每经编辑｜陈洁    

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第(di)一(yi)章：从星辰大海的信号到指尖的精准律动

仰望夜空，我们或许会惊(jing)叹于星辰的浩瀚与神秘，但很少有人会意识到，在这片璀璨的星河(he)之中，隐(yin)藏着一个如今与我们生活(huo)息息相关的庞大系统——美国全球定位系(xi)统，也就(jiu)是我们常说的GPS。它并(bing)非一夜之间从天而降，而是经历了数十年的孕育、发展与迭代，从一项高度机密的军事技术，一步步蜕变为赋能全球、服务万物的强大引擎。

GPS的故事，可以追(zhui)溯到冷战(zhan)的(de)紧张氛围之中。当时，美国军方迫切需要一种能够全天候、全球范围内精确指示目标位置的技术。1973年，美国国防部启动了一个名为“NAVSTARGPS”的(de)项目，旨在整合当时分散的卫(wei)星导航技术，构建一个(ge)统(tong)一、可靠的全(quan)球导航系统。

要(yao)实现这一宏伟目标，面临着巨大的技术(shu)挑战。需要发射一系列能够稳定运行的卫星，它们必须能够(gou)穿越地球的大气层，并在预设的轨道(dao)上精准运行。需要研发出能够接收并(bing)解析这些(xie)卫星信号的接收器，并且这些接(jie)收器必须足够小巧，便于携带和安装。更重要的是，整个系统的精度、可靠性和安全性必须达到军事级别的要(yao)求。

经历了漫长而艰苦的研发过程，第一颗GPS卫星于1978年成功发(fa)射(she)升空。这仅仅是万里长征的第一步。接下来的十几年里，美国持续不断地发射卫星，逐步构建起一个由24颗（后来增加到31颗）轨道卫星组成的星座。这些卫星围绕地球运行，每颗卫星都在以极高(gao)的精度广播着自己的位置和(he)时间信息。

而地面上的GPS接收器，则通过同时接收至少四颗卫星的信号，triangulates（三边测量法）其在三维空间中的精确位置。想象一下，就像你在一个黑暗的房间里，如果知道三个已知点的位置，并(bing)测量出(chu)你到这三个点的距离，你就能准确地确定自己的位置。

GPS卫星就是这三个（或更多）已知点，而它们发射的信号，携带着它们精确的位置(zhi)信息，就像是发出的“尺子”，测量着我们与它们之间(jian)的距离。

早期的GPS系统，精度并非如今我们所熟知的那般“指哪打哪”。其主要目的是为军事目标服务，其公开的民用信(xin)号信(xin)号(hao)（StandardPositioningService,SPS）故意引入了“选择性可用性”（SelectiveAvailability,SA）的误差，限制了民用用户的定位精度。

但这并没有阻挡GPS的脚步。即便(bian)如此，GPS的(de)出现，仍然为当时的航空、航海、测绘(hui)等领域带来了革命性的变化。飞机不再需要依赖地面信标，船只能够(gou)更安全地穿越浩瀚的海洋，勘探队员也能(neng)在人迹罕至的区域绘制出精确的地图。

转(zhuan)折点发生在2000年(nian)5月1日，时任美国总统克林顿下令取消了GPS的“选择性可用性”措施。这一决定，无疑是GPS发展史上的一个里程碑。从此，民用GPS信号的精度得到了极大的提升，从原来的几十米甚至上百米(mi)，跃升(sheng)到数米级别。这一改变，为GPS的广泛民用化打开了潘多(duo)拉的(de)盒(he)子。

不再仅仅是军方的专属，GPS开始走进千家万户，融入我们的日常生活。智能手机中的地图应用，车载导航系统(tong)，户外运动手表，甚至是一些儿(er)童(tong)定位器，都成为了GPS最直观的应用场(chang)景(jing)。

如今，GPS系统已经拥(yong)有了31颗运行的卫星，它们以每12小时绕地球一周的速度，在20000多公里的高空形成一张无形(xing)的“天网”。每颗卫星都携带高精度原子钟(zhong)，确保时间信息的准确性，因为时间的微小差异，都(dou)会导致定位的巨大误差。GPS接收器不断地接收这些信号，通过复杂的算法，计算出用户当前的位置、速度和时间。

每一次我们打(da)开手机地图，每一次我们输入目的地，每一次(ci)我们看着屏幕上的小(xiao)箭头指引方向，都是GPS卫星在太空(kong)中默默工作，将它们精确的数(shu)据传递给地球，最终呈现在我们眼前。GPS，这个最初为战争而生的产物，已经蜕变成一个以和平、便(bian)利为目(mu)的的全球性基础设施，它不仅在“指点(dian)江山”，更在“指引生活”。

