原标题：GPS手表的工作原理

　　虽然在穿越未知领域时携带无电池纸质地图是明智的，但 GPS 手表可以带您前往地球上的任何地方。 RGSTUDIO / GETTY IMAGES

　　如果您有一种方法可以准确记录您在锻炼中付出了多少努力，您会怎么做?如果您知道每一步、皮划艇划桨的每一划或自行车踏板的每一次转动都经过微调，以为您提供您想要的健身效果，您可以节省多少时间?你会做出更好的决定 - 并有更多的乐趣 - 如果你能瞥一眼你的手腕并访问高度精确的导航和 天气工具?

　　除非你已经完全与技术隔绝了十多年，否则你知道这不是科幻小说： 全球定位系统 (全球定位系统)技术彻底改变了我们在地球上的移动方式。该系统的恒星是一个由24颗卫星组成的网络，它们以精确跟踪的轨道环绕地球。它们同步以在同一时间广播独特的信号，飞机、汽车甚至手机中的接收器单元都用它来计算它们相对于卫星的位置。如果您的GPS装置可以从至少三颗卫星(尽管最好是四颗)接收信号，它可以计算出您的纬度，经度，速度和高度在几英尺或几米之内。

　　一系列制造商正在将这种曾经被归类的军事技术用于各种用途，例如构建越来越精确的导航工具，并使用手机GPS跟踪为特定位置的特定用户定制广告活动。体育用品公司已经全心全意地加入了这一潮流，为运动员和户外探险家设计的手表大小的GPS工具迅速扩大。

　　这些手表大小的计算机通常带有基于位置的信息库;今天可以买一个GPS手表，让你在打开盒子的几分钟内找到你的位置 - 地球上的任何地方。但GPS手表远远超出了简单的“嘿，看看我在哪里”的噱头。只需对手表的工作原理有一点了解，您就可以更聪明地训练并在激烈的竞争中表现更好。无需等待运动和健身的未来 - 它今天就在这里，它适合您的手腕。

　　GPS技术的历史

　　轨道上的GPS卫星。

　　照片由美国陆军提供全球定位系统 它的起源可以追溯到太空飞行的诞生;它背后的原理汇集在一起，美国科学家争先恐后地追踪 人造卫星，该卫星于1957年10月由苏联送入轨道。约翰霍普金斯大学应用物理实验室的研究人员William Guier博士和George Weiffenbach博士发现，他们可以根据多普勒效应跟踪早期卫星的位置：从移动卫星发射的信号在接近或远离接收站时似乎会失真。通过测量失真的性质和严重程度，人们可以计算出卫星轨道的方向。

　　APL公司研究员弗兰克·麦克卢尔(Frank McClure)表示，跟踪系统也可以反过来工作：通过跟踪具有精确已知轨道的卫星并评估其信号中产生的多普勒频移，地面上的人可以在任何可以接收信号的地方识别他的位置。美国海军将该系统扩展到海军导航卫星系统，该系统在1964年积极引导船只。(有关GPS历史的更多信息，请查看我们的文章 GPS 接收器的工作原理.)

　　军方赞助的研究一直持续到1970年代和80年代，因为科学家们试图提高卫星导航的信号精度，可靠性和速度。技术从跟踪多普勒频移转向使用三角测量和信号定时：信号到达接收器的时间越长，卫星在发送信号的那一刻就越远。 到 1980 年代，GPS 是美国军队及其盟国所有部门久经考验的工具，当时美国政府开始允许广泛的平民获得该技术 [来源： 帕金森].

　　早期的民用GPS装置又大又重，限制了它们对移动用户的实用性。但它们有一个更严重的缺点：它们并不那么准确。为了防止敌人进入导航信号，美军采用了 抖动： 故意干扰卫星的定时信号，未经授权的用户无法解码。这将民用GPS精度限制在约300英尺(100米)。直到2000年，美国政府才终于消除了抖动，使精确的民用导航成为可能。GPS随后成为任何需要知道他们在哪里，他们旅行的速度或如何到达他们想去的地方的人的有用工具[来源： 帕金森; 导航].

　　因此，这解决了精度问题，但是GPS单元制造商如何制造出合理便携尺寸的产品?

　　令人难以置信的缩小GPS单元

　　这些1999年的空军GPS装置看起来长约6英寸(15厘米)，当时很轻，但与今天的微型GPS技术相去甚远。

　　国防部照片：美国空军技术中士LANCE CHEUNG拍摄无抖动GPS技术的普及恰逢电子产品小型化的革命 - 想想现代人有多少 笔记本 比您在 1996 年使用的重量还要重。GPS 开发人员接受了创新，例如 表面贴装技术 (贴片)，其中微小的组件直接焊接到电路板上(而不是使用引线进行连接)，以及机器人组件，有助于将GPS接收器核心的定时和信号处理芯片缩小为微小的组件。今天，它们几乎太小了，没有放大倍率就看不清[来源： 普尔].

