原標(biāo)題：GPS手表的工作原理

　　雖然在穿越未知領(lǐng)域時(shí)攜帶無(wú)電池紙質(zhì)地圖是明智的，但 GPS 手表可以帶您前往地球上的任何地方。 RGSTUDIO / GETTY IMAGES

　　如果您有一種方法可以準(zhǔn)確記錄您在鍛煉中付出了多少努力，您會(huì)怎么做?如果您知道每一步、皮劃艇劃槳的每一劃或自行車踏板的每一次轉(zhuǎn)動(dòng)都經(jīng)過(guò)微調(diào)，以為您提供您想要的健身效果，您可以節(jié)省多少時(shí)間?你會(huì)做出更好的決定 - 并有更多的樂(lè)趣 - 如果你能瞥一眼你的手腕并訪問(wèn)高度精確的導(dǎo)航和 天氣工具?

　　除非你已經(jīng)完全與技術(shù)隔絕了十多年，否則你知道這不是科幻小說(shuō)： 全球定位系統(tǒng) (全球定位系統(tǒng))技術(shù)徹底改變了我們?cè)诘厍蛏系囊苿?dòng)方式。該系統(tǒng)的恒星是一個(gè)由24顆衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡(luò)，它們以精確跟蹤的軌道環(huán)繞地球。它們同步以在同一時(shí)間廣播獨(dú)特的信號(hào)，飛機(jī)、汽車甚至手機(jī)中的接收器單元都用它來(lái)計(jì)算它們相對(duì)于衛(wèi)星的位置。如果您的GPS裝置可以從至少三顆衛(wèi)星(盡管最好是四顆)接收信號(hào)，它可以計(jì)算出您的緯度，經(jīng)度，速度和高度在幾英尺或幾米之內(nèi)。

　　一系列制造商正在將這種曾經(jīng)被歸類的軍事技術(shù)用于各種用途，例如構(gòu)建越來(lái)越精確的導(dǎo)航工具，并使用手機(jī)GPS跟蹤為特定位置的特定用戶定制廣告活動(dòng)。體育用品公司已經(jīng)全心全意地加入了這一潮流，為運(yùn)動(dòng)員和戶外探險(xiǎn)家設(shè)計(jì)的手表大小的GPS工具迅速擴(kuò)大。

　　這些手表大小的計(jì)算機(jī)通常帶有基于位置的信息庫(kù);今天可以買一個(gè)GPS手表，讓你在打開盒子的幾分鐘內(nèi)找到你的位置 - 地球上的任何地方。但GPS手表遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡(jiǎn)單的“嘿，看看我在哪里”的噱頭。只需對(duì)手表的工作原理有一點(diǎn)了解，您就可以更聰明地訓(xùn)練并在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中表現(xiàn)更好。無(wú)需等待運(yùn)動(dòng)和健身的未來(lái) - 它今天就在這里，它適合您的手腕。

　　GPS技術(shù)的歷史

　　軌道上的GPS衛(wèi)星。

　　照片由美國(guó)陸軍提供全球定位系統(tǒng) 它的起源可以追溯到太空飛行的誕生;它背后的原理匯集在一起，美國(guó)科學(xué)家爭(zhēng)先恐后地追蹤 人造衛(wèi)星，該衛(wèi)星于1957年10月由蘇聯(lián)送入軌道。約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的研究人員William Guier博士和George Weiffenbach博士發(fā)現(xiàn)，他們可以根據(jù)多普勒效應(yīng)跟蹤早期衛(wèi)星的位置：從移動(dòng)衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)在接近或遠(yuǎn)離接收站時(shí)似乎會(huì)失真。通過(guò)測(cè)量失真的性質(zhì)和嚴(yán)重程度，人們可以計(jì)算出衛(wèi)星軌道的方向。

　　APL公司研究員弗蘭克·麥克盧爾(Frank McClure)表示，跟蹤系統(tǒng)也可以反過(guò)來(lái)工作：通過(guò)跟蹤具有精確已知軌道的衛(wèi)星并評(píng)估其信號(hào)中產(chǎn)生的多普勒頻移，地面上的人可以在任何可以接收信號(hào)的地方識(shí)別他的位置。美國(guó)海軍將該系統(tǒng)擴(kuò)展到海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，該系統(tǒng)在1964年積極引導(dǎo)船只。(有關(guān)GPS歷史的更多信息，請(qǐng)查看我們的文章 GPS 接收器的工作原理.)

