卫星全球定位系统 全球定位系统到底是如何工作的？为什么许多全球定位系统设备即将停止工作

全球定位系统到底是如何工作的？为什么许多全球定位系统设备即将停止工作  

经过几十年的发展，GPS已经变得比大多数人意识到的要普遍得多。不仅仅是为了导航，它在时间保持方面的极端精确性（每秒10亿分之一秒）已经被世界上无数的企业用于从帮助电网管理到帮助管理股票市场和其他银行交易的所有方面。全球定位系统本质上允许公司在其系统中拥有接近原子钟水平的精度，包括在全球范围内方便地进行时间同步，而无需实际拥有原子钟或提出自己的全球同步系统。问题是，由于原始规范的一个怪癖，在2019年4月6日，许多GPS接收机将停止正常工作，除非它们的固件被及时更新。那么这里发生了什么，GPS系统到底是如何工作的，谁最先想到了这样一个系统？”1957年10月4日，苏联发射了人造卫星。正如你所想象的，这颗微小的卫星，以及随后的卫星，都受到了全世界科学家的密切监视。今天最有意义的话题是约翰霍普金斯大学的两位物理学家威廉·圭尔和乔治·魏芬巴赫。

在研究人造卫星的轨道和信号时，他们意识到，由于人造卫星的运行速度和广播的性质，他们可以利用信号的多普勒频移来非常精确地确定卫星的位置。

不久之后，一位同样来自约翰霍普金斯大学的Frank mccleur要求两人研究是否有可能用相反的方式来确定。他们很快发现，事实上，利用卫星的已知轨道，研究卫星移动时发出的信号，地面上的观察者可以在相对较短的时间内确定自己的位置。

这使轮子转动。

各种系统被提出，并在某些情况下得到发展。最值得注意的是，全球定位系统的最终演变是海军的导航卫星系统（也称为海军运输计划），它在1964年全面启动和运行。理论上，这个系统可以告诉潜艇或船员他们在25米范围内的位置，尽管位置只能每小时更新一次，大约需要10-15分钟才能获得。此外，如果船在移动，精度将以每5节速度下降约1海里。

另一个关键系统，最终发展的全球定位系统称为Timation，它最初使用同步在地面和卫星上的石英钟作为系统确定地面观察员位置的关键部件。然而，由于这种相对不精确的时钟，第一次测试的准确度仅为0.3海里，并且需要大约15分钟的接收数据来确定这个位置。随后在激励方面的进步改进了事情，甚至使用原子钟来提高测试的准确性。但是，提摩太号即将走渡渡鸟号的老路。

到20世纪70年代初，使用定时和测距（Navstar，最终是Navstar GPS）的导航系统被提出，基本上是结合了诸如过境、提摩太号，以及其他一些类似的系统，试图从这些项目中所学到的知识中建立一个更好的系统。

快进到1983年，虽然美国还没有一个完全运行的GPS系统，但第一颗原型卫星已经启动，该系统正在缓慢地测试和实施。就在此时，原本从纽约起飞的韩国航空公司007航班，从阿拉斯加的安克雷奇起飞，前往韩国首尔。

这与我们今天所知道的无处不在的全球定位系统有什么关系

在飞行途中，飞行员有一个未被注意到的自动驾驶仪问题，导致他们在不知不觉中误入苏联领空。

确信客机实际上是一架间谍机，苏联ets发射了苏-15喷气式飞机，拦截（显然）史上最拙劣的间谍飞机——旧的“它是如此公开，它是秘密的”间谍方法。

“KDSP”警告射击被发射，尽管后来采访中做了这件事的飞行员说，“我发射了四次，超过200发子弹。不管它有多好。毕竟，我装的是穿甲弹，不是燃烧弹。不久之后，韩国007航空公司的飞行员打电话给东京地区控制中心，要求从330（33000英尺）的高度上爬到350（35000英尺）的高度。这导致飞机减速低于跟踪高速拦截器正常工作的速度，因此，它们被飞机炸飞。这被解释为一种逃避的策略，尽管这实际上只是出于燃油经济性的考虑。

苏联高层随后就是否应该花费更多时间来确定飞机的身份展开了激烈的辩论，以防它看起来只是一架客机。但由于它即将飞入国际水域，事实上可能已经到了那个时候，决定先开枪，后提问。

攻击飞行员描述了接下来发生的事情：

“摧毁目标…！“这很容易说。但是怎么做呢？带着贝壳？我已经花了243发子弹。撞它？我一直认为那是低级趣味。打夯是最后的办法。以防万一，我已经完成了我的轮到，正在下来对他。然后，我有了一个主意。我掉到他下面大约两千米…加力器。打开导弹，机头猛地抬起来。成功！我有一把锁。

