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  • Garmin

    Garmin佳明 GPS 发展史:从零开始,到无处不在

    文章转自:知乎Garmin官方账号

    1960年,美国第一颗导航卫星「子午仪(Transit)」升空,开启了全球卫星定位的第一步,也拉开了Garmin佳明的序幕。

    当时,美国国防部将整个卫星定位计划分为三个阶段,在第一个阶段仅仅停留在概念。而创始人之一的高明环(Min Kao)所在的公司承接了其中一部分,也让他成为全球能看到这个高机密计划全貌的少数人之一。

    “我第一次看见时,就是几个板子在桌上拼拼凑凑的,很多系统的东西旁边是一堆计算方程式的册子?!彼匾涞?。

    谁也不曾想到这几块板子上的概念,在数十年后变成外太空中环绕地球飞行的卫星,组成了如今生活中必不可少的 GPS 系统。

    GPS定位的原理

    1983年,Garmin 的两位创始人高明环与 Gary Burrell 相遇,当时的他们正在开发第一个具有 GPS 功能的航空电子设备。

    有一天他们边吃晚餐边聊着天,讨论着 GPS 民用化的潜力以及可能性(当时的 GPS 并未对民用开放,只应用于军事目的),他们设想出了这样一个场景——

    无论是对于飞行员、划船冒险者、驾驶员或者徒步者,有没有一种机器能够帮助他们实时了解自己所处的位置。这便是 Garmin 开始的想法,公司的名字来自于两位创始人名字前三位字母组合(Gary Burrell 和 Min Kao)。

    Gary Burrell 和 Min Kao

    1989年,公司正式成立。不过他们碰上了一个难题,「天空地图」只掌握在军方手中,这也就意味着即使能够制造出接受信号的机器,也无法知道自己处在什么位置。

    一切从零开始。他们需要做的是:根据卫星传输的微波,计算出经纬度,再运算出导航参数,并建立相应的数据库。这等于是要将整个地球天空划分成数以亿计个点,然后建立数据库,通过比对来确定其所处的位置。

    那时卫星经过美国天空的时间不到七个小时,且多半是在凌晨时间。为了追逐卫星信号,他们常常半夜坐在车上,贴着微波接收器,和距离两万多公里远的卫星们进行着“对话”。

    这样周而复始一年后,终于将庞大的天空解码,并开发了第一款面向民用的 GPS 导航器——GPS100。

    在1990年芝加哥国际海洋技术博览会上,GPS100首次亮相便收获5000台订单

    1991年海湾战争期间,Garmin 的 GPS100 航空版成为美军重要的配备之一。此外还克服了初期 GPS 大如冰箱的缺点,制造出了手持式 GPS,成为军队的标配。

    图/Khan Academy

    之后的一年,Garmin 准备从航空跨足航海市场时,却意外收获挫败。由于使用航空 GPS 的人员专业能力较强,惯性思维下认为航海领域的使用者应当也是如此。

    产品专业门槛过高、操作复杂,导致市场反应并不好,造成大量的库存。继而又重新推出了功能精简、操作更简易的产品,占有率一路攀升至50%以上。

    2004年Garmin推出的首款彩屏航海产品,GPSMAP 220。图/eaby

    在航空航海取得不错的占有率之后,20世纪90年代末 Garmin 将注意力转向了汽车导航市场。

    1997年底推出了 GPS III,其包含了美国主要道路的地图,可以在地图上显示了驾驶员和目的地的位置。

    GPS III。图/网络


    1998年,Garmin 还推出全球第一台结合手机功能的 GPS 产品 NavTalk。

    1998年发布的NavTalk

    至此 Garmin 在专业导航领域已经成就颇丰。2000年,美国取消了对民用 GPS 的干扰,将原本的100米误差减少到10米以下,GPS进入大众时代。


    2002年,Garmin 推出第一块针对消费者市场的手持式产品 GPS eTrex,但因屏幕过小、市场尚未成熟,陷入滞销的窘境。

    Garmin eTrex H,早期的手持式GPS机器

    第一款穿戴式GPS的诞生

    不过这也机缘巧合的成就了第一块运动手表——

    2003年,一名热爱跑步的工程师在某次测试中突发奇想,将 GPS eTrex 绑在手腕上,意外发现显示距离和速度的效果非常不错。

    这给了他一个灵感:为何不把可携带式GPS做成跑步训练装置呢?灵光乍现,就此催生了Forerunner 201,也是第一款智能穿戴式装备。



    随着之后体积缩小、功能不断进步,延伸出了登山、游泳、跑步等各类型的 GPS 应用。例如专为跑步设计 Forerunner 系列、专为户外运动设计的 Fēnix 系列、时尚的 vívo 系列……满足不同人群的需求。

    除了可穿戴设备外,还可以在高尔夫、宠物运动、自行车等运动项目看到我们 GPS 设备的身影。



    Garmin Approach Z80

    Garmin Delta Smart


    30年过去了,如今,在生活中 Garmin 的 GPS 设备无处不在。

    汽车导航

    航空导航

    航海导航

    深海潜水

    极地探险

    户外活动

    骑行

    跑步

    游泳

    它们引领着我们拨开世界的迷雾,陪伴我们跨过高山雪地,纪录着我们每一次运动的过程。

    希望下一个30年,Garmin 依然常伴你身。




    感谢阅读!


