經過長達20年的排星布陣，我們終于見證了北鬥衛星導航系統的全面建成。相對于美國的GPS有着後來的據上的性能優勢，對國家安全有着無與倫比的意義。

但不可否認的是，GPS确實導航系統的先驅。正是它，我們才習慣了無論在世界的哪個角落，都可以拿出手機，享受精确導航服務，甚至可以為無人駕駛汽車提供可能，這便是GPS帶給我們的意義。

GPS一系列衛星的建造和發射成本高達120億美元，但它在全球範圍内的服務是免費的。

不過……，也不是真正不需要花錢的，确實是美國納稅人為這事兒買單了。為了維護和運營這個系統，需要持續不斷地每天花費約200萬美元。

但民用導航隻是GPS的一部分，導航衛星主要是為了美軍使用而發射的。GPS在這個星球上的任何地方，為美軍所有部門提供飛機、船舶的精确定位信息。

第一顆GPS全球定位衛星于1978年2月22日由阿特拉斯運載火箭發射入軌。在接下來的7年中，又有10顆GPS衛星成功進入軌道。計劃發射的12顆衛星中隻有1個未能成功。這些第一代衛星驗證了GPS系統的功能。

根據第一代項目中的經驗教訓，第二代導航衛星進行了大幅改進，實現了24顆衛星組成的系統，為美軍提供全球GPS覆蓋。這樣就可以保證在任何時候，地球表面上的任何一點，能夠直接調用至少有4顆衛星。

GPS是通過三邊測量計算，來提供人們在地球上任何地點的位置信息的。衛星的軌道是固定可預測的，所以衛星在任何時間的确切位置我們都能夠确定。同時地面基站會定期檢查，以确保衛星的位置不會偏差。

GPS衛星不斷向地球廣播無線電信号，而手機中的GPS接收器則一直在監聽這些信号。這些信号告訴我們的手機，這顆衛星的位置以及什麼時候發送的，從而計算出接收信号的手機離衛星有多遠。

因為無線電信号的傳播速度等于光的速度，這樣通過一顆衛星的位置，我們就能得知手機在多大公裡的範圍内。換句話說，我們就能夠知道我們在多大範圍的一個球體圓周上。

而綜合從4顆衛星上獲取的這些信息，通過結合每個球體，查看它們相交的位置，就能夠準确地确定我們在地球上的位置。

這樣一來，有一個精确的時間系統，對于該系統準确性至關重要。隻要有20至30納秒的誤差，衛星測距的精确性就會變得不可接受。

所以每個衛星都裝備了一個原子鐘，這是最準确的計時裝置。

但是，由于它們的尺寸和成本，這些原子鐘不可能放在手機上，所以GPS衛星同時必須不斷更新手機的時間，以确保它能夠精确計算自身與衛星之間的距離。

為了使這個時間測量得足夠準确，我們甚至必須考慮狹義相對論的影響。

衛星以每小時一萬四千公裡的速度運動，而地面上的接收器，比軌道上衛星移動慢得多。根據狹義相對論預測，衛星上原子鐘每天比地面上的時鐘慢7微秒。

這是移動速度的影響，此外還有高度影響。

這些衛星正在地球表面之上20,000公裡的軌道上運行。廣義相對論告訴我們，由于地球的引力對時空曲率的影響，地球表面的時鐘會比太空軌道上的時鐘慢。所以，如果我們計算地球表面由于重力引起的時間膨脹，對比離行星表面兩萬公裡處的時間膨脹，我們就可以發現衛星上的時鐘每天會變快45微秒。

加上前面由于移動速度影響帶來的慢7微秒，我們必須使每個衛星上時鐘比地球上的時鐘，每天快38微秒才行。

如果忽視這些因素，GPS的準确度每天會偏差10公裡，用不了多久就會完全失去作用。

感謝那些聰明的工程師的努力，以及發現相對論的愛因斯坦，我們在智能手機上實現了全球定位，其準确度在5米左右。

但是，這個系統一開始的開發目的就決定了，這不是一個民用系統，而是一個軍事系統。為全世界開放這個系統，有可能會變成一種可能用于對抗美國的工具。

畢竟，導彈也使用這個系統進行導航。

GPS衛星是廣播信号，這決定了它很難定向對用戶收費。但GPS芯片可不是免費的，它的專利費和授權費足夠讓美國獲得大量的利潤。

另外開放GPS給其他國家使用，這就能夠讓其他國家在這方面産生依賴，同時抑制其他國家在導航定位技術方面的發展。

1983年9月16日，羅納德·裡根總統宣布全球定位系統将免費提供給公衆使用。但是，導航信号精度加入了人為幹擾，降低到100米左右，使其能用，但達不到軍用的标準，這是為了保持美軍的戰術優勢，并防止系統被用于惡意目的。

直到2000年，比爾·克林頓總統才簽署了一項法案，停止GPS的人為幹擾，并向全世界的人開放準确的GPS。這也是從另一方面回饋了開發GPS的美國公司，他們由此攫取了巨額利潤。

但是免費的才是最貴的。

美國掌握了GPS，也就可以随時關閉GPS，如果依賴于GPS，在軍事上将永遠無法與美國競争。

不管怎麼說，GPS定位系統 的确是對全球人類有極大實際意義的高科技系統。近30年的全球免費使用，對全人類的日常生活、野外探險、防災減災的意義重大。

無論大家對美國是何态度，當我們面對GPS帶給大家的好處時，還是要說聲謝謝。

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