两枚导弹在波音飞机附近被发射和爆炸，造成重大损失，尽管在商业飞机通常是多么安全的一个证明中，飞行员能够重新控制飞机，即使在一段时间内能够保持水平和稳定的飞行。然而，他们最终发现自己陷入了一个缓慢的漩涡，最终导致机上269人全部遇难。

正是这场悲剧的直接结果，美国总统罗纳德里根于1983年9月16日宣布，原先只供美国军方使用的全球定位系统现在将可供所有人使用，最初的想法是这样一个系统在民用航空中相对于使用当时可用的导航工具会有很多安全好处。

这让我们首先了解GPS系统是如何工作的。令人惊讶的是，在某些层面上，系统的实际螺母和螺栓是相对简单易懂的。

首先，想想如果你站在一个未知的位置，你问某人你在哪里，会发生什么。他们的回答很简单：“你距离华盛顿州西雅图212英里。”

你现在可以在距离西雅图212英里半径的地图上画一个圆圈。假设给你这些信息的人是正确的，你就知道你就在这条环线的某个地方。

在这一点上本身并没有太大帮助，然后你问其他人，他们会说，“你离温哥华150英里。”现在你就到了某个地方。当你在地图上画那个圆时，你会看到它在两点相交。你站在这两点之一上。注意到你不是，事实上，漂浮在海洋中，你可以在这一点上推断你是在哪一点上，但在这里与我们一起工作的人。

而不是作出这样的假设，你决定你的感官永远不被信任，毕竟，耶稣站在水上，所以为什么你不呢？因此，你问第三个人-他们说，“你离爱达荷州的博伊西500英里。”画出的圆圈，你现在知道你在二维空间的确切位置。事实证明，在加拿大的坎洛普附近，

这或多或少是GPS所发生的事情，除了在GPS的情况下，你需要考虑的是3D球体而不是2D圆。此外，系统如何告诉你与参考点的精确距离，前一个星期六晚上被发送，这样GPS接收器就可以计算出确切的日期。

那么这有什么问题？事实证明，从纪元开始，每1024周（大约19年零8个月）这个数字就会回滚到0，因为这个整数信息是10位格式的。

，因此，当这种情况发生时，任何不解释周数翻转的GPS接收器都可能会停止正常工作，尽管故障的性质因供应商和设备而异，这取决于所述供应商如何实现其系统。

对于某些供应商来说，该错误可能表现为一个简单的良性日期报告错误。对于其他人来说，这样的日期报告错误可能意味着从错误定位到甚至整个系统崩溃的所有事情。

如果你做了计算，你可能会推断出这个问题最早出现在1999年8月，也就是在GPS系统本身完全运行大约四年之后。

在这一点上，当然，全球定位系统并不像今天这样被广泛依赖，根据美国商务部电信办公室1999年的一份报告，1999年全球使用的全球定位系统接收器只有1000-1500万个。当然，今天，这个数字是数十亿台设备。

谢天谢地，当下周的数字滚动事件发生在2019年4月6日时，似乎大多数公司都依赖GPS来实现关键系统，如航空公司、银行机构、蜂窝网络、电网等。，已经采取了必要的措施来解决这个问题。

这个第二周数字滚动事件的更现实的问题可能主要发生在消费者层面，因为大多数人根本不知道这个问题。

谢天谢地，如果你最近更新了GPS设备上的固件，或者只是拥有了过去几年购买的GPS设备，那么你在这里可能会很好。

但是，如果你拥有了几年前的GPS设备，可能不是这样，你肯定想在第二个全球定位系统时代之前到制造商的网站上下载任何相关的更新。

公共服务公告的方式，如果你现在想知道为什么有人不干脆改变规格，停止使用10位的周数，你不是第一个想到这个的。根据最新的GPS接口规范，现在使用的是一个13位的周数，这意味着在支持这一点的新设备中，这个问题在大约一个半世纪内不会再次出现。由于机器早在那之前就注定要崛起并奴役人类，这确实是他们在那一点上要解决的问题。

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额外的事实：

曾经注意到，你的手机往往会非常快地锁定你的GPS位置，即使已经关机很长时间了？当其他GPS设备必须等待可能收到年历和星历的新副本时，它是如何做到这一点的？结果发现手机倾向于使用一种叫做辅助GPS的东西，在那里，他们不会等待从当前轨道上的GPS卫星接收数据，而是从某个地方的中央服务器获取数据。手机也可以简单地使用其在手机网络中的位置（使用来自周围塔楼的信号）来获得一个大致的开始位置，同时等待从GPS卫星获取信号，部分地掩盖了那里的进一步延迟。当然，如果你没有手机信号，辅助GPS就不起作用，如果你尝试在手机上使用GPS，你会发现如果你关掉GPS