原標題：GPS手表的工作原理

　　雖然在穿越未知領域時攜帶無電池紙質地圖是明智的，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確記錄您在鍛煉中付出了多少努力，您會怎么做?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動都經(jīng)過微調，以為您提供您想要的健身效果，您可以節(jié)省多少時間?你會做出更好的決定 - 并有更多的樂趣 - 如果你能瞥一眼你的手腕并訪問高度精確的導航和 天氣工具?

　　除非你已經(jīng)完全與技術隔絕了十多年，否則你知道這不是科幻小說： 全球定位系統(tǒng) (全球定位系統(tǒng))技術徹底改變了我們在地球上的移動方式。該系統(tǒng)的恒星是一個由24顆衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡，它們以精確跟蹤的軌道環(huán)繞地球。它們同步以在同一時間廣播獨特的信號，飛機、汽車甚至手機中的接收器單元都用它來計算它們相對于衛(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，它可以計算出您的緯度，經(jīng)度，速度和高度在幾英尺或幾米之內。

　　一系列制造商正在將這種曾經(jīng)被歸類的軍事技術用于各種用途，例如構建越來越精確的導航工具，并使用手機GPS跟蹤為特定位置的特定用戶定制廣告活動。體育用品公司已經(jīng)全心全意地加入了這一潮流，為運動員和戶外探險家設計的手表大小的GPS工具迅速擴大。

　　這些手表大小的計算機通常帶有基于位置的信息庫;今天可以買一個GPS手表，讓你在打開盒子的幾分鐘內找到你的位置 - 地球上的任何地方。但GPS手表遠遠超出了簡單的“嘿，看看我在哪里”的噱頭。只需對手表的工作原理有一點了解，您就可以更聰明地訓練并在激烈的競爭中表現(xiàn)更好。無需等待運動和健身的未來 - 它今天就在這里，它適合您的手腕。

　　GPS技術的歷史

　　軌道上的GPS衛(wèi)星。

　　照片由美國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，美國科學家爭先恐后地追蹤 人造衛(wèi)星，該衛(wèi)星于1957年10月由蘇聯(lián)送入軌道。約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的研究人員William Guier博士和George Weiffenbach博士發(fā)現(xiàn)，他們可以根據(jù)多普勒效應跟蹤早期衛(wèi)星的位置：從移動衛(wèi)星發(fā)射的信號在接近或遠離接收站時似乎會失真。通過測量失真的性質和嚴重程度，人們可以計算出衛(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)也可以反過來工作：通過跟蹤具有精確已知軌道的衛(wèi)星并評估其信號中產(chǎn)生的多普勒頻移，地面上的人可以在任何可以接收信號的地方識別他的位置。美國海軍將該系統(tǒng)擴展到海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)，該系統(tǒng)在1964年積極引導船只。(有關GPS歷史的更多信息，請查看我們的文章 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，因為科學家們試圖提高衛(wèi)星導航的信號精度，可靠性和速度。技術從跟蹤多普勒頻移轉向使用三角測量和信號定時：信號到達接收器的時間越長，衛(wèi)星在發(fā)送信號的那一刻就越遠。 到 1980 年代，GPS 是美國軍隊及其盟國所有部門久經(jīng)考驗的工具，當時美國政府開始允許廣泛的平民獲得該技術 [來源： 帕金森].

　　早期的民用GPS裝置又大又重，限制了它們對移動用戶的實用性。但它們有一個更嚴重的缺點：它們并不那么準確。為了防止敵人進入導航信號，美軍采用了 抖動： 故意干擾衛(wèi)星的定時信號，未經(jīng)授權的用戶無法解碼。這將民用GPS精度限制在約300英尺(100米)。直到2000年，美國政府才終于消除了抖動，使精確的民用導航成為可能。GPS隨后成為任何需要知道他們在哪里，他們旅行的速度或如何到達他們想去的地方的人的有用工具[來源： 帕金森; 導航].

　　因此，這解決了精度問題，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裝置看起來長約6英寸(15厘米)，當時很輕，但與今天的微型GPS技術相去甚遠。

　　國防部照片：美國空軍技術中士LANCE CHEUNG拍攝無抖動GPS技術的普及恰逢電子產(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 (貼片)，其中微小的組件直接焊接到電路板上(而不是使用引線進行連接)，以及機器人組件，有助于將GPS接收器核心的定時和信號處理芯片縮小為微小的組件。今天，它們幾乎太小了，沒有放大倍率就看不清[來源： 普爾].

