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自从人类文明建立以来，“我在哪里?”的问题一直困扰着探索自然的人们，虽然在过去的几个世纪里，人们对自己居住的地球的认识有了长足的进步，但想在极短的时间内找到自己的方位也不是一件容易的事情。然而，恰恰很多人又对未知的世界充满了好奇，历史上各种探险，科考，猎奇活动从未间断过，这是本性使然，如果一个人在陌生的环境中迷失了方向，谁都知道这将意味着什么……幸运的是，拜航天技术和测绘技术的进步，GPS系统诞生了……
GPS是什么?GPS是GlobePosition-finding System。全球定位系统的缩写。GPS能给我们带来哪些好处呢?看看劳拉和印第安纳·琼斯就知道了，前者每次外出寻宝GPS都是标准装备，而后者只有靠可怜的、不完全的寻宝图与“居心叵测”的向导，谁让他出生在那个没有GPS的时代呢?如果换作是你，你愿意饰演一位劳拉，还是扮一回琼斯呢?
历史上为“织网”所做的努力
GPS系统的前身是美国军方研制的一种子午仪定位系统(经度 纬度)，叫做“Trans”，1958年研制成功、1964年投入正式使用。这个系统最初需要5～6颗卫星来完成数据采集、计算以及定位工作，由于卫星数量有限，Transit不能保证全天候工作，且无法采集高度信息，在定位精度方面也让众人为它捏把汗。不过这套系统为科学家们积累了宝贵的经验，更验证了卫星定位系统的可行性，于是卫星定位计划一个接一个地列上议事日程。
现在的GPS定位系统是由当初美国海军的Tinmation案和美国陆军的621-B计划合并而来的。从上世纪70年代初—直到1994年完成主要的卫星发射任务，GPS系统总共历时20余年，耗资2DO亿美元，终于搭起了一张“天网”，不过这时候的GPS系统仍然属于军方装备。在2000年左右，美国军方放宽了民用级GPS的使用限制，民用GPS市场才迅速升温。
“天罗地网”是如何搭建而成的呢?
如果你认为GPS只是太空中的几颗卫星，那就大错特错了。GPS应该是一个完整的系统，为用户提供全球定位服务就需要通过太空部分(信息发送端)、地面控制部分(地面控制端)以及用户设备(信号接收端)来协同工作；当然，随着民用GPS市场的蓬勃发展，电子地图也成为GPS系统中非常重要的一个部分。
游戈于太空中的“天罗”——GPS卫星
GPS系统拥有24颗定位卫星，分别以55°的倾角运行于6个不同的轨道面上，平均每个轨道面分布着4颗卫星，其中包含了3颗备用卫星(24颗卫星实际上是21＋3的结构)，轨道平面与地面的平均距离20200km。这样的组成能够保证在地球表面任何地点、任何时刻都有至少4颗卫星在地平线以上，从而顺利实现在全球范围内的连续定位能力。
我们知道，环绕地球飞行的卫星往往“身兼数职”。GPS卫星也不例外，不过它们最主要的用途还是向地面不间断地发送电码，来帮助人们定位。GPS卫星用于定位的电码主要有两组，一组是C/A码fCoarse/Acqaisition Code)，另外一组则是P码(Procise Code)；前者对应民用级信号，定位精度较低，后者对应军方使用信号，保密程度较高且定位更加精准。在2000年之前，由于冷战思维的存在，为了防止GPS信号被它国利用，美国对民用级的C/A码进行了干扰，其定位精度在100m左右；2000年时美国取消了这种干扰政策，让民用级GPS信号的分辨精度提高到10m的级别。
会思考的“大脑”——地面控制端
