GPS 如何在没有互联网或蜂窝服务的情况下工作
GPS 卫星对互联网一无所知 — 而这正是关键所在
普遍存在一种误解，认为 GPS 工作需要互联网或蜂窝服务。事实并非如此。GPS 卫星的设计和发射比智能手机时代早了数十年，它们在一个完全独立的无线电系统上运行。
产生混淆的原因是 大多数商用 GPS 追踪器确实需要互联网才能将您的位置信息传送到您的手机 — 但这是制造商的选择，而不是 GPS 本身的要求。理解这一区别是理解为什么 Loko GPS 追踪器在没有蜂窝覆盖、没有 Wi-Fi、没有数据套餐的情况下也能完美工作的关键。
GPS 卫星：简单解释
全球定位系统 (GPS) 是由美国太空军运营的卫星星座。以下是最基本的工作原理：
- 31 颗卫星环绕地球 运行，高度约为 20,200 km，位于中地球轨道
- 每颗卫星都携带一个极其精确的原子钟，并 持续广播无线电信号，其中包含卫星 ID、其在轨道上的当前位置以及精确的时间戳
- 这些信号以光速向地球表面传播
- 地面上的 GPS 接收器同时接收来自多颗卫星的信号
- 通过测量 每个信号到达所需的时间，接收器计算出到每颗卫星的距离
- 通过至少 4 颗卫星的距离，接收器可以通过称为三边测量的过程计算出其精确的 3D 位置（纬度、经度、海拔）
关键点在于：整个过程是单向的。卫星广播。您的接收器接收。您的接收器从不向卫星传输任何信息。卫星不知道您的设备存在。任何步骤都不涉及互联网连接。
无论您是在市中心还是在偏远山区，GPS 都以相同的方式工作。卫星并不在意。它们只是在广播。
为什么 GPS 本身不需要互联网
从根本上说，GPS 对于最终用户而言是一个被动的、仅接收的系统。从卫星到您的接收器的信号链只涉及穿过大气层的无线电波。不需要网络连接、服务器或数据套餐。
您汽车内置的 GPS 导航系统已经离线工作了几十年。像 Garmin eTrex 这样的专用徒步 GPS 设备一直可以在没有蜂窝网络的情况下工作。航空导航系统在没有互联网连接的情况下计算位置。所有这些都使用相同的 GPS 卫星信号 — 不需要互联网。
GPS 标准甚至刻意避免在民用信号频段（L1，1575.42 MHz）上进行加密或访问控制 — 它被特意设计成可以被地球上任何地方的任何兼容接收器免费接收。
一个 GPS 接收器芯片只需几美元。它消耗适中的电量。并且它仅从来自太空的无线电波中计算出精确的位置坐标 — 无需订阅、无需连接、无需云端。
什么才需要互联网：大多数商用 GPS 追踪器
那么，如果 GPS 本身是离线的，为什么大多数 GPS 追踪器需要蜂窝数据套餐呢？
答案在于问题的第二部分：将您的位置从追踪器传送到您的手机。
GPS 告诉追踪器它在哪里。但一个放在田野里、狗项圈上或无人机上的追踪器与您是物理分离的。需要有人将这些 GPS 坐标传输到您的设备。大多数制造商正是在这个传输环节引入了互联网依赖。
典型的蜂窝 GPS 追踪器架构：
- GPS 芯片计算坐标（离线，不需要互联网）
- 嵌入式 SIM 卡连接到蜂窝网络（需要数据套餐）
- 坐标上传到制造商的云服务器（需要互联网）
- 您的手机应用程序通过互联网查询云服务器（需要互联网）
- 应用程序在地图上显示位置
步骤 2、3 和 4 都需要互联网基础设施。移除蜂窝覆盖，整个链条在步骤 1 之后就会中断。这就是为什么蜂窝 GPS 追踪器在偏远地区会失效 — 不是因为 GPS 停止工作，而是因为传输层失去了连接。
这是一种架构选择，而不是技术上的必然。 有另一种无需互联网即可传输 GPS 坐标的方法。
LoRa 如何取代蜂窝网络传输坐标
LoRa（远距离）无线电是一种替代传输技术，可以在没有任何蜂窝基础设施的情况下，远距离传输 GPS 坐标数据。
LoRa 使用免许可的 ISM 无线电频段（欧洲 868 MHz，北美 915 MHz）来传输小数据包 — 包括 GPS 坐标 — 直接从一台设备到另一台设备。它是点对点无线电，概念上类似于对讲机，但具有更远的范围和更低的功耗。