    佳明的科研技术如何应用在海陆空领域?

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    自佳明Garmin1989年创立之初到现在,已整整30周年。它以各种各样的形态、样貌,成为一些融入在人们生活、工作中不可或缺的角色而被大家熟知。大部份人说起它都会联想到一些关键词,比如:GPS、手表、运动、心率等等。除了这些,还有很多在其他领域的应用,此番,我们就来和大家分享一些真实发生在海陆空领域的有趣故事。

    1989年,精通学术研究的高民环(Min)博士和擅长技术管理的Gary Burrell,凭借二人对GPS民用化的远见卓识(当时GPS相关技术被军方垄断),创办了全球首家民用GPS产品公司,并以Garmin命名这家公司。除此之外,还有两位在相关领域拥有丰富几十年工作经验的技术工程师,四人在海陆空领域的资历加起来超过100年。

    但是,即便有资历,想要将研发出来的技术分别应用到不同领域,并不只是即插即用那么简单。

    拿乐高积木举例子,要想实现积木与积木之间的无缝组装拼接,首先要实现他们的构造模式化。好比你拿一块七巧板去拼接乐高积木,那肯定是拼不上的。将技术应用到各不同的领域,如何才能对接到位?工程师们花了很多时间。


    航空航天

    • 7年前NASA用来测试无人机的 Garmin ADS-B系统,如今已成为飞机的标配

    2012年3月15日,NASA首次在Ikhana MQ-9无人机上测试配备ADS-B设备进行飞行。这是对ADS-B系统以及硬件的首次测试,随着7年时间的过去,如今在航空业这一技术已经相当成熟并被广泛应用,成为飞机的标配。


    ADS-B(Automatic dependent surveillance – broadcast)被称为广播式自动相关监视,是一种飞机监视技术。飞机在装配此系统后,可以通过卫星导航确定其位置、速度、航向等等,并进行定期广播,使其可以被实时追踪。

    NASA的Ikhana MQ-9上装备的就是Garmin GDL-90。图/NASA


    打个比喻,这很像我们玩网络游戏,想要在公屏说话必须购买小喇叭。而ADB-S就是这个「小喇叭」,它会不断的向「公屏」喊话:“我是XXX飞机,目前的高度是XXX,航向是XXX……”。如果用我们现在的话来说,就是弹幕/刷屏。


    ADS-B原理图。图/Jetvision


    刷屏带来的好处,就是我们能实时了解其状况??罩薪煌ü苤频孛嬲疽约捌渌苫伎梢允凳苯邮照庑┬畔?,可以实时了解飞机当前的位置、速度以及高度等重要信息。

    工作人员正在检查ADS-B设备。图/NASA

    • F-5虎式战机指定使用Gamin-3000系统

    F-5虎式战斗机

    航空航天的每个仪器设备都要求极度精密,但对飞行员来说这么多设备不论是学习、操作起来真的都很麻烦,如果能把机舱内多达十几种仪器整合成一个,那就会方便很多。但当时几乎所有人都觉得这怎么可能,光是把容易受到干扰的GPS加在机舱内使用就够困难了,更别说整合其他仪器。这起码需要掌握融合贯通20多种技术。

    直到1998年开始,结合了高频通讯技术、导航、雷达,与自动降落系统等技术的产品系统,被逐渐应用在固定翼飞行器、直升机、旋翼机、超轻航机等飞行器上,在全球目前约有23万架的民航机中,使用garmin飞行系统的已高达九成。


    比如:G-3000系统提供了许多功能,包括广域增强系统/星基增强系统(WAAS / SBAS)、仪表着陆系统(ILS)进近能力、目视飞行规则(VFR)和仪表飞行规则(IFR)直升机图表以及Connext无线集成等。


    G-3000系统

    座舱显示

    • D2 Charlie飞行员手表成为美国空军U2侦察机飞行员指定装备

    关于标配飞行员手表的作用,美国海军曾公布一份长达69页关于F/A-18“大黄蜂”、E/A-18G“咆哮者”和T-45“苍鹰”教练机三种机型飞行员遭遇的空中失能案例报告。

    这些事故的起因主要是机载制氧系统污染、机舱环境控制系统舱内增压系统的故障,再加上舱内测高仪因尺寸和位置不佳很难读取,声音警报在飞行包线内也会失效,最终导致舱内飞行员出现缺氧性身体失能。