地面控制部分经常被人们所忽略，实际上GPS系统定位的精确性完全仰赖于地面控制部分的指挥。众所周知，卫星的运行轨迹不可能恒久不变，受到复杂的空间万有引力以及宇宙尘埃的影响，卫星每圈的运行轨迹未必完全重叠；而电码信号也会受到天气、地球磁场以及大气层电离情况等多方面因素的影响，利用卫星信号定位时就很难保证精确度。
地面控制中心的作用就是针对这些参数的变化做出实时修正、补偿误差以保证精确度。地面控制部分由5个全球监控站组成(主控站：科罗拉多·斯普林斯Colorado Springs，控制站：阿森松群岛Ascencion、达哥伽西亚Diego Garcia、卡瓦加兰kwajalein，监测站：夏威夷Hawaii)，这5个监控站中有极其精确的铯钟(原子钟的一种，拥有极高的计时准确性)，监控站将采集到的卫星信号结合电离层和气象数据初步处理之后发送给主控制站；主控制站对所有数据进行跟踪处理，计算出每颗卫星精确的轨道和时钟参数，再通过其它控制站一起把这些数据发送给卫星，每天更新一次修正参数，如此反复。值得一提的是，如果哪颗卫星因为故障没有收到这些信息，该卫星发送的电码定位信号依然可以使用，但是精度会慢慢降低。
无处不在的“地网”——用户接收设备
我们这里说的“用户设备”不是指常见的GPS导航仪或者是GPS手机这些成品，而是特指这些设备中与GPS接收/解码相关的天线与计算电路，这部分元器件的主要作用就是捕获和接收地平线一定角度(专业说法叫做“截止角度”)以上卫星发出的电码信号，来跟踪这些卫星的运行。通过处理这些电码信号，设备就可以测量出天线到卫星的“伪距离”(受大气干扰，而并非真实距离)和距离的变化率，进而计算出卫星的轨道参数。最后就是通过特定的算法，计算得到用户目前所在地的经纬度、高度、速度、方向以及时间等信息。
锁定你的方位——电子地图
传统的GPS设备就算得到了经纬度这些数据，但对于普通用户来说依然无法直接使用，毕竟谁也不能整天抱着一个硕大的地球仪到处乱跑；所以为了方便用户的使用，民用GPS都进行了扩展——为GPS设备增加了电子地图，这样将经纬度信号直接与地图上的坐标联系起来，用地图来实现定位。
最初的电子地图较为原始，仅仅是纸质地图的翻版快际上就是(JPG或者GIF图片)。这种地图的优势是信息来源广泛，纸质地图的开发已经非常成熟，一定程度上找一张高精度的纸质地图，扫描后再对地图上的两、三个点定位就能够完成整张地图的匹配。但是这种地图的缺点也很致命，一张1:10000的上海市地图就需要几百MB的存储空间，分辨率却仅仅能够显示出市区的交通干道，而且处理这么大数据量的文件对掌上设备也是一种考验。因此在GPS用户较多的大中城市，首先开始使用矢量地图。
看看GPS是如何把你“揪”出来的
在前面我们知道，用户手中的GPS接收端是依靠卫星的广播信号来工作的。所以即使地面上的使用设备再多，也不会产生“堵塞”现象，那为什么有些GPS设备在开机时需要很长时间，而另外一些GPS则相当快速呢?为什么有 些GPS定位时精准无比，而有些GPS显示的位置却跳来跳去?这一切。都要从GPS的工作方式上去找到答案。
独门秘方之星历算法 在卫星的载波信号上面，还加载了一个50Hz的星历信息，总长15000bit；也就是说，在50Hz的标准发送条件下，每发送一个完整星历信号都需要30秒，如此循环。星历中记载了卫星的轨道参数、时钟参数、轨道修正值以及大气层对GPS信号折射的修正值等，GPS接收机通过它计算出某一时刻卫星在空间中的位置，然后对比3颗卫星在空间中的相对位置，最后得到自己所处的经纬度与高度信息，如果需要完成导航或者其它功能(与时间相关的信息量等等)，则需要四颗卫星的支持。
GPS的启动时间为什么会有长有短?