　　研究人员通过应用 分形几何 - 涉及由重复的，可扩展的图案组成的形状 - 设计强大的接收器天线，实际上折叠成微小的空间。这个重要(也是曾经笨重的)部分 全球定位系统接收器 包装变得足够小，可以隐藏在智能手机的纤薄外壳中 - 或手表的机身[来源：Rusu和Baican; 米科拉].

　　第一批GPS手表基本上是手持GPS单元的小型版本，长约2至3英寸(约50至75毫米)，宽约1英寸(25毫米)，并附有腕带。尽管它们确实比21世纪初的大多数其他GPS装置更小更轻，但它们仍然足够大，可以用一个长距离跑步 - 更不用说在锻炼后跑到咖啡店，手臂上的东西 - 比许多运动员的麻烦更多[来源： 沃尔曼].

　　依赖于知道一个人相对于目标的位置的运动，例如高尔夫，在这个小型化过程的早期采用了GPS。例如，著名的高尔夫冠军和球场设计师格雷格·诺曼(Greg Norman)于2002年成为高尔夫相关GPS产品生产商Inforetech的顾问[来源：GPS工业]。但总的来说，消费者需要两个技术步骤才能开始大规模采用GPS手表。

　　使 GPS 手表有用

　　如今，为跑步者、高尔夫球手和其他重视轻量级装备的运动爱好者打造的 GPS 手表几乎(如果有的话)比时尚手表大。

　　赫梅拉/思源为了变得真正有用(因此可以销售)，GPS手表必须首先变得像手表一样。这一点终于在 2010 年左右达到，截至 2012 年，您可以购买与市场上任何其他时尚手表相同尺寸、形状和一般风格的 GPS 手表。一些型号，例如2012年2月发布的13毫米(0.51英寸)厚的原型 爱普生，实际上比许多非GPS运动手表都小[来源： 塔克].

　　不过，小尺寸并不意味着功能数量少，这就是GPS手表真正成为有用的训练工具的地方。在任何给定时刻确切地知道你在哪里是很好的，但除非你在偏僻的地方或试图选择一个位于未知球道中间的俱乐部，否则申请是有限的。GPS手表制造商看到了这一点，并通过添加其他运动设备(如自行车码表，计步器和心率监测器)的功能来扩展其产品的多功能性。

　　许多GPS手表可以使用无线信号与其他设备同步，例如ANT+，一种小型节能系统。这些附加设备通常测量 生物测定学：身体系统测量，如心率，运动员可以用来衡量他们的锻炼强度。GPS 手表附带的其他传感器可能包括跟踪跑步者步幅的鞋式踏频监视器和安装在自行车上的传感器，用于检测车轮速度和骑手通过踏板施加的力。这些手表附带的计算机软件允许用户以无线方式或通过 USB端口.通过在手表中输入身高、体重和年龄等基本信息，精通技术的运动员可以拥有一个精确的、特定于运动的工具，即 21 世纪版本的运动员训练日记。

　　位置和生物识别数据的这种结合是使GPS手表物有所值的原因。但与许多技术设备场景一样，很容易被可用的选项所淹没。GPS手表的价格各不相同，但2012年初各种型号的价格从100美元到400美元不等，它们仍然是一笔不小的开支。如何选择最适合您需求的GPS手表?

　　适合工作的 GPS 工具

　　如果你想跑白水急流，你不会买帆船。同样，在花费辛苦赚来的钱之前，您需要确保 GPS 手表满足您的预期需求。您会将手表用于一项运动，还是想要一款对各种活动有用的手表?您更关心的是将数据下载到计算机并随时间推移进行跟踪，还是更喜欢在现场需要时为您提供信息的设备?您是否会去迷路可能很危险的地方，或者您的活动会让您走在标记清晰的小径和道路上?您对所有这些问题的回答将缩小您的手表选择范围。

　　以最后一个问题为例：如果你是一个狂热的徒步旅行者或越野滑雪者，喜欢在偏远地区漫步，那么拥有一个带有移动地图显示的GPS手表肯定会有所帮助，它可以显示你相对于其他航点的位置。这样做的权衡是尺寸：显示地图详细信息所需的更大显示屏意味着，如果您主要想要轻巧时尚的东西来跟踪下一次马拉松比赛的分裂，这种类型的手表可能对您来说太麻烦了[来源：Geek.com]。同样，滑雪者或山地自行车手等坚固运动运动员可能希望避免使用带有触摸屏界面的手表，将时尚、无按钮的外观换成如果意外被树枝敲击而无法重新校准的东西。另一方面，跑步者， 可能会发现触摸屏非常适合快速检查数据。

