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Garmin佳明 GPS 發展史:從零開始,到無處不在

文章轉自:知乎Garmin官方賬號

1960年,美國第一顆導航衛星「子午儀(Transit)」升空,開啟了全球衛星定位的第一步,也拉開了Garmin佳明的序幕。

當時,美國國防部將整個衛星定位計劃分為三個階段,在第一個階段僅僅停留在概念。而創始人之一的高明環(Min Kao)所在的公司承接了其中一部分,也讓他成為全球能看到這個高機密計劃全貌的少數人之一。

“我第一次看見時,就是幾個板子在桌上拼拼湊湊的,很多系統的東西旁邊是一堆計算方程式的冊子?!彼貞浀?。

誰也不曾想到這幾塊板子上的概念,在數十年后變成外太空中環繞地球飛行的衛星,組成了如今生活中必不可少的 GPS 系統。

GPS定位的原理

1983年,Garmin 的兩位創始人高明環與 Gary Burrell 相遇,當時的他們正在開發第一個具有 GPS 功能的航空電子設備。

有一天他們邊吃晚餐邊聊著天,討論著 GPS 民用化的潛力以及可能性(當時的 GPS 并未對民用開放,只應用于軍事目的),他們設想出了這樣一個場景——

無論是對于飛行員、劃船冒險者、駕駛員或者徒步者,有沒有一種機器能夠幫助他們實時了解自己所處的位置。這便是 Garmin 開始的想法,公司的名字來自于兩位創始人名字前三位字母組合(Gary Burrell 和 Min Kao)。

Gary Burrell 和 Min Kao

1989年,公司正式成立。不過他們碰上了一個難題,「天空地圖」只掌握在軍方手中,這也就意味著即使能夠制造出接受信號的機器,也無法知道自己處在什么位置。

一切從零開始。他們需要做的是:根據衛星傳輸的微波,計算出經緯度,再運算出導航參數,并建立相應的數據庫。這等于是要將整個地球天空劃分成數以億計個點,然后建立數據庫,通過比對來確定其所處的位置。

那時衛星經過美國天空的時間不到七個小時,且多半是在凌晨時間。為了追逐衛星信號,他們常常半夜坐在車上,貼著微波接收器,和距離兩萬多公里遠的衛星們進行著“對話”。

這樣周而復始一年后,終于將龐大的天空解碼,并開發了第一款面向民用的 GPS 導航器——GPS100。

在1990年芝加哥國際海洋技術博覽會上,GPS100首次亮相便收獲5000臺訂單

1991年海灣戰爭期間,Garmin 的 GPS100 航空版成為美軍重要的配備之一。此外還克服了初期 GPS 大如冰箱的缺點,制造出了手持式 GPS,成為軍隊的標配。

圖/Khan Academy

之后的一年,Garmin 準備從航空跨足航海市場時,卻意外收獲挫敗。由于使用航空 GPS 的人員專業能力較強,慣性思維下認為航海領域的使用者應當也是如此。

產品專業門檻過高、操作復雜,導致市場反應并不好,造成大量的庫存。繼而又重新推出了功能精簡、操作更簡易的產品,占有率一路攀升至50%以上。

2004年Garmin推出的首款彩屏航海產品,GPSMAP 220。圖/eaby

在航空航海取得不錯的占有率之后,20世紀90年代末 Garmin 將注意力轉向了汽車導航市場。

1997年底推出了 GPS III,其包含了美國主要道路的地圖,可以在地圖上顯示了駕駛員和目的地的位置。

GPS III。圖/網絡


1998年,Garmin 還推出全球第一臺結合手機功能的 GPS 產品 NavTalk。

1998年發布的NavTalk

至此 Garmin 在專業導航領域已經成就頗豐。2000年,美國取消了對民用 GPS 的干擾,將原本的100米誤差減少到10米以下,GPS進入大眾時代。


2002年,Garmin 推出第一塊針對消費者市場的手持式產品 GPS eTrex,但因屏幕過小、市場尚未成熟,陷入滯銷的窘境。

Garmin eTrex H,早期的手持式GPS機器

第一款穿戴式GPS的誕生

不過這也機緣巧合的成就了第一塊運動手表——

2003年,一名熱愛跑步的工程師在某次測試中突發奇想,將 GPS eTrex 綁在手腕上,意外發現顯示距離和速度的效果非常不錯。

這給了他一個靈感:為何不把可攜帶式GPS做成跑步訓練裝置呢?靈光乍現,就此催生了Forerunner 201,也是第一款智能穿戴式裝備。



隨著之后體積縮小、功能不斷進步,延伸出了登山、游泳、跑步等各類型的 GPS 應用。例如專為跑步設計 Forerunner 系列、專為戶外運動設計的 Fēnix 系列、時尚的 vívo 系列……滿足不同人群的需求。

除了可穿戴設備外,還可以在高爾夫、寵物運動、自行車等運動項目看到我們 GPS 設備的身影。



Garmin Approach Z80

Garmin Delta Smart


30年過去了,如今,在生活中 Garmin 的 GPS 設備無處不在。

汽車導航

航空導航

航海導航

深海潛水

極地探險

戶外活動

騎行

跑步

游泳

它們引領著我們撥開世界的迷霧,陪伴我們跨過高山雪地,紀錄著我們每一次運動的過程。

希望下一個30年,Garmin 依然常伴你身。




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佳明的科研技術如何應用在海陸空領域?