卫星和用户之间的距离是不断变化的，所以接收到的星历信息也在不断变化。关机(不切断电源)后，当前的星历信息仍会保存在GPS接收机内以备下次使用。可见影响启动时间的关键因素有两个：接收星历的时间和计算位置的时间。参照这两个因素，就可以区别三种不同启动状态了。
a)设备冷启动
冷启动是指存储的星历信息完全丢失或者完全不可用后，重新启动的过程。由于需要重新完成搜索卫星再得到星历信息，这种情况下耗时最长，一般在开阔地带无干扰的情况下需要1分钟时间以上(接收星历的30秒再加上计算位置所需的时间)。初次启动GPS，或者电池耗尽再开机(储存的星历完全丢失)，都是典型的冷启动；在关机状态下移动1000km以上的距离后再开机，或者开机后能搜索到的卫星已经完全发生了变化，也只能进行冷启动。
b)设备热启动
与冷启动相对而言，热启动是指关机2个小时内重新开机。这时之前搜索到的卫星大部分(超过4颗)还在截止角度之内，所以之前存储的星历信息大部分有效，设备能够根据这些星历信息快速找到相关卫星，因此启动时间往往只需要十几秒钟(无需30秒接收星历的时间)。
c)设备暖启动
冷启动和热启动与计算机的启动过程有些类似，而暖启动则是GPS设备上的一个新概念。GPS设备暖启动是指关机时间超过2个小时，这时候之前定位的卫星可能已经运行至截止角度以下，原来的星历只有部分可用(如果完全不可用那就是冷启动了)。所以暖启动的速度介于冷启动和热启动之间，一般需要45秒到一分钟。
除此之外，影响开机启动速度的还有很多其它因素。比方说GPS芯片的信号接收强度，目前最流行的美国SiRF(瑟孚)三代芯片。可以找到最多的卫星数量，良好的信号有利于加快开机速度；其次是使用环境，在空旷的开阔地时启动速度最快，这是因为城市的高楼会阻挡和折射(干扰)卫星信号，天气因素也会影响启动速度，信号在穿过大气层时会部分衰减，如果云层较厚甚至无法收到信号。
GPS设备的“漂移”问题
接触过GPS的用户可能都会遇到一些令人啼笑皆非的尴尬事儿——结合高精度的地图，车在立交桥上跑，而GPS却显示车辆正悬浮在空中；拿着GPS设备进了商场，而屏幕上却显示在附近的道路上“跳来跳去”……
这就是GPS常见的“漂移”现象。应该说出现漂移的罪魁祸首是硬件，不过软件也“难辞其咎”：
a)首先，不得不承认民用级别的GPS定位精度只有10m左右，出现误差在所难免。
b)其次，用户的GPS设备也存在一定的影响。因为星历算法中是根据信号到达的时间来计算与卫星之间的距离，时间是一个非常重要的参数。而普通用户不可能装备极其精密的铯钟来作为计时器，价廉物美而且轻巧的晶振无疑是很好的替代品——但晶振工作时很容易受温度影响，严重时甚至产生us级(1us＝10-6s)的误差，在星历算法中1us就意味着300m的距离差；
c)第三，GPS芯片也存在一个灵敏度的问题。前面我们说到SiRF的第三代芯片能够找到最多的卫星就是因为灵敏度超高；但是这也是其最大的软肋，商灵敏度的元器件很容易将一些被反射过的卫星电码一起接收进来处理。所以在城市中使用时，SiRF第三代芯片也是非常容易发生漂移的，反过来，在野外时SiRF芯片高灵敏度的优势又一览无余……
d)最后，软件问题也可能导致漂移的发生。例如，我们在使用通过纸质地图转换的导航图时，可能出现“人在桥上跑，车在天上飞”的故障，而使用完全的矢量地图时，则很少出现这个问题。这并不是误差被消除了，而是软件智能地进行了补偿，消除了一些不应该出现的故障一例如在车载式GPS中，车辆是不能离开道路的，就算你把GPS拿到了家里，屏幕上显示的信息依然是公路上，这就是所谓的“锁路”功能。有了锁路功能之后，汽车就不会出现在河流中，又或者沿着铁路线飞奔……，而手持式设备则没有这个限制(有些需要用户设置)。
GPS是如何来计算速度和方向的呢?
大家都知道GPS可以定位地表任何一个点的坐标，那它是如何来测量前进方向和速度的呢?是不是根据相邻两个点的方位变化来直接计算?大多数人都会这样想，但其实是不正确的。GPS设备在计算前进方向的时候，利用的是多普勒效应，而不是简单的方位差。
多普勒效应是指在一个波形周期内(对于GPS来说就是电磁波信号的一个波长周期)，发送者与接收者之间位置距离的相对变化。最简单的一个例子，就是两列火车相遇时，火车开过来的时候汽笛声会非常尖锐(频率高)。这是因为人感知的声音速度叠加了火车的速度，声音的波形相对被压缩，而火车在远离时，汽笛声又会明显低沉许多，则是因为周期波形被拉长，频率降低。
GPS卫星与用户之间也存在着多普勒效应，这样在计算时，扣除卫星相对于地表的移动部分，剩下的那部分位移就是接收端移动的部分。按照这种算法，GPS可以将速度的变化量精确到0.5km/h，而我们正常散步时的速度也有3km/h，可见多普勒效应的精确程度。
在计算方向信号时，需要对前几秒钟的方向进行平均加权，而并不是取最后两秒钟的延长线方向，所以我们如果突然转变方向，在GPS设备上看到的依然是一个缓慢转换的过程。
在本期的文章中我们重点给大家介绍了关于GPS的基础知识和GPS经常遇到的一些问题，就像GPS层出不穷的玩法儿一样；关于GPS的硬件设备的知识也是一个巨太的磁石矿，吸引我们去进一步开采和挖掘，在下一期中我们将继续GPS的故事，话题就是GPS的硬件设备们……
GPS是什么?GPS是GlobePosition-finding System。全球定位系统的缩写。GPS能给我们带来哪些好处呢?看看劳拉和印第安纳·琼斯就知道了，前者每次外出寻宝GPS都是标准装备，而后者只有靠可怜的、不完全的寻宝图与“居心叵测”的向导，谁让他出生在那个没有GPS的时代呢?如果换作是你，你愿意饰演一位劳拉，还是扮一回琼斯呢?
