GPS到底有多精確

王曉紅

GPS對我們來說可不陌生，現在幾百元的智能機上都有這玩意兒。但是《綠箭俠》劇中出現的GPS可就有點高端大氣上檔次，狂拽酷霸屌炸天了。要知道我們手機、汽車或驢行時使用的GPS，經常在戶外還找不到衛(wèi)星，可《綠箭俠》豬腳身上的那GPS，不但在房間內能精準定位，甚至連他在哪個房間都能確定，這起碼是精確到0.5米之內了！那么，這種GPS到底靠譜么？為何我們平時使用的GPS達不到這樣的效果呢？

GPS定位的那些事兒！

夫子說，知其然必先知其所以然，所以要搞懂GPS的定位精度問題，必須先從GPS定位的原理說起。

1.GPS的定位原理

嗯，GPS定位的運算公式那是非常復雜，理論也相當多。這里我來簡單講一下，就是地球軌道上布滿了很多飛行的衛(wèi)星。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛(wèi)星——因為空間定位至少需要3顆衛(wèi)星（三維空間嘛）。

呃，恐怖的GPS計算公式，反正大家也看不懂，跳過吧！

這個圖好理解一些！環(huán)繞地球的GPS衛(wèi)星們在空中運行時不斷發(fā)射出電波。當GPS設備收到衛(wèi)星信號時，就可以讀取各個衛(wèi)星中各項參數，如仰止角度、運行速度、高度、軌道參數等。綜合三顆以上衛(wèi)星中的參數，就能計算出接收器當前的經度緯度，再配合地圖系統(tǒng)，就成為了人類能直接看懂的導航數據或位置了。

2.GPS的系統(tǒng)設備

所以說，GPS并不是簡簡單單一個手機或一塊芯片，它包含了三個系統(tǒng)：衛(wèi)星、地面控制系統(tǒng)及接收系統(tǒng)。

衛(wèi)星系統(tǒng)：一套完整的GPS系統(tǒng)需要24顆衛(wèi)星，其中包含21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星，它們位于距地表20200km的上空，均勻分布在6 個軌道面上，每個軌道面4 顆，軌道傾角為55°，這樣才能保證你無論在地球的任何位置都能被至少4顆衛(wèi)星“盯著”。中國古語云：“抬頭三尺有神明”，指的就是這種情況了，嘿嘿！

地面控制系統(tǒng)：GPS衛(wèi)星上的參數并非一塵不變，隨著時間推移和大氣參數變化等，衛(wèi)星的參數會發(fā)生變化，這就會導致GPS導航精度不準，所以就需要地面控制中心時刻對這些參數進行監(jiān)控，并微調它們。

接收系統(tǒng)：這個才是我們最常接觸的東東，如GPS導航儀和手機導航……。其實就是一塊能接受特定衛(wèi)星頻段信號并進行計算的芯片，只不過根據其搭載的設備不同，所以功率、大小與精確度都不同罷了。

GPS到底有多準？

GPS起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。20世紀70年代，美國陸?？杖娐摵涎兄屏诵乱淮l(wèi)星定位系統(tǒng)GPS 。主要目的是為陸海空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的。經過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星己布設完成。

P.S.這里要說的是，美國是全球第一個提出并建立衛(wèi)星定位系統(tǒng)的國家，所以它的系統(tǒng)就叫GPS，而后來大家將這個縮寫定義為了廣義的衛(wèi)星定位……。這就好比大家都做微博系統(tǒng)，結果新浪突然將網址改成了http：//weibo.com一樣，是屬于流氓行徑……。所以我們提到GPS時，大家要分清楚，什么時候講的是廣義的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，什么時候是專指美國的GPS系統(tǒng)。

目前全球的GPS系統(tǒng)主要有4套，包括：美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯“格洛納斯”（GLONASS）、中國的北斗系統(tǒng)（BDS）及歐盟正在組建的 “伽利略”（GALILEO）系統(tǒng)。

理論上來說，各套系統(tǒng)之間是不能通用的，所以要用那套系統(tǒng)，就需要購買該系統(tǒng)配套的芯片，目前市場上芯片保有量最大的當然是美國的全球定位系統(tǒng)，也就是我們說的“GPS芯片”。