　　軍方贊助的研究一直持續(xù)到1970年代和80年代，因?yàn)榭茖W(xué)家們?cè)噲D提高衛(wèi)星導(dǎo)航的信號(hào)精度，可靠性和速度。技術(shù)從跟蹤多普勒頻移轉(zhuǎn)向使用三角測(cè)量和信號(hào)定時(shí)：信號(hào)到達(dá)接收器的時(shí)間越長(zhǎng)，衛(wèi)星在發(fā)送信號(hào)的那一刻就越遠(yuǎn)。 到 1980 年代，GPS 是美國(guó)軍隊(duì)及其盟國(guó)所有部門久經(jīng)考驗(yàn)的工具，當(dāng)時(shí)美國(guó)政府開始允許廣泛的平民獲得該技術(shù) [來(lái)源： 帕金森].

　　早期的民用GPS裝置又大又重，限制了它們對(duì)移動(dòng)用戶的實(shí)用性。但它們有一個(gè)更嚴(yán)重的缺點(diǎn)：它們并不那么準(zhǔn)確。為了防止敵人進(jìn)入導(dǎo)航信號(hào)，美軍采用了 抖動(dòng)： 故意干擾衛(wèi)星的定時(shí)信號(hào)，未經(jīng)授權(quán)的用戶無(wú)法解碼。這將民用GPS精度限制在約300英尺(100米)。直到2000年，美國(guó)政府才終于消除了抖動(dòng)，使精確的民用導(dǎo)航成為可能。GPS隨后成為任何需要知道他們?cè)谀睦?，他們旅行的速度或如何到達(dá)他們想去的地方的人的有用工具[來(lái)源： 帕金森; 導(dǎo)航].

　　因此，這解決了精度問(wèn)題，但是GPS單元制造商如何制造出合理便攜尺寸的產(chǎn)品?

　　令人難以置信的縮小GPS單元

　　這些1999年的空軍GPS裝置看起來(lái)長(zhǎng)約6英寸(15厘米)，當(dāng)時(shí)很輕，但與今天的微型GPS技術(shù)相去甚遠(yuǎn)。

　　國(guó)防部照片：美國(guó)空軍技術(shù)中士LANCE CHEUNG拍攝無(wú)抖動(dòng)GPS技術(shù)的普及恰逢電子產(chǎn)品小型化的革命 - 想想現(xiàn)代人有多少 筆記本 比您在 1996 年使用的重量還要重。GPS 開發(fā)人員接受了創(chuàng)新，例如 表面貼裝技術(shù) (貼片)，其中微小的組件直接焊接到電路板上(而不是使用引線進(jìn)行連接)，以及機(jī)器人組件，有助于將GPS接收器核心的定時(shí)和信號(hào)處理芯片縮小為微小的組件。今天，它們幾乎太小了，沒(méi)有放大倍率就看不清[來(lái)源： 普爾].

　　研究人員通過(guò)應(yīng)用 分形幾何 - 涉及由重復(fù)的，可擴(kuò)展的圖案組成的形狀 - 設(shè)計(jì)強(qiáng)大的接收器天線，實(shí)際上折疊成微小的空間。這個(gè)重要(也是曾經(jīng)笨重的)部分 全球定位系統(tǒng)接收器 包裝變得足夠小，可以隱藏在智能手機(jī)的纖薄外殼中 - 或手表的機(jī)身[來(lái)源：Rusu和Baican; 米科拉].

　　第一批GPS手表基本上是手持GPS單元的小型版本，長(zhǎng)約2至3英寸(約50至75毫米)，寬約1英寸(25毫米)，并附有腕帶。盡管它們確實(shí)比21世紀(jì)初的大多數(shù)其他GPS裝置更小更輕，但它們?nèi)匀蛔銐虼?，可以用一個(gè)長(zhǎng)距離跑步 - 更不用說(shuō)在鍛煉后跑到咖啡店，手臂上的東西 - 比許多運(yùn)動(dòng)員的麻煩更多[來(lái)源： 沃爾曼].