历史上为“织网”所做的努力
GPS系统的前身是美国军方研制的一种子午仪定位系统(经度 纬度)，叫做“Trans”，1958年研制成功、1964年投入正式使用。这个系统最初需要5～6颗卫星来完成数据采集、计算以及定位工作，由于卫星数量有限，Transit不能保证全天候工作，且无法采集高度信息，在定位精度方面也让众人为它捏把汗。不过这套系统为科学家们积累了宝贵的经验，更验证了卫星定位系统的可行性，于是卫星定位计划一个接一个地列上议事日程。
现在的GPS定位系统是由当初美国海军的Tinmation案和美国陆军的621-B计划合并而来的。从上世纪70年代初—直到1994年完成主要的卫星发射任务，GPS系统总共历时20余年，耗资2DO亿美元，终于搭起了一张“天网”，不过这时候的GPS系统仍然属于军方装备。在2000年左右，美国军方放宽了民用级GPS的使用限制，民用GPS市场才迅速升温。
“天罗地网”是如何搭建而成的呢?
如果你认为GPS只是太空中的几颗卫星，那就大错特错了。GPS应该是一个完整的系统，为用户提供全球定位服务就需要通过太空部分(信息发送端)、地面控制部分(地面控制端)以及用户设备(信号接收端)来协同工作；当然，随着民用GPS市场的蓬勃发展，电子地图也成为GPS系统中非常重要的一个部分。
游戈于太空中的“天罗”——GPS卫星
GPS系统拥有24颗定位卫星，分别以55°的倾角运行于6个不同的轨道面上，平均每个轨道面分布着4颗卫星，其中包含了3颗备用卫星(24颗卫星实际上是21＋3的结构)，轨道平面与地面的平均距离20200km。这样的组成能够保证在地球表面任何地点、任何时刻都有至少4颗卫星在地平线以上，从而顺利实现在全球范围内的连续定位能力。
我们知道，环绕地球飞行的卫星往往“身兼数职”。GPS卫星也不例外，不过它们最主要的用途还是向地面不间断地发送电码，来帮助人们定位。GPS卫星用于定位的电码主要有两组，一组是C/A码fCoarse/Acqaisition Code)，另外一组则是P码(Procise Code)；前者对应民用级信号，定位精度较低，后者对应军方使用信号，保密程度较高且定位更加精准。在2000年之前，由于冷战思维的存在，为了防止GPS信号被它国利用，美国对民用级的C/A码进行了干扰，其定位精度在100m左右；2000年时美国取消了这种干扰政策，让民用级GPS信号的分辨精度提高到10m的级别。
会思考的“大脑”——地面控制端
地面控制部分经常被人们所忽略，实际上GPS系统定位的精确性完全仰赖于地面控制部分的指挥。众所周知，卫星的运行轨迹不可能恒久不变，受到复杂的空间万有引力以及宇宙尘埃的影响，卫星每圈的运行轨迹未必完全重叠；而电码信号也会受到天气、地球磁场以及大气层电离情况等多方面因素的影响，利用卫星信号定位时就很难保证精确度。
地面控制中心的作用就是针对这些参数的变化做出实时修正、补偿误差以保证精确度。地面控制部分由5个全球监控站组成(主控站：科罗拉多·斯普林斯Colorado Springs，控制站：阿森松群岛Ascencion、达哥伽西亚Diego Garcia、卡瓦加兰kwajalein，监测站：夏威夷Hawaii)，这5个监控站中有极其精确的铯钟(原子钟的一种，拥有极高的计时准确性)，监控站将采集到的卫星信号结合电离层和气象数据初步处理之后发送给主控制站；主控制站对所有数据进行跟踪处理，计算出每颗卫星精确的轨道和时钟参数，再通过其它控制站一起把这些数据发送给卫星，每天更新一次修正参数，如此反复。值得一提的是，如果哪颗卫星因为故障没有收到这些信息，该卫星发送的电码定位信号依然可以使用，但是精度会慢慢降低。
无处不在的“地网”——用户接收设备
