钢铁人该如何前去拯救受困的灾民?
 
  此时头盔中的神经机械学界面传来一则讯息,来源是中央气象局︰「钢铁人,或许您可以考虑使用GPS定位系统,它是Global Positioning System,呃不是Girl’s Pose Sexy…」

GPS,钢铁人也用的上的平民科技
 
  GPS的前世今生
 
  1958年时,美军开始研究一种子午仪卫星定位系统,1964年正式开始使用。该系统由5到6颗卫星组成星网,虽然每天可绕行地球13次,但定位精度方面不能尽如人意,也无法给出高度资讯。虽然如此,子午仪系统让国防部对卫星定位得到了初步经验,为将来的GPS发展埋下了伏笔。
 
  随后,美国海军和空军分别投入了相关研究。只是海军的「Tinmation」全球定位网计划提供2维定位精度较低,空军的「621-B」计划能提供较高精度却过于复杂,且由于同时研制两个系统耗资甚鉅,所以1973年美国国防部将两者合而为一,由卫星导航定位联合计划局(JPO)领导,并将办事机构设立在洛杉矶的空军太空处。包括美军、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚代表,都是该机构的成员。
 
  最初的GPS计划就在JPO领导下诞生了。该方案在互成120度的六个轨道上,各放置4颗卫星,让地球上任何角落,都能观测6至9颗卫星。但由于预算紧缩,必须减少发射数量,于是将卫星减为18颗,分布在互成60度的6个轨道上,但这样的作法,却造成定位的准确性降低。1988年进行了最后一次修改,将21个运作卫星和3个备份卫星,分配在互成30度的6条轨道上,这也是现在GPS卫星所使用的运作方式。
 
  值得一提的是,GPS信号分为民用的标准定位服务(SPS,Standard Positioning Service)和军规的精确定位服务(PPS,Precise Positioning Service)两类。由于SPS使用毋须任何授权,美国担心敌对国家或组织会利用SPS发动攻击,故在民用讯号中加入人为的选择性干扰(即SA政策,Selective Availability)以降低其精确度。当时在正常定位下,3D定位误差大概在半径30-50米左右,若有随机性的选择干扰出现,则误差会增加到半径100-200米以上,此时使用者往往不知误差已变大。
 
  到了2000年5月,柯林顿总统于第二任总统期间,决定取消对民用讯号的选择性干扰,并提升定位准确度,将正常3D定位的误差降至半径10米以内。虽然美国政府仍有但书,即在有需要的状态下,可对特定地区进行干扰,以降低当地的定位精度。但到目前为止,绝大部分的状况是不受干扰的。而当时的开放政策,也造就可携式汽车卫星导航仪(PND)与手持式卫星导航仪(Handheld)的快速发展与应用,成为消费性电子产品的当红炸子鸡,对人们生活产生极大的便利。
 
  只有GPS,没有距离
 
  …看完讯息,原本束手无策的钢铁人,脸上终于露出一抹欣慰笑意。拿出胸前的微型电弧反应炉,开启置放在里面的GPS接收机,随即和太空中的24颗GPS卫星连线,透过三角测量原理,计算出自己和受灾户的相对位置,并规画出正确的方向,以及最短的距离…然后你知道的,就如同许多超级英雄电影的结局,透过GPS的协助,钢铁人最后顺利救出了灾民。
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