最近SpaceX公司的獵鷹-9型火箭從佛羅里達州卡納維拉爾角升入天際，載著一顆方方正正、重達5，000磅、佈滿天線的

全球定位系統（GPS）衛星

飛向12，500英里外的目的地——中地球軌道。從這個遙遠的制高點，它很快就會向地球發射訊號，幫助你找到去郊區表哥的新房子或兩個州以外的度假勝地。

這些訊號很可能來自GPS III衛星，它是GPS衛星網群的最新成員， GPS服務已經成為人們日常生活中一個必不可少的親密夥伴。升級到第三代GPS，也就是GPS III，人們得到的不僅僅是天空中的新盒子式樣的衛星，而是一系列的服務升級。

全球定位系統（GPS）是國家的一個關鍵基礎設施，它對幾乎所有部門都是至關重要，它的大部分相關工作發生在幕後，人們看不見，而且這些工作的複雜程度和難度可能比你想像到的程度要大得多。GPS告訴人們身在哪裡，並幫助人們到達目的地，但該技術的核心是時間，而時間與生活中的方方面面的事情有關。

“和GPS相關的事宜比單純地提供駕駛方向要多得多。”該公司建造了那顆新的GPS III衛星。

根據美國國家標準和技術研究所2019年6月委託第三方進行的一項研究，發現GPS每天影響著美國大約10億美元的經濟。它的影響力，簡單地說，是令人震驚的。

GPS是少數幾個全球導航衛星系統中最重要的一個。長期以來GPS被不斷地改進和升級，旨在向地面提供更好的訊號，並使衛星在太空中更加可靠和耐用。這不僅對司機、飛行員、銀行家、地質學家、從事精準農業的農民，以及無人機和自動駕駛汽車的使用者來說都是個好訊息，而且對首先啟動整個GPS的部門——美國軍隊來說也是如此。

而美國軍方不僅僅是GPS的最大使用者，還在維護著GPS的運作，為全世界的人提供服務。

太空中的原子鐘

GPS是如何運作的？它的關鍵點就是太空中的原子鐘。

GPS是一種不間斷的線上服務，就像你家裡的電和水一樣，是一種可靠的公共服務，當你在GPS衛星提供的覆蓋範圍，就會獲得免費的GPS衛星發來的訊號。

在GPS系統中有31顆衛星，其中24顆被認為是核心衛星，是GPS系統正常提供服務的最低要求。這24顆衛星分佈在6個軌道平面上，所以在任何時候你都應該在至少4顆衛星的覆蓋範圍之內。剩下的7個衛星基本上是備用的，必要時可以替換使用。儘管它們不斷向地球發射訊號，人們會在手機、健身追蹤器或划船的衛星導航裝置上看到，但這些衛星並不知道你的位置，它們只是傳送訊號，就像太空中的收音機廣播站一樣。

“GPS衛星實際上只是高度精確的原子鐘，它透過無線訊號將時間訊號發射出去。”

在地面上，GPS接收器也就是iPhone或Galaxy手機，由於內部有一個GPS晶片，會接收到來自4顆或更多衛星的原子鐘時間訊號。透過測量訊號到達接收器的瞬間時刻的微小差異，它需要精確到納秒，也就是十億分之一秒，它可以計算出你的位置以及一個人是否在移動。

“定位功能是GPS系統的副產品，該公司生產的裝置包括健身追蹤器和智慧手錶。”“所有的衛星都在發射訊號，而且它們共同發射訊號的同步性是非常精確的，為了獲得人們的真正位置座標，必須解讀這些同步時間訊號。”

人們接到的時間資料將被轉化為高度精確的三維座標資訊，即緯度、經度和高度以及速度和方向。這時輪到谷歌地圖、蘋果地圖和其它地理資訊系統發揮作用。而這時終端消費者就出場了：你把一個街道地址輸入GPS，然後Waze應用程式告訴你要從27號出口下去，再走3。5英里，左轉進入你聽說過的啤酒和漢堡店的停車場。

也許你把接收到的時間資料只當作是一個時間戳，簡單明瞭。例如，每一筆金融交易都會記錄下它的時間戳，“時間資料的應用可能比你的定位用途要廣泛的多得多。”

美國太空軍的工作

美國太空軍是負責運營和維護GPS系統的部門。每顆衛星就像一個PODS儲存容器，金屬色而非白色，太陽能電池組像一對翅膀一樣伸出來，每天圍繞地球兩次。

即使這些衛星軌道是經過精確程式設計計算的，但衛星飛行軌道仍然需要晝夜不停地被照看著。

要想使GPS提供更精確的定位服務，還需要有GPS車來幫助微調衛星訊號。GPS車停在一個人工指定的、有著精確經度和緯度座標的實際地點。當用GPS工具接受GPS衛星訊號計算出該GPS車的位置資料時，如果這個GPS位置資料與GPS車的實際位置有誤差，那麼工作人員就需要通知衛星矯正訊號，從而達到微調GPS訊號的目的。

有兩個太空作業中隊從位於科羅拉多州科羅拉多斯普林斯以東的施裡弗空軍基地對GPS衛星進行監視和管控。還有16個GPS跟蹤站散佈在全球各地。

一年半前從空軍太空部隊分離出來的美國太空部隊，正在管理這項對全世界數百萬平民和企業使用的裝置至關重要的服務。GPS的起源可以追溯到20世紀70年代美國國防部的秘密工作，以尋求精確的目標定位。

1983年，在一架韓國航空公司的客機由於導航的錯誤而誤入蘇聯領空並被擊落，造成269人死亡之後，里根總統對GPS進行了解密，允許民用飛機使用導航訊號。近十年後，GPS在“沙漠風暴”行動中贏得了它作為重要的軍事資源的美名。在海灣戰爭中，它幫助指導美國和盟軍穿越沙漠地帶，迅速戰勝了伊拉克軍隊。

GPS III承諾，新系統的訊號將增強三倍，抗干擾能力將增強八倍，儘管人們可能不會很快看到大的變化。這些衛星預計將有15年的壽命，是上一代早期衛星的兩倍。

GPS III還有一個新的民用頻率，稱為L1C。除了幫助提高訊號強度外，它還與歐盟的GPS對應的伽利略系統相容。

2018年11月，美國接收伽利略訊號，這使得人們更有可能接到多顆衛星的訊號，甚至是兩位數，而從技術上講，只需要四顆就能獲得一個好的、準確的位置。增加了L1C訊號的GPS III可能會使情況變得更好。