我们这里说的“用户设备”不是指常见的GPS导航仪或者是GPS手机这些成品，而是特指这些设备中与GPS接收/解码相关的天线与计算电路，这部分元器件的主要作用就是捕获和接收地平线一定角度(专业说法叫做“截止角度”)以上卫星发出的电码信号，来跟踪这些卫星的运行。通过处理这些电码信号，设备就可以测量出天线到卫星的“伪距离”(受大气干扰，而并非真实距离)和距离的变化率，进而计算出卫星的轨道参数。最后就是通过特定的算法，计算得到用户目前所在地的经纬度、高度、速度、方向以及时间等信息。
锁定你的方位——电子地图
传统的GPS设备就算得到了经纬度这些数据，但对于普通用户来说依然无法直接使用，毕竟谁也不能整天抱着一个硕大的地球仪到处乱跑；所以为了方便用户的使用，民用GPS都进行了扩展——为GPS设备增加了电子地图，这样将经纬度信号直接与地图上的坐标联系起来，用地图来实现定位。
最初的电子地图较为原始，仅仅是纸质地图的翻版快际上就是(JPG或者GIF图片)。这种地图的优势是信息来源广泛，纸质地图的开发已经非常成熟，一定程度上找一张高精度的纸质地图，扫描后再对地图上的两、三个点定位就能够完成整张地图的匹配。但是这种地图的缺点也很致命，一张1:10000的上海市地图就需要几百MB的存储空间，分辨率却仅仅能够显示出市区的交通干道，而且处理这么大数据量的文件对掌上设备也是一种考验。因此在GPS用户较多的大中城市，首先开始使用矢量地图。
看看GPS是如何把你“揪”出来的
在前面我们知道，用户手中的GPS接收端是依靠卫星的广播信号来工作的。所以即使地面上的使用设备再多，也不会产生“堵塞”现象，那为什么有些GPS设备在开机时需要很长时间，而另外一些GPS则相当快速呢?为什么有 些GPS定位时精准无比，而有些GPS显示的位置却跳来跳去?这一切。都要从GPS的工作方式上去找到答案。
独门秘方之星历算法 在卫星的载波信号上面，还加载了一个50Hz的星历信息，总长15000bit；也就是说，在50Hz的标准发送条件下，每发送一个完整星历信号都需要30秒，如此循环。星历中记载了卫星的轨道参数、时钟参数、轨道修正值以及大气层对GPS信号折射的修正值等，GPS接收机通过它计算出某一时刻卫星在空间中的位置，然后对比3颗卫星在空间中的相对位置，最后得到自己所处的经纬度与高度信息，如果需要完成导航或者其它功能(与时间相关的信息量等等)，则需要四颗卫星的支持。
GPS的启动时间为什么会有长有短?
卫星和用户之间的距离是不断变化的，所以接收到的星历信息也在不断变化。关机(不切断电源)后，当前的星历信息仍会保存在GPS接收机内以备下次使用。可见影响启动时间的关键因素有两个：接收星历的时间和计算位置的时间。参照这两个因素，就可以区别三种不同启动状态了。
a)设备冷启动
冷启动是指存储的星历信息完全丢失或者完全不可用后，重新启动的过程。由于需要重新完成搜索卫星再得到星历信息，这种情况下耗时最长，一般在开阔地带无干扰的情况下需要1分钟时间以上(接收星历的30秒再加上计算位置所需的时间)。初次启动GPS，或者电池耗尽再开机(储存的星历完全丢失)，都是典型的冷启动；在关机状态下移动1000km以上的距离后再开机，或者开机后能搜索到的卫星已经完全发生了变化，也只能进行冷启动。
b)设备热启动
与冷启动相对而言，热启动是指关机2个小时内重新开机。这时之前搜索到的卫星大部分(超过4颗)还在截止角度之内，所以之前存储的星历信息大部分有效，设备能够根据这些星历信息快速找到相关卫星，因此启动时间往往只需要十几秒钟(无需30秒接收星历的时间)。
c)设备暖启动
冷启动和热启动与计算机的启动过程有些类似，而暖启动则是GPS设备上的一个新概念。GPS设备暖启动是指关机时间超过2个小时，这时候之前定位的卫星可能已经运行至截止角度以下，原来的星历只有部分可用(如果完全不可用那就是冷启动了)。所以暖启动的速度介于冷启动和热启动之间，一般需要45秒到一分钟。