文章轉自:知乎Garmin官方賬號

自佳明Garmin1989年創立之初到現在,已整整30周年。它以各種各樣的形態、樣貌,成為一些融入在人們生活、工作中不可或缺的角色而被大家熟知。大部份人說起它都會聯想到一些關鍵詞,比如:GPS、手表、運動、心率等等。除了這些,還有很多在其他領域的應用,此番,我們就來和大家分享一些真實發生在海陸空領域的有趣故事。

1989年,精通學術研究的高民環(Min)博士和擅長技術管理的Gary Burrell,憑借二人對GPS民用化的遠見卓識(當時GPS相關技術被軍方壟斷),創辦了全球首家民用GPS產品公司,并以Garmin命名這家公司。除此之外,還有兩位在相關領域擁有豐富幾十年工作經驗的技術工程師,四人在海陸空領域的資歷加起來超過100年。

但是,即便有資歷,想要將研發出來的技術分別應用到不同領域,并不只是即插即用那么簡單。

拿樂高積木舉例子,要想實現積木與積木之間的無縫組裝拼接,首先要實現他們的構造模式化。好比你拿一塊七巧板去拼接樂高積木,那肯定是拼不上的。將技術應用到各不同的領域,如何才能對接到位?工程師們花了很多時間。


航空航天

  • 7年前NASA用來測試無人機的 Garmin ADS-B系統,如今已成為飛機的標配

2012年3月15日,NASA首次在Ikhana MQ-9無人機上測試配備ADS-B設備進行飛行。這是對ADS-B系統以及硬件的首次測試,隨著7年時間的過去,如今在航空業這一技術已經相當成熟并被廣泛應用,成為飛機的標配。


ADS-B(Automatic dependent surveillance – broadcast)被稱為廣播式自動相關監視,是一種飛機監視技術。飛機在裝配此系統后,可以通過衛星導航確定其位置、速度、航向等等,并進行定期廣播,使其可以被實時追蹤。

NASA的Ikhana MQ-9上裝備的就是Garmin GDL-90。圖/NASA


打個比喻,這很像我們玩網絡游戲,想要在公屏說話必須購買小喇叭。而ADB-S就是這個「小喇叭」,它會不斷的向「公屏」喊話:“我是XXX飛機,目前的高度是XXX,航向是XXX……”。如果用我們現在的話來說,就是彈幕/刷屏。


ADS-B原理圖。圖/Jetvision


刷屏帶來的好處,就是我們能實時了解其狀況??罩薪煌ü苤频孛嬲疽约捌渌w機都可以實時接收這些信息,可以實時了解飛機當前的位置、速度以及高度等重要信息。

工作人員正在檢查ADS-B設備。圖/NASA

  • F-5虎式戰機指定使用Gamin-3000系統

F-5虎式戰斗機

航空航天的每個儀器設備都要求極度精密,但對飛行員來說這么多設備不論是學習、操作起來真的都很麻煩,如果能把機艙內多達十幾種儀器整合成一個,那就會方便很多。但當時幾乎所有人都覺得這怎么可能,光是把容易受到干擾的GPS加在機艙內使用就夠困難了,更別說整合其他儀器。這起碼需要掌握融合貫通20多種技術。

直到1998年開始,結合了高頻通訊技術、導航、雷達,與自動降落系統等技術的產品系統,被逐漸應用在固定翼飛行器、直升機、旋翼機、超輕航機等飛行器上,在全球目前約有23萬架的民航機中,使用garmin飛行系統的已高達九成。


比如:G-3000系統提供了許多功能,包括廣域增強系統/星基增強系統(WAAS / SBAS)、儀表著陸系統(ILS)進近能力、目視飛行規則(VFR)和儀表飛行規則(IFR)直升機圖表以及Connext無線集成等。


G-3000系統

座艙顯示

  • D2 Charlie飛行員手表成為美國空軍U2偵察機飛行員指定裝備

關于標配飛行員手表的作用,美國海軍曾公布一份長達69頁關于F/A-18“大黃蜂”、E/A-18G“咆哮者”和T-45“蒼鷹”教練機三種機型飛行員遭遇的空中失能案例報告。

這些事故的起因主要是機載制氧系統污染、機艙環境控制系統艙內增壓系統的故障,再加上艙內測高儀因尺寸和位置不佳很難讀取,聲音警報在飛行包線內也會失效,最終導致艙內飛行員出現缺氧性身體失能。

而飛行員手表可以增加戰機的安全系數,當飛行海拔達到預先設定好的警報值,飛行員手上的腕表將會發出警報。為飛行員提供早期預警,來預防機艙內的壓力達到可能造成危險的水平。

