美国GPS系统成功运行25周年！

据国外媒体报道，全球定位系统已经成功运行了25年之久：全球定位系统在现代生活中的重要性是不言而喻的，自从1957年第一颗人造卫星发射以来，短短数十年间人类的航天技术已经取得了惊人的进步，美军是最早开始研究并部署导航卫星的国家，早期的子午卫星系统就是一个典范之作，可以为海军舰艇提供导航服务。现在美国已经拥有了强大的全球定位系统，第一颗全球定位系统工作星在1989年2月于卡纳维拉尔角发射场发射升空，目前该系统已经运行了25年之久，是现代世界的奇迹之一。

全球定位系统共有24颗卫星在轨运行：全球定位系统已经成为现代生活中不可分割的一部分，智能手机应用、导航、救灾、军事等领域都严重依赖卫星定位，该系统共有24颗卫星在轨运行，分别部署在6个轨道平面上，每个轨道平面上部署3至4颗导航星，其中21颗为工作星，3颗为备用星，轨道平面与地球赤道面的夹角为55°，平均轨道高度为2万公里左右，一个轨道周期接近12个小时。因此在地平线上的卫星最多可以达到11颗，在地球上任何一个地方可以看到4颗以上的导航星，可以满足一定的导航需求。

为了实现全球定位，我们至少要获得4颗导航星的信号：我们现在所使用的手机、车载GPS定位和导航功能都是基于这个系统，如果你可以获得两颗或者三颗卫星的参数，那么就可以通过三角测量计算出自己在地球上的位置，当所有的导航星都处于工作状态时，我们任意获得至少4颗卫星的信号就可以得知自己高度、速度和移动方向。

爱因斯坦的相对论是全球定位系统成功运行的重要基础：为了进行精确的测量，全球定位系统需要极为精确的计时，这就是为什么每颗卫星都会携带高级原子钟，这一原理来自爱因斯坦的相对论，时空上的变化使得卫星上的时间和地面上的时间存在差异，因为卫星运行的速度更快，这就会导致卫星上的时间与地面上的时间存在每天38微秒的变化，如果没有采取措施，那么全球定位系统将无法正常工作。

早期的导航卫星主要为核潜艇服务：全球定位系统诞生于太空竞赛，1957年苏联发射了人造卫星，科学家认识到卫星的制高点可以实现对地面某一点的导航和定位，这就像多普勒效应那样，当人造卫星接近你时，无线电信号波长就会被压缩，远离你时波长就会被拉伸。此后科学家开始通过第一台商业计算机计算人造卫星的轨道，并为潜射弹道导弹服务。

GPS系统是目前世界上最先进的全球定位系统：早期的全球定位系统是非常昂贵的，一个具备全球定位的卫星系统花费相当于今天的80亿美元，当时主要为美军的核潜艇服务，因为在潜艇发射导弹的时候需要准确知道自己的位置。目前GPS系统也是世界上唯一高效的定位系统，俄罗斯和中国的定位系统整体情况仍然无法与GPS相提并论，美军担心GPS技术被敌人所利用，因此降低了民用领域的定位精度，起初定位精度控制在100米，现在逐步放宽到5至10米。