　　研究人員通過應用 分形幾何 - 涉及由重復的，可擴展的圖案組成的形狀 - 設計強大的接收器天線，實際上折疊成微小的空間。這個重要(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的纖薄外殼中 - 或手表的機身[來源：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。盡管它們確實比21世紀初的大多數(shù)其他GPS裝置更小更輕，但它們仍然足夠大，可以用一個長距離跑步 - 更不用說在鍛煉后跑到咖啡店，手臂上的東西 - 比許多運動員的麻煩更多[來源： 沃爾曼].

　　依賴于知道一個人相對于目標的位置的運動，例如高爾夫，在這個小型化過程的早期采用了GPS。例如，著名的高爾夫冠軍和球場設計師格雷格·諾曼(Greg Norman)于2002年成為高爾夫相關GPS產(chǎn)品生產(chǎn)商Inforetech的顧問[來源：GPS工業(yè)]。但總的來說，消費者需要兩個技術步驟才能開始大規(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裝備的運動愛好者打造的 GPS 手表幾乎(如果有的話)比時尚手表大。

　　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。這一點終于在 2010 年左右達到，截至 2012 年，您可以購買與市場上任何其他時尚手表相同尺寸、形狀和一般風格的 GPS 手表。一些型號，例如2012年2月發(fā)布的13毫米(0.51英寸)厚的原型 愛普生，實際上比許多非GPS運動手表都小[來源： 塔克].

　　不過，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練工具的地方。在任何給定時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位于未知球道中間的俱樂部，否則申請是有限的。GPS手表制造商看到了這一點，并通過添加其他運動設備(如自行車碼表，計步器和心率監(jiān)測器)的功能來擴展其產(chǎn)品的多功能性。

　　許多GPS手表可以使用無線信號與其他設備同步，例如ANT+，一種小型節(jié)能系統(tǒng)。這些附加設備通常測量 生物測定學：身體系統(tǒng)測量，如心率，運動員可以用來衡量他們的鍛煉強度。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，用于檢測車輪速度和騎手通過踏板施加的力。這些手表附帶的計算機軟件允許用戶以無線方式或通過 USB端口.通過在手表中輸入身高、體重和年齡等基本信息，精通技術的運動員可以擁有一個精確的、特定于運動的工具，即 21 世紀版本的運動員訓練日記。

　　位置和生物識別數(shù)據(jù)的這種結合是使GPS手表物有所值的原因。但與許多技術設備場景一樣，很容易被可用的選項所淹沒。GPS手表的價格各不相同，但2012年初各種型號的價格從100美元到400美元不等，它們仍然是一筆不小的開支。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，你不會買帆船。同樣，在花費辛苦賺來的錢之前，您需要確保 GPS 手表滿足您的預期需求。您會將手表用于一項運動，還是想要一款對各種活動有用的手表?您更關心的是將數(shù)據(jù)下載到計算機并隨時間推移進行跟蹤，還是更喜歡在現(xiàn)場需要時為您提供信息的設備?您是否會去迷路可能很危險的地方，或者您的活動會讓您走在標記清晰的小徑和道路上?您對所有這些問題的回答將縮小您的手表選擇范圍。

　　以最后一個問題為例：如果你是一個狂熱的徒步旅行者或越野滑雪者，喜歡在偏遠地區(qū)漫步，那么擁有一個帶有移動地圖顯示的GPS手表肯定會有所幫助，它可以顯示你相對于其他航點的位置。這樣做的權衡是尺寸：顯示地圖詳細信息所需的更大顯示屏意味著，如果您主要想要輕巧時尚的東西來跟蹤下一次馬拉松比賽的分裂，這種類型的手表可能對您來說太麻煩了[來源：Geek.com]。同樣，滑雪者或山地自行車手等堅固運動運動員可能希望避免使用帶有觸摸屏界面的手表，將時尚、無按鈕的外觀換成如果意外被樹枝敲擊而無法重新校準的東西。另一方面，跑步者， 可能會發(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)站上列出其型號的功能，為您提供一種快速、簡單的方法來比較整個市場的功能和價格。但是，當您縮小搜索范圍時，它有助于獲得實時視角。與當?shù)刈孕熊嚨辍⑴懿降昊蜻h足裝備店的人交談，不要害怕纏著朋友談論他們的 GPS 手表。您將獲得的第一手提示和現(xiàn)實生活中的評論將使您做好充分準備，以做出正確的購買以補充您選擇的活動。