U2偵察機

  • Fēnix 3成為美國航空母艦戰斗機飛行員的標配, 咆哮者戰機僅靠著手表導航完成驚險迫降

2018年1月29日,美國海軍一架 EA-18G (波音「咆哮者」艦載型電子攻擊機)從華盛頓州惠德比島的海軍航空站(Whidbey Island NAB)飛往加州的中國湖武器測試中心(NAWS China Lake)。

飛行路線前方會途徑西雅圖上空,因而后面事發時飛機員當機立斷迅速返航


這本是一次常規的轉移任務,沒料到剛起飛 96 公里、在 7620米高度巡航時,控制駕駛艙濕溫度和壓力調節的環境控制系統(ECS)忽然失靈,駕駛艙內的壓力和溫度都迅速下降,直接到了-34℃。座艙和儀表盤瞬間結冰,飛行員既看不到艙外情況,也完全無法讀取相關飛行數據。


儀表盤參考圖(非同一機型)

此時這架 EA-18G 等于完全“盲”了。迷路的同時飛行員自身也受到低壓低溫的影響,情況非常嚴重。萬幸的是,EA-18G 的飛行員官方標配的飛行員手表,此刻正好提供高度、航向、速度、路線等信息。于是事發飛行員當下決定返航,在完全缺失儀表指引的情況下,他們僅靠飛行員手表的導航顯示來確定自己的高度和航向,配合空管指示,最終成功迫降。

詳細:一波神操作后,美軍一架 EA-18G 「咆哮者」戰機僅靠著Fenix 3導航完成驚險迫降

F18 “大黃蜂”和 EA-18G “咆哮者”的艦載機飛行員前年開始人手標備一只Garmin fēnix 3

總之就是,通過各種不斷升級科研技術的應用,在一定程度上提高了航空航天的安全保障系數。


航海

從航空領域發展到航海領域,剛開始可以說是遭遇了前所未有的挫敗。

當工程師們經過航空領域的成功而信心滿滿地將產品融合到航海領域時,發現一了非常嚴重的問題—— 使用人群接受不了,為什么?

在航空領域,能使用這些設備的人多是受過高等教育乃至長年培訓的專業技師,他們的專業性強,同質性高,航海領域使用人群則完全不同,那個年代科技還沒有現在如此發達,用慣了傳統方式航?;蚝胶D的駕駛員們覺得佳明的產品的專業門檻太高,操作太復雜,不接地氣。

老式航海圖

產品一度積壓滯銷變成庫存,遇到了第一次危機。經過一番修改調整后才又針對航海產品受眾的使用習慣的接受程度推出了操作簡易上手更快的航海系列產品。


貨柜輪、郵輪,還有一般漁業以及休閑游艇上都能配備使用。航海的發展上也不是只有導航而已,雷達、聲納、魚群探測的應用以及船用自動駕駛等等,都在應用范疇之中。

比如:使用者可以利用正船上的衛星導航系統以及魚群聲納探測,將船開到該海域魚群最多的地方進行捕撈,同時對天氣進行預測,或者利用聲納畫出3d海床圖等等。

從技術上來說,我們的核心能力,早就不只是GPS,更是將技術整合在一起的能力。





人們開著游艇出去海釣

駕駛艙

陸地

  • 因海灣戰爭而名聲大噪

海灣戰爭,是第二次世界大戰之后參戰國最多、一次性投入兵力最大、投入的兵器最多最先進、空襲規模最大、戰況空前激烈和發展異常迅猛、雙方傷亡損失又極其懸殊的一場現代高技術局部戰爭。


1990年8月~1991年2月海灣戰爭時期,3個主要的軍事行動 :沙漠盾牌行動、沙漠風暴行動和海上攔截行動中,佳明產品被美國軍方廣泛使用。除了車上配備導航,美軍還人手配備一臺GPS,使得部隊發揮極佳的協同作戰能力,利用其精準引導飛彈進行轟炸。




在這之后,2003年的伊拉克戰爭,美軍眷屬人人為上前線的子弟,配備一臺對講機,以便讓他們可以和同袍保持聯系,彼此支援。

而在遍地沙漠的戰后伊拉克,美軍四處搜尋伊拉克前總統——海珊,最后,美國特殊反應部隊(special reaction team)也靠著Garmin的衛星定位系統,生擒了藏在洞裡的海珊。


  • 2008年 5.12 汶川大地震

2008年四川的汶川發生芮氏規模7.8級的大地震,工作人員利用捐贈的導航設備中搭載的氣壓計和電子羅盤,幫助了救難人員在山區高度測量,進行定位,加速救災工作。賑災的手持導航設備的機種特別加裝了更新版本的中國980個城市詳圖和公路網圖,讓救援單位能第一時間進入各省分的災區現場,實施營救。



不論海陸空,哪里有需要,我們就在哪里。




感謝每一位支持、使用過我們產品的用戶,希望在未來我們還能為您提供更多的幫助。

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