說到這里，大家要問了，GPS有一套就可以了，全球通用嘛，為啥各個國家要搞自己的GPS呢？之前說了美國搞GPS最早是用于軍事，無論是進行遠程導彈打擊、防御及陣地戰(zhàn)，GPS的用處都非常大，甚至搞間諜活動，監(jiān)視對方，搜索定位對方，都用得著——在很多美國現代戰(zhàn)爭片和警匪片中我們都見識過GPS定位的作用，例如《速度與激情》系列、《黑鷹墜落》和最新火爆的《驚天魔盜團》中，警察蜀黍和軍隊的GG們都把GPS用到了淋漓精致！

而為了避免自己的軍事目標被其他國家——其實主要就是防美國通過GPS獲取，所以俄羅斯、中國和歐盟都開始建造自己的衛(wèi)星定位系統(tǒng)！

不過呢，一套GPS系統(tǒng)花費可不少，如果僅僅用于軍事，未免有點浪費。于是，在軍用的基礎上，各國又開發(fā)了民用級的GPS系統(tǒng)。這就有了我們手機上、汽車上和驢友手中的GPS設備。但是我們發(fā)現，自己使用的GPS好像沒有影視劇中的GPS那么神奇，至少在定位上，我們無法在室內搜索到衛(wèi)星。那么《綠箭俠》、《驚天魔盜團》中的JC蜀黍是如何用GPS將對手鎖定到某個房間中的？

這里我們要分成兩種情況來說。

第一種情況，是《綠箭俠》中使用的GPS系統(tǒng)。

剛才我們了解到GPS系統(tǒng)其實是分兩種規(guī)格，民用級和軍用級。但不管是軍用級還是民用級GPS，衛(wèi)星都在那里，不離不棄……，所以它們之間的區(qū)別只能是地面控制系統(tǒng)的修正數據以及接收端。

這是我國軍用北斗系統(tǒng)的終端接收器。和手機GPS相比，又重又厚，很不靈巧。在科技如此發(fā)達的今天，士兵用的GPS為啥不能輕巧便利呢？主要是兩者設備的功率不同，軍用級產品的功率大，精確度高，所用芯片的功能更多，所以設備體積大。而且軍用級產品還要考慮電池的續(xù)航時間，設備啟動快、搜星快、還得抗干擾，能在任何地形下都能準確定位。

而民用級的產品則不需要這些標準，只要在開敞的地方能搜到衛(wèi)星就行了。所以民用級GPS在房間內、車庫里，甚至在一些高樓林立的地區(qū)都沒信號，而軍用級GPS也許在下水道中都能準確定位！

我記得20 07年一家GPS公司QinetiQ曾經向外界推出了一款名為Ocellus S100的軍用級產品，它的最大特點就是在任何地方都能準確搜星定位，包括房間內。只是這種設備體積大，沒法集成在手機里面，而且售價很高，性價比對一般用戶來說實在是太低了。《綠箭俠》中豬腳如果使用的是這種級別的GPS，那么定位到具體哪個房間是很正常的事兒。就這一點來說，導演并未夸張。

事實上，就算民用級GPS，根據價格不同，其接收信號的能力也不相同，也分普通級和專業(yè)級的設備，其價格相差很大的！但在所有民用級GPS芯片中，集成在手機中的芯片功率最低，接收信號的能力也最弱，別說是在房間里，就算在建筑物較多的地方，都可能出現信號屏蔽的情況。

第二個情況是《驚天魔盜團》電影中展示的情況，警察蜀黍根據一臺被偷換的手機確定了魔盜團的位置和樓層。剛剛說了，手機中的GPS芯片是很弱的，無法在室內接收到衛(wèi)星的信號，所以，影片中所展示的是“基站定位系統(tǒng)”。

它和衛(wèi)星定位的原理很相似，只不過它用的參照物不是衛(wèi)星，而是手機信號的來源——基站。目前的手機通訊是蜂窩通訊，每個蜂窩通訊基站都有識別號。手機通訊時，信號通過所在區(qū)域最近的基站中轉，從而可進行定位！同樣，手機定位時周圍的基站越多，離手機的位置越近，定位就越準確。我們無從得知國外通信運營商基站覆蓋的情況如何，但據一些國外GEEK的實驗數據得知：在美國手機基站定位精度在50米以內的概率為67%，定位精度在150米以內的概率為90%。所以電影中警察通過基站鎖定了魔盜團在某一棟樓中，而不知道他們具體在某層樓，某個房間，只能逐一搜索。

Ok，說到這里，“姿勢”普及得差不多了，我們的結論就是，影視作品中關于GPS定位的大多數內容都是能實現的，因為那是利用軍用級或專業(yè)級設備。但一般人想要達到這種水準，就別想了—呃，其實也可以想，只要你的腎足夠多，或者天生是當土豪的命，那就拿錢砸吧！