除此之外，影响开机启动速度的还有很多其它因素。比方说GPS芯片的信号接收强度，目前最流行的美国SiRF(瑟孚)三代芯片。可以找到最多的卫星数量，良好的信号有利于加快开机速度；其次是使用环境，在空旷的开阔地时启动速度最快，这是因为城市的高楼会阻挡和折射(干扰)卫星信号，天气因素也会影响启动速度，信号在穿过大气层时会部分衰减，如果云层较厚甚至无法收到信号。
GPS设备的“漂移”问题
接触过GPS的用户可能都会遇到一些令人啼笑皆非的尴尬事儿——结合高精度的地图，车在立交桥上跑，而GPS却显示车辆正悬浮在空中；拿着GPS设备进了商场，而屏幕上却显示在附近的道路上“跳来跳去”……
这就是GPS常见的“漂移”现象。应该说出现漂移的罪魁祸首是硬件，不过软件也“难辞其咎”：
a)首先，不得不承认民用级别的GPS定位精度只有10m左右，出现误差在所难免。
b)其次，用户的GPS设备也存在一定的影响。因为星历算法中是根据信号到达的时间来计算与卫星之间的距离，时间是一个非常重要的参数。而普通用户不可能装备极其精密的铯钟来作为计时器，价廉物美而且轻巧的晶振无疑是很好的替代品——但晶振工作时很容易受温度影响，严重时甚至产生us级(1us＝10-6s)的误差，在星历算法中1us就意味着300m的距离差；
c)第三，GPS芯片也存在一个灵敏度的问题。前面我们说到SiRF的第三代芯片能够找到最多的卫星就是因为灵敏度超高；但是这也是其最大的软肋，商灵敏度的元器件很容易将一些被反射过的卫星电码一起接收进来处理。所以在城市中使用时，SiRF第三代芯片也是非常容易发生漂移的，反过来，在野外时SiRF芯片高灵敏度的优势又一览无余……
d)最后，软件问题也可能导致漂移的发生。例如，我们在使用通过纸质地图转换的导航图时，可能出现“人在桥上跑，车在天上飞”的故障，而使用完全的矢量地图时，则很少出现这个问题。这并不是误差被消除了，而是软件智能地进行了补偿，消除了一些不应该出现的故障一例如在车载式GPS中，车辆是不能离开道路的，就算你把GPS拿到了家里，屏幕上显示的信息依然是公路上，这就是所谓的“锁路”功能。有了锁路功能之后，汽车就不会出现在河流中，又或者沿着铁路线飞奔……，而手持式设备则没有这个限制(有些需要用户设置)。
GPS是如何来计算速度和方向的呢?
大家都知道GPS可以定位地表任何一个点的坐标，那它是如何来测量前进方向和速度的呢?是不是根据相邻两个点的方位变化来直接计算?大多数人都会这样想，但其实是不正确的。GPS设备在计算前进方向的时候，利用的是多普勒效应，而不是简单的方位差。
多普勒效应是指在一个波形周期内(对于GPS来说就是电磁波信号的一个波长周期)，发送者与接收者之间位置距离的相对变化。最简单的一个例子，就是两列火车相遇时，火车开过来的时候汽笛声会非常尖锐(频率高)。这是因为人感知的声音速度叠加了火车的速度，声音的波形相对被压缩，而火车在远离时，汽笛声又会明显低沉许多，则是因为周期波形被拉长，频率降低。
GPS卫星与用户之间也存在着多普勒效应，这样在计算时，扣除卫星相对于地表的移动部分，剩下的那部分位移就是接收端移动的部分。按照这种算法，GPS可以将速度的变化量精确到0.5km/h，而我们正常散步时的速度也有3km/h，可见多普勒效应的精确程度。
在计算方向信号时，需要对前几秒钟的方向进行平均加权，而并不是取最后两秒钟的延长线方向，所以我们如果突然转变方向，在GPS设备上看到的依然是一个缓慢转换的过程。
在本期的文章中我们重点给大家介绍了关于GPS的基础知识和GPS经常遇到的一些问题，就像GPS层出不穷的玩法儿一样；关于GPS的硬件设备的知识也是一个巨太的磁石矿，吸引我们去进一步开采和挖掘，在下一期中我们将继续GPS的故事，话题就是GPS的硬件设备们……