    而飞行员手表可以增加战机的安全系数,当飞行海拔达到预先设定好的警报值,飞行员手上的腕表将会发出警报。为飞行员提供早期预警,来预防机舱内的压力达到可能造成危险的水平。

    U2侦察机

    • Fēnix 3成为美国航空母舰战斗机飞行员的标配, 咆哮者战机仅靠着手表导航完成惊险迫降

    2018年1月29日,美国海军一架 EA-18G (波音「咆哮者」舰载型电子攻击机)从华盛顿州惠德比岛的海军航空站(Whidbey Island NAB)飞往加州的中国湖武器测试中心(NAWS China Lake)。

    飞行路线前方会途径西雅图上空,因而后面事发时飞机员当机立断迅速返航


    这本是一次常规的转移任务,没料到刚起飞 96 公里、在 7620米高度巡航时,控制驾驶舱湿温度和压力调节的环境控制系统(ECS)忽然失灵,驾驶舱内的压力和温度都迅速下降,直接到了-34℃。座舱和仪表盘瞬间结冰,飞行员既看不到舱外情况,也完全无法读取相关飞行数据。


    仪表盘参考图(非同一机型)

    此时这架 EA-18G 等于完全“盲”了。迷路的同时飞行员自身也受到低压低温的影响,情况非常严重。万幸的是,EA-18G 的飞行员官方标配的飞行员手表,此刻正好提供高度、航向、速度、路线等信息。于是事发飞行员当下决定返航,在完全缺失仪表指引的情况下,他们仅靠飞行员手表的导航显示来确定自己的高度和航向,配合空管指示,最终成功迫降。

    详细:一波神操作后,美军一架 EA-18G 「咆哮者」战机仅靠着Fenix 3导航完成惊险迫降

    F18 “大黄蜂”和 EA-18G “咆哮者”的舰载机飞行员前年开始人手标备一只Garmin fēnix 3

    总之就是,通过各种不断升级科研技术的应用,在一定程度上提高了航空航天的安全保障系数。


    航海

    从航空领域发展到航海领域,刚开始可以说是遭遇了前所未有的挫败。

    当工程师们经过航空领域的成功而信心满满地将产品融合到航海领域时,发现一了非常严重的问题—— 使用人群接受不了,为什么?

    在航空领域,能使用这些设备的人多是受过高等教育乃至长年培训的专业技师,他们的专业性强,同质性高,航海领域使用人群则完全不同,那个年代科技还没有现在如此发达,用惯了传统方式航?;蚝胶M嫉募菔辉泵蔷醯眉衙鞯牟返淖ㄒ得偶魈?,操作太复杂,不接地气。

    老式航海图

    产品一度积压滞销变成库存,遇到了第一次?;?。经过一番修改调整后才又针对航海产品受众的使用习惯的接受程度推出了操作简易上手更快的航海系列产品。


    货柜轮、邮轮,还有一般渔业以及休闲游艇上都能配备使用。航海的发展上也不是只有导航而已,雷达、声纳、鱼群探测的应用以及船用自动驾驶等等,都在应用范畴之中。

    比如:使用者可以利用正船上的卫星导航系统以及鱼群声纳探测,将船开到该海域鱼群最多的地方进行捕捞,同时对天气进行预测,或者利用声纳画出3d海床图等等。

    从技术上来说,我们的核心能力,早就不只是GPS,更是将技术整合在一起的能力。





    人们开着游艇出去海钓

    驾驶舱

    陆地

    • 因海湾战争而名声大噪

    海湾战争,是第二次世界大战之后参战国最多、一次性投入兵力最大、投入的兵器最多最先进、空袭规模最大、战况空前激烈和发展异常迅猛、双方伤亡损失又极其悬殊的一场现代高技术局部战争。


    1990年8月~1991年2月海湾战争时期,3个主要的军事行动 :沙漠盾牌行动、沙漠风暴行动和海上拦截行动中,佳明产品被美国军方广泛使用。除了车上配备导航,美军还人手配备一台GPS,使得部队发挥极佳的协同作战能力,利用其精准引导飞弹进行轰炸。




    在这之后,2003年的伊拉克战争,美军眷属人人为上前线的子弟,配备一台对讲机,以便让他们可以和同袍保持联系,彼此支援。

    而在遍地沙漠的战后伊拉克,美军四处搜寻伊拉克前总统——海珊,最后,美国特殊反应部队(special reaction team)也靠著Garmin的卫星定位系统,生擒了藏在洞裡的海珊。


    • 2008年 5.12 汶川大地震

    2008年四川的汶川发生芮氏规模7.8级的大地震,工作人员利用捐赠的导航设备中搭载的气压计和电子罗盘,帮助了救难人员在山区高度测量,进行定位,加速救灾工作。赈灾的手持导航设备的机种特别加装了更新版本的中国980个城市详图和公路网图,让救援单位能第一时间进入各省分的灾区现场,实施营救。



    不论海陆空,哪里有需要,我们就在哪里。




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