　　依賴于知道一個(gè)人相對(duì)于目標(biāo)的位置的運(yùn)動(dòng)，例如高爾夫，在這個(gè)小型化過(guò)程的早期采用了GPS。例如，著名的高爾夫冠軍和球場(chǎng)設(shè)計(jì)師格雷格·諾曼(Greg Norman)于2002年成為高爾夫相關(guān)GPS產(chǎn)品生產(chǎn)商Inforetech的顧問(wèn)[來(lái)源：GPS工業(yè)]。但總的來(lái)說(shuō)，消費(fèi)者需要兩個(gè)技術(shù)步驟才能開始大規(guī)模采用GPS手表。

　　使 GPS 手表有用

　　如今，為跑步者、高爾夫球手和其他重視輕量級(jí)裝備的運(yùn)動(dòng)愛好者打造的 GPS 手表幾乎(如果有的話)比時(shí)尚手表大。

　　赫梅拉/思源為了變得真正有用(因此可以銷售)，GPS手表必須首先變得像手表一樣。這一點(diǎn)終于在 2010 年左右達(dá)到，截至 2012 年，您可以購(gòu)買與市場(chǎng)上任何其他時(shí)尚手表相同尺寸、形狀和一般風(fēng)格的 GPS 手表。一些型號(hào)，例如2012年2月發(fā)布的13毫米(0.51英寸)厚的原型 愛普生，實(shí)際上比許多非GPS運(yùn)動(dòng)手表都小[來(lái)源： 塔克].

　　不過(guò)，小尺寸并不意味著功能數(shù)量少，這就是GPS手表真正成為有用的訓(xùn)練工具的地方。在任何給定時(shí)刻確切地知道你在哪里是很好的，但除非你在偏僻的地方或試圖選擇一個(gè)位于未知球道中間的俱樂(lè)部，否則申請(qǐng)是有限的。GPS手表制造商看到了這一點(diǎn)，并通過(guò)添加其他運(yùn)動(dòng)設(shè)備(如自行車碼表，計(jì)步器和心率監(jiān)測(cè)器)的功能來(lái)擴(kuò)展其產(chǎn)品的多功能性。

　　許多GPS手表可以使用無(wú)線信號(hào)與其他設(shè)備同步，例如ANT+，一種小型節(jié)能系統(tǒng)。這些附加設(shè)備通常測(cè)量 生物測(cè)定學(xué)：身體系統(tǒng)測(cè)量，如心率，運(yùn)動(dòng)員可以用來(lái)衡量他們的鍛煉強(qiáng)度。GPS 手表附帶的其他傳感器可能包括跟蹤跑步者步幅的鞋式踏頻監(jiān)視器和安裝在自行車上的傳感器，用于檢測(cè)車輪速度和騎手通過(guò)踏板施加的力。這些手表附帶的計(jì)算機(jī)軟件允許用戶以無(wú)線方式或通過(guò) USB端口.通過(guò)在手表中輸入身高、體重和年齡等基本信息，精通技術(shù)的運(yùn)動(dòng)員可以擁有一個(gè)精確的、特定于運(yùn)動(dòng)的工具，即 21 世紀(jì)版本的運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練日記。

　　位置和生物識(shí)別數(shù)據(jù)的這種結(jié)合是使GPS手表物有所值的原因。但與許多技術(shù)設(shè)備場(chǎng)景一樣，很容易被可用的選項(xiàng)所淹沒(méi)。GPS手表的價(jià)格各不相同，但2012年初各種型號(hào)的價(jià)格從100美元到400美元不等，它們?nèi)匀皇且还P不小的開支。如何選擇最適合您需求的GPS手表?