一个以 14 dBm 功率发射的 LoRa 无线电可以可靠地将 GPS 坐标数据包发送到 15–20km 的开阔地带。接收器不需要连接到互联网、蜂窝基站或任何基础设施。它只需要在无线电范围内。
这正是 Loko 所做的。由 Loko Air 追踪器计算出的 GPS 坐标通过 LoRa 传输到您手中的 Loko Ground 接收器 — 完全绕过了互联网。传输层和 GPS 接收层一样是离线的。
完整的离线链条：从卫星到屏幕
以下是 Loko 系统中的完整信号路径 — 请注意，每一步都是本地无线电，不涉及互联网：
GPS / GLONASS / Galileo 卫星
31+ 颗卫星从 20,000 km 高度广播无线电定时信号。无需互联网。单向广播，对任何人免费。
Loko Air GPS 接收器
这个重量不足 15g 的追踪器接收来自多个卫星星座的信号并计算精确坐标。所有计算都在本地完成，无需网络。
LoRa 无线电传输
Loko Air 通过 LoRa 无线电传输坐标数据包。直接点对点传输，距离可达 20km。无需 SIM 卡，无需蜂窝网络，无需互联网。
Loko Ground 接收器
接收 LoRa 数据包，解码坐标。一个您可以随身携带的口袋大小的设备。仍然不需要互联网。
蓝牙传输到您的手机
Loko Ground 通过蓝牙将坐标发送到您的智能手机。本地短距离无线电，不需要互联网。
Loko 应用程序 — 离线地图
Loko 应用程序在预先下载到您设备上的离线地图上显示位置。实时位置，零互联网。从卫星到您的屏幕，完全是本地的。
常见问题
GPS 工作需要互联网吗？
不需要。GPS 卫星使用单向无线电传输持续广播信号 — 卫星不会从您的设备接收任何信息，也不涉及互联网。您的 GPS 接收器纯粹根据从多颗卫星接收到的信号的时间差来计算其位置。然而，大多数商用 GPS 追踪器仍然需要互联网或蜂窝网络来将该位置传输到您的手机。
有多少颗 GPS 卫星？
根据最近的统计，美国 GPS 星座有 31 颗在轨运行卫星。在地球表面的任何给定位置，您通常可以同时看到 6–12 颗卫星。GPS 设备至少需要 4 颗卫星才能进行 3D 定位（纬度、经度、海拔）。像 Loko 这样的现代追踪器使用多个星座 — GPS、GLONASS（俄罗斯，24 颗卫星）和 Galileo（欧盟，30 颗卫星）— 可同时访问 60 多颗卫星，以实现更快、更准确的定位。
如果 GPS 可以离线工作，为什么大多数 GPS 追踪器需要蜂窝网络？
GPS 告诉追踪器它在哪里。但这个位置如何到达您的手机呢？大多数追踪器使用 SIM 卡和蜂窝数据将坐标发送到云服务器，然后您的手机通过互联网查询该服务器。GPS 本身是离线的，但传输层是蜂窝网络。Loko 用 LoRa 无线电取代了蜂窝网络 — 这是一种同样不需要互联网的直接无线电链路。
GPS、GLONASS 和 Galileo 之间有什么区别？
GPS 是美国的卫星导航系统（31 颗卫星）。GLONASS 是俄罗斯的对应系统（24 颗卫星）。Galileo 是欧盟的系统（截至 2024 年有 30 颗在轨运行卫星）。每个系统使用不同的频率和轨道平面。同时使用所有三个系统 — 正如 Loko 所做的那样 — 可以显著增加可见卫星的数量，提高定位精度，减少首次定位时间，并在某个星座几何条件较差的环境中保持跟踪。
Loko 如何完全离线工作？
Loko 的信号链在任何步骤都不涉及互联网：GPS/GLONASS/Galileo 卫星广播无线电信号 → Loko Air 的接收器计算坐标 → Loko Air 通过 LoRa 无线电（直接无线电链路，类似于对讲机）传输坐标 → Loko Ground 接收 LoRa 信号 → Loko Ground 通过蓝牙将坐标发送到您的手机 → Loko 应用程序在离线地图上显示位置。从卫星到屏幕，一切都是本地无线电。