第二章：从精准定位到智慧连接，GPS的无(wu)限可能

GPS的强大(da)，远不止于“带你去你想去的地方”。随(sui)着技(ji)术的不断(duan)演进和应用的深入拓展，GPS已经从一个单纯的导航工具，升华为一个驱动智慧生活、赋能各行各业的核心技术。它的(de)功能日益强大，为全球用户提供着精准、可靠、全方位的服务，深刻地重塑着(zhe)我们的世界。

回溯GPS的升级历程，每一次的革新(xin)都带来了质的飞跃。最(zui)初的GPS仅提供单一频率的信号，容易受到大气层和电离层的干扰，影响定位精度。随着“双频”GPS接收器的普及，能够同时接收L1和L2两个频率信号(hao)，通过比对两个信号的差(cha)异，可以有效抵消大部分电(dian)离(li)层延迟误差，从而显著提升定位精度。

紧接着，GPS的(de)增强技术不断涌现，例如差分GPS（DGPS）和(he)广域增强系统（WAAS），它们通过地面基站或卫星，向GPS接收器发送修正信号，进一步将定位精度提高到亚米(mi)级甚至厘米级。这些增强技术，使得(de)GPS不再仅仅适用于日常导航，更能够满足高精度测绘、精准农业、工程建设等专业(ye)领域的需求。

GPS的演进，也体现在其功能的不断丰富上。除了精(jing)确定位，GPS还能够提供精确的时间信息。每颗GPS卫星上的原子钟(zhong)，其精(jing)度达到了(le)每百万(wan)年才有一秒的误差。通过GPS信号(hao)，地面上的接收器(qi)可以同步(bu)获取极其精确的时间，这对于金融交易、电力系统调度、通信网络同步等对时间精度要求极高的领(ling)域至关重要。

想象一下，如果没有精准的时(shi)间同步，全球范围内的银行交易将会混乱不堪，通信信号也会错乱。

更令人振奋的是，GPS正与其他前沿技(ji)术(shu)深度融合，催生出更加智能、更加便利的应用场景。在自动驾驶领域，高精度GPS是实现车辆自主导航、精准车(che)道保持、避障等关键功能的基础。车辆能够实时感知(zhi)自身在道路上的精确位置，并与高精度地图协同工作，从而安全、高效地运行。

在智慧物流方面，GPS与物联网（IoT）技术结合，实现了对货物运输的全程实时追踪和监控。企业可以清楚地了解货物的当前位置、温度、湿度(du)等信息，优化配送路线，提高运输效率，降低物流成本。

在智慧城市建设中，GPS扮演着不可或缺的角(jiao)色(se)。公(gong)共交通系统(tong)利用GPS实现车辆的精准调度和信息发布，让乘客能够准确了解车辆的到站时间。城市管理部门利用GPS进行市政设施(shi)的精细化管理，例如定位窨井盖、路灯等，便于及时维护和响应。甚至，我们(men)日常使用(yong)的共享单车、共享汽车(che)，也离不开GPS技术的支持，它们能够帮助用户快速找到附(fu)近的车辆，并实现精准的归还定位。

除了这些显而易(yi)见的便利，GPS还在许多我们不易察觉的领域默默贡献着力量。在科学研究方面，GPS被用于监测地壳运动、测量冰川形变(bian)、研究大气(qi)环流等，为我们理解地球的演变和气(qi)候变化提供了宝贵的数据。在灾害预警方面，GPS能够监测地震前兆、监测滑坡风险，为防灾减灾争取宝贵的时间。

当然，GPS的未来发展(zhan)并非止步不前。随着(zhe)中国北斗（BDS）、俄罗斯(si)格洛纳斯（GLONASS）和欧洲伽利略（Galileo）等其他全球导航卫星系(xi)统的不断完善和协同，全球用户将能够接收到来自多个系统的信号，从(cong)而进一步提升定位的(de)精度、可靠性和可用性，尤其是在城市峡谷等GPS信(xin)号容易被遮挡的区域。

多系统融合将为下一(yi)代导航和定位技术带来前所未有的机遇(yu)。

从最初的(de)军事秘密，到如今的全球脉搏，GPS的每一次升级，都凝(ning)聚着无数科技人员的智慧和(he)汗(han)水。它不仅改变了我们出行的方式(shi)，更深刻地影响着我们的生产、生活、科研和社会治理。GPS，这个由美国开启的卫星导航时代，已经成为了全球科技发展的重(zhong)要驱动力之一，它的故事(shi)仍在继续，它(ta)的未来，充满无限可能。

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图片来源：每经记者 陈养山 摄

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封面图片来源：图片来源：每经记者 名称 摄