　　適合工作的 GPS 工具

　　如果你想跑白水急流，你不會(huì)買帆船。同樣，在花費(fèi)辛苦賺來(lái)的錢之前，您需要確保 GPS 手表滿足您的預(yù)期需求。您會(huì)將手表用于一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，還是想要一款對(duì)各種活動(dòng)有用的手表?您更關(guān)心的是將數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)并隨時(shí)間推移進(jìn)行跟蹤，還是更喜歡在現(xiàn)場(chǎng)需要時(shí)為您提供信息的設(shè)備?您是否會(huì)去迷路可能很危險(xiǎn)的地方，或者您的活動(dòng)會(huì)讓您走在標(biāo)記清晰的小徑和道路上?您對(duì)所有這些問(wèn)題的回答將縮小您的手表選擇范圍。

　　以最后一個(gè)問(wèn)題為例：如果你是一個(gè)狂熱的徒步旅行者或越野滑雪者，喜歡在偏遠(yuǎn)地區(qū)漫步，那么擁有一個(gè)帶有移動(dòng)地圖顯示的GPS手表肯定會(huì)有所幫助，它可以顯示你相對(duì)于其他航點(diǎn)的位置。這樣做的權(quán)衡是尺寸：顯示地圖詳細(xì)信息所需的更大顯示屏意味著，如果您主要想要輕巧時(shí)尚的東西來(lái)跟蹤下一次馬拉松比賽的分裂，這種類型的手表可能對(duì)您來(lái)說(shuō)太麻煩了[來(lái)源：Geek.com]。同樣，滑雪者或山地自行車手等堅(jiān)固運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)員可能希望避免使用帶有觸摸屏界面的手表，將時(shí)尚、無(wú)按鈕的外觀換成如果意外被樹枝敲擊而無(wú)法重新校準(zhǔn)的東西。另一方面，跑步者， 可能會(huì)發(fā)現(xiàn)觸摸屏非常適合快速檢查數(shù)據(jù)。

　　GPS 手表制造商在其網(wǎng)站上列出其型號(hào)的功能，為您提供一種快速、簡(jiǎn)單的方法來(lái)比較整個(gè)市場(chǎng)的功能和價(jià)格。但是，當(dāng)您縮小搜索范圍時(shí)，它有助于獲得實(shí)時(shí)視角。與當(dāng)?shù)刈孕熊嚨辍⑴懿降昊蜻h(yuǎn)足裝備店的人交談，不要害怕纏著朋友談?wù)撍麄兊? GPS 手表。您將獲得的第一手提示和現(xiàn)實(shí)生活中的評(píng)論將使您做好充分準(zhǔn)備，以做出正確的購(gòu)買以補(bǔ)充您選擇的活動(dòng)。

　　使用有用的 GPS 手表

　　想知道GPS技術(shù)還用于什么?觀看這些視頻，了解從鯊魚追蹤到武器制造等方方面面的GPS應(yīng)用。

　　發(fā)現(xiàn)基本的好處 全球定位系統(tǒng) 如果您的熱情是戶外探險(xiǎn)，例如野外遠(yuǎn)足、海上皮劃艇或狩獵，功能就很清楚;這些微小的 計(jì)算機(jī) 量身定制，幫助您進(jìn)入荒野，并以較低的迷路風(fēng)險(xiǎn)返回。只要記得帶上地圖和指南針，并知道如何使用它們;冒險(xiǎn)傳說(shuō)充滿了關(guān)于GPS電池在最糟糕的時(shí)刻耗盡的故事。

　　以運(yùn)動(dòng)和健身為導(dǎo)向的用戶還可以使用尋路功能來(lái)嘗試新的跑步路線或在旅行時(shí)進(jìn)行訓(xùn)練。但這只是您用這個(gè)高科技培訓(xùn)工具可以做的事情的表面。

　　GPS手表可以測(cè)量您的表現(xiàn)，其精度水平曾經(jīng)只是研究人員和專業(yè)運(yùn)動(dòng)員的領(lǐng)域。很高興知道你花了多長(zhǎng)時(shí)間來(lái)完成半程馬拉松，但GPS手表可以準(zhǔn)確地告訴你在13.1英里(21.1公里)的路線中你最快和最慢的地方。借助這些設(shè)備上幾乎標(biāo)配的數(shù)據(jù)下載功能，您可以比較每次運(yùn)行以查看性能趨勢(shì)。也許你會(huì)注意到你在 10 英里之后浪費(fèi)了太多時(shí)間，或者你爬山的速度不如去年在相同路線上的速度。