　　GPS 手表制造商在其网站上列出其型号的功能，为您提供一种快速、简单的方法来比较整个市场的功能和价格。但是，当您缩小搜索范围时，它有助于获得实时视角。与当地自行车店、跑步店或远足装备店的人交谈，不要害怕缠着朋友谈论他们的 GPS 手表。您将获得的第一手提示和现实生活中的评论将使您做好充分准备，以做出正确的购买以补充您选择的活动。

　　使用有用的 GPS 手表

　　想知道GPS技术还用于什么?观看这些视频，了解从鲨鱼追踪到武器制造等方方面面的GPS应用。

　　发现基本的好处 全球定位系统 如果您的热情是户外探险，例如野外远足、海上皮划艇或狩猎，功能就很清楚;这些微小的 计算机 量身定制，帮助您进入荒野，并以较低的迷路风险返回。只要记得带上地图和指南针，并知道如何使用它们;冒险传说充满了关于GPS电池在最糟糕的时刻耗尽的故事。

　　以运动和健身为导向的用户还可以使用寻路功能来尝试新的跑步路线或在旅行时进行训练。但这只是您用这个高科技培训工具可以做的事情的表面。

　　GPS手表可以测量您的表现，其精度水平曾经只是研究人员和专业运动员的领域。很高兴知道你花了多长时间来完成半程马拉松，但GPS手表可以准确地告诉你在13.1英里(21.1公里)的路线中你最快和最慢的地方。借助这些设备上几乎标配的数据下载功能，您可以比较每次运行以查看性能趋势。也许你会注意到你在 10 英里之后浪费了太多时间，或者你爬山的速度不如去年在相同路线上的速度。

　　一旦您确定了表现中的这些弱点，GPS 手表中的组合功能可以为您提供即时反馈，使您的训练更加具体和高效。例如，许多自行车手在季前赛的第一部分通过长期、稳定的努力来建立心血管力量。这有助于为今年晚些时候的短跑和山地训练的严格要求奠定基础。使用感知到的努力来跟踪“适度的速度” - 您在锻炼期间的感受 - 充其量是一种可变的衡量标准。但是，为自己配备一个 GPS 手表，可以从心率监测器、踏频传感器和轮速传感器读取数据，您可以微调骑行的每一英里，将您的努力保持在精确的速度、心率和时间范围内。

　　这种特定培训的结果可能是戏剧性的。如果您时间紧张，您现在可以充分利用锻炼的每一分钟。因此，您将花更少的时间担心运动，家庭和工作的平衡。当比赛日到来时，你会确切地知道自己可以有多努力，无论是在赛道、小径还是赛道上。这项技术将帮助您更聪明地训练，而不仅仅是更努力。

　　GPS手表的工作原理

　　尽管我对骑自行车跑得很深的热情，但我迟迟没有来到GPS训练设备营地。我确实使用计算机来跟踪我的速度，节奏，距离和心率，所以我不是一个完全的极简主义者。但多年来，我认为“GPS的东西”是一个更昂贵的小工具，它不会像使用我目前拥有的工具进行更努力的训练那样有益。事实上，我承认每次我冲刺一个骑着一辆被骗的自行车的人时，车把上绑着GPS装置时，我都会感觉非常好。

　　但今年在夏季计时赛系列赛中，我的观点开始发生变化。每周，我都会加入一群赛车手，在平坦的 10 英里赛道上与时间逐一战斗。座椅和车把被调整了几厘米。我们的谈话开始围绕着晦涩难懂的细节，比如轮胎压力的几PSI(是的，这有所作为)和用胶带封住头盔通风口的空气动力学优势(最后，那个不值得我们得到的所有有趣的外观)。我的一个队友整个赛季都在运行GPS装置，可以准确地判断出他的速度在哪里增加，保持一致或下降。他利用这一点，为课程中更难的部分做好了心理准备，因为我坚持我的“如果它很痛，你必须做正确的事情”哲学。

　　我们经过的时间在大多数星期都相当接近，但考虑到这家伙比我大七岁。他是一个强大的骑手，但我并不懈怠;我从事这项运动的时间比他长，我的自我告诉我，我应该能够超越他。我不得不认为他花在分析每次骑行上的时间 佳明 涓涓细流的效率提高了一点点。也许总共只有几秒钟，但这就是他所需要的，在总积分榜上将我狠狠了四位。虽然我仍然经常令人满意地与GPS装置的人擦肩而过，但被那辆自行车超越 - 不止一次 - 可能足以让我在本赛季进入GPS俱乐部。