　　使用有用的 GPS 手表

　　想知道GPS技術還用于什么?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，例如野外遠足、海上皮劃艇或狩獵，功能就很清楚;這些微小的 計算機 量身定制，幫助您進入荒野，并以較低的迷路風險返回。只要記得帶上地圖和指南針，并知道如何使用它們;冒險傳說充滿了關于GPS電池在最糟糕的時刻耗盡的故事。

　　以運動和健身為導向的用戶還可以使用尋路功能來嘗試新的跑步路線或在旅行時進行訓練。但這只是您用這個高科技培訓工具可以做的事情的表面。

　　GPS手表可以測量您的表現(xiàn)，其精度水平曾經(jīng)只是研究人員和專業(yè)運動員的領域。很高興知道你花了多長時間來完成半程馬拉松，但GPS手表可以準確地告訴你在13.1英里(21.1公里)的路線中你最快和最慢的地方。借助這些設備上幾乎標配的數(shù)據(jù)下載功能，您可以比較每次運行以查看性能趨勢。也許你會注意到你在 10 英里之后浪費了太多時間，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，GPS 手表中的組合功能可以為您提供即時反饋，使您的訓練更加具體和高效。例如，許多自行車手在季前賽的第一部分通過長期、穩(wěn)定的努力來建立心血管力量。這有助于為今年晚些時候的短跑和山地訓練的嚴格要求奠定基礎。使用感知到的努力來跟蹤“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準。但是，為自己配備一個 GPS 手表，可以從心率監(jiān)測器、踏頻傳感器和輪速傳感器讀取數(shù)據(jù)，您可以微調騎行的每一英里，將您的努力保持在精確的速度、心率和時間范圍內。

　　這種特定培訓的結果可能是戲劇性的。如果您時間緊張，您現(xiàn)在可以充分利用鍛煉的每一分鐘。因此，您將花更少的時間擔心運動，家庭和工作的平衡。當比賽日到來時，你會確切地知道自己可以有多努力，無論是在賽道、小徑還是賽道上。這項技術將幫助您更聰明地訓練，而不僅僅是更努力。

　　GPS手表的工作原理

　　盡管我對騎自行車跑得很深的熱情，但我遲遲沒有來到GPS訓練設備營地。我確實使用計算機來跟蹤我的速度，節(jié)奏，距離和心率，所以我不是一個完全的極簡主義者。但多年來，我認為“GPS的東西”是一個更昂貴的小工具，它不會像使用我目前擁有的工具進行更努力的訓練那樣有益。事實上，我承認每次我沖刺一個騎著一輛被騙的自行車的人時，車把上綁著GPS裝置時，我都會感覺非常好。

　　但今年在夏季計時賽系列賽中，我的觀點開始發(fā)生變化。每周，我都會加入一群賽車手，在平坦的 10 英里賽道上與時間逐一戰(zhàn)斗。座椅和車把被調整了幾厘米。我們的談話開始圍繞著晦澀難懂的細節(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口的空氣動力學優(yōu)勢(最后，那個不值得我們得到的所有有趣的外觀)。我的一個隊友整個賽季都在運行GPS裝置，可以準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，為課程中更難的部分做好了心理準備，因為我堅持我的“如果它很痛，你必須做正確的事情”哲學。

　　我們經(jīng)過的時間在大多數(shù)星期都相當接近，但考慮到這家伙比我大七歲。他是一個強大的騎手，但我并不懈怠;我從事這項運動的時間比他長，我的自我告訴我，我應該能夠超越他。我不得不認為他花在分析每次騎行上的時間 佳明 涓涓細流的效率提高了一點點。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，但被那輛自行車超越 - 不止一次 - 可能足以讓我在本賽季進入GPS俱樂部。