　　一旦您確定了表現(xiàn)中的這些弱點(diǎn)，GPS 手表中的組合功能可以為您提供即時(shí)反饋，使您的訓(xùn)練更加具體和高效。例如，許多自行車手在季前賽的第一部分通過(guò)長(zhǎng)期、穩(wěn)定的努力來(lái)建立心血管力量。這有助于為今年晚些時(shí)候的短跑和山地訓(xùn)練的嚴(yán)格要求奠定基礎(chǔ)。使用感知到的努力來(lái)跟蹤“適度的速度” - 您在鍛煉期間的感受 - 充其量是一種可變的衡量標(biāo)準(zhǔn)。但是，為自己配備一個(gè) GPS 手表，可以從心率監(jiān)測(cè)器、踏頻傳感器和輪速傳感器讀取數(shù)據(jù)，您可以微調(diào)騎行的每一英里，將您的努力保持在精確的速度、心率和時(shí)間范圍內(nèi)。

　　這種特定培訓(xùn)的結(jié)果可能是戲劇性的。如果您時(shí)間緊張，您現(xiàn)在可以充分利用鍛煉的每一分鐘。因此，您將花更少的時(shí)間擔(dān)心運(yùn)動(dòng)，家庭和工作的平衡。當(dāng)比賽日到來(lái)時(shí)，你會(huì)確切地知道自己可以有多努力，無(wú)論是在賽道、小徑還是賽道上。這項(xiàng)技術(shù)將幫助您更聰明地訓(xùn)練，而不僅僅是更努力。

　　GPS手表的工作原理

　　盡管我對(duì)騎自行車跑得很深的熱情，但我遲遲沒(méi)有來(lái)到GPS訓(xùn)練設(shè)備營(yíng)地。我確實(shí)使用計(jì)算機(jī)來(lái)跟蹤我的速度，節(jié)奏，距離和心率，所以我不是一個(gè)完全的極簡(jiǎn)主義者。但多年來(lái)，我認(rèn)為“GPS的東西”是一個(gè)更昂貴的小工具，它不會(huì)像使用我目前擁有的工具進(jìn)行更努力的訓(xùn)練那樣有益。事實(shí)上，我承認(rèn)每次我沖刺一個(gè)騎著一輛被騙的自行車的人時(shí)，車把上綁著GPS裝置時(shí)，我都會(huì)感覺非常好。

　　但今年在夏季計(jì)時(shí)賽系列賽中，我的觀點(diǎn)開始發(fā)生變化。每周，我都會(huì)加入一群賽車手，在平坦的 10 英里賽道上與時(shí)間逐一戰(zhàn)斗。座椅和車把被調(diào)整了幾厘米。我們的談話開始圍繞著晦澀難懂的細(xì)節(jié)，比如輪胎壓力的幾PSI(是的，這有所作為)和用膠帶封住頭盔通風(fēng)口的空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)(最后，那個(gè)不值得我們得到的所有有趣的外觀)。我的一個(gè)隊(duì)友整個(gè)賽季都在運(yùn)行GPS裝置，可以準(zhǔn)確地判斷出他的速度在哪里增加，保持一致或下降。他利用這一點(diǎn)，為課程中更難的部分做好了心理準(zhǔn)備，因?yàn)槲覉?jiān)持我的“如果它很痛，你必須做正確的事情”哲學(xué)。

　　我們經(jīng)過(guò)的時(shí)間在大多數(shù)星期都相當(dāng)接近，但考慮到這家伙比我大七歲。他是一個(gè)強(qiáng)大的騎手，但我并不懈怠;我從事這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間比他長(zhǎng)，我的自我告訴我，我應(yīng)該能夠超越他。我不得不認(rèn)為他花在分析每次騎行上的時(shí)間 佳明 涓涓細(xì)流的效率提高了一點(diǎn)點(diǎn)。也許總共只有幾秒鐘，但這就是他所需要的，在總積分榜上將我狠狠了四位。雖然我仍然經(jīng)常令人滿意地與GPS裝置的人擦肩而過(guò)，但被那輛自行車超越 - 不止一次 - 可能足以讓我在本賽季進(jìn)入GPS俱樂(lè)部。