Czy po raz ostatni używałeś telefonu, aby mieć Mapy Google wskazują dokładną lokalizację na mapie, czy kiedykolwiek przestałeś się zastanawiać, jak GPS działa tak dokładnie?
Globalny system pozycjonowania (GPS ) system został faktycznie uruchomiony przez Departament Obrony USA w 1973 r. (znany jako NAVSTAR). Do 1993 roku istniały 24 satelity GPS krążące wokół Ziemi i nadające dane orbitalne i pozycyjne, które wojsko mogłoby wykorzystać do celów nawigacyjnych i innych celów wojskowych. Dziś, w chwili pisania tego tekstu, jest ich 28.
W latach osiemdziesiątych dane transmitowane z satelitów GPS zostały otwarte dla publiczności, co otworzyło cały rynek dla szerokiego asortymentu urządzeń nawigacyjnych GPS, które posiadamy dzisiaj.
W chwili pisania w tym artykule Rosja, Chiny, Europa i Indie mają własne aktywne systemy GPS. Japonia opracowuje własny system GPS, który ma działać w 2023 r.
Jak działa GPS?
Technologia satelitarna, na której opiera się GPS, jest bardzo zaawansowane, sposób działania systemu jest imponująco prosty.
Każdy system nawigacyjny GPS składa się z trzech elementów.
In_content_1 all: [300x250] / dfp: [ 640x360]->Odbiorniki GPS wykorzystują matematykę zasada znana jako triangulacja w celu obliczenia własnej lokalizacji.
Jak działa triangulacja GPS
Z dowolnego miejsca na planecie, jeśli trzymasz odbiornik GPS (taki jak ten w telefonie), odbiornik GPS otrzymuje znaczniki czasu od zsynchronizowanych zegarów na każdym z satelitów GPS nad głową.
Korzystając z różnic w znacznikach czasu i stałej prędkości światła, z jaką przemieszczają się fale radiowe, odbiornik GPS może określić odległość pomiędzy miejscem, w którym stoisz do każdego satelity.
Zapewnia to odbiornikowi GPS promień kul z satelitami pośrodku i Twoją lokalizację na krawędzi kuli.
Ponieważ każdy satelita podróżuje przewidywalnie orbitując nad ziemią, odbiornik może użyć zapisanego almanachu aktualnej znanej pozycji wszystkich satelitów GPS, aby ustalić, gdzie w przybliżeniu te satelity znajdują się obecnie nad ziemią.
Dzięki znanej pozycji każdego satelity i zmierzonej odległości między tymi satelitami a Twoją pozycją, twój odbiornik GPS jest w stanie obliczyć przybliżoną lokalizację, określając, gdzie przecięcie tych trzech sfer zbiega się na powierzchni Ziemi.
Odbiornik wyświetli tę lokalizację na mapie.
Trzy satelity zapewniają przybliżoną lokalizację, a odbiorniki GPS wymagają czwartego sygnału z innego satelity GPS w celu ustalenia aktualnej wysokości powierzchni Ziemi przy użyciu innej matematycznej zasady znanej jako trilateracja.
Jak działa czujnik GPS telefonu
Większość współczesnych smartfonów jest wyposażona w układ odbiornika GPS. Ten układ może odbierać sygnały radiowe z satelitów GPS.
Zegar Twojego telefonu nie jest zegarem atomowym, więc jego czas nie jest zsynchronizowany z zegarami atomowymi satelitów na orbicie. Nie ma to jednak znaczenia, jeśli chodzi o obliczanie lokalizacji za pomocą sygnałów z tych satelitów.
Dzieje się tak, ponieważ odbiornik GPS telefonu koncentruje się na danych otrzymywanych z satelitów oraz bazie danych znanych lokalizacji satelitów na Ziemi. Ponieważ wszystkie satelity mają zegar atomowy, aktualny czas na każdym satelicie jest dokładnie taki sam w danym momencie.
Jednak ze względu na odległość od satelity i fakt, że sygnały radiowe podróżują przy prędkości światła różnice między każdym odebranym znacznikiem czasu pokazują odległość między telefonem a każdym z satelitów.
Oto jak działa ten proces GPS:
Mówi to odbiornikowi GPS dotarcie sygnału radiowego z satelity 1 zajęło 1 sekundę, 2 sekundy z satelity 2 i 3 sekundy z satelity 3.
Szybkość światła jest znaną stałą 299 792 458 metrów na sekundę.
Używając prostej matematyki, odbiornik ca n obliczyć, że jego odległość wynosi około 300 tysięcy metrów od satelity 1, 600 tysięcy metrów od satelity 2 i 900 tysięcy metrów od satelity 3.
Korzystając z tabeli odnośników z satelitarnej bazy danych GPS, odbiornik GPS w telefonie zna przybliżoną aktualną lokalizację nad ziemią wszystkich trzech satelitów , który zapewnia współrzędne długości i szerokości geograficznej wszystkich trzech.
Dzięki tym informacjom telefon może obliczyć własne współrzędne długości i szerokości geograficznej na Ziemi.
Korzystając ze znanych współrzędnych, odbiornik GPS może następnie wykorzystać zmierzoną odległość między sobą a czwartym satelitą, aby ustalić, na jakiej wysokości nad ziemią się znajdujesz.
Czym jest wspomagany globalny system pozycjonowania?
Zanim smartfony zaczęły integrować obwody GPS, ludzie zwykle używali ręcznych odbiorników GPS, które były zasilane z baterii AA. Albo zainstalowaliby jednostki GPS w samochodach, które biegły podłączone do baterii telefonu.
Było tak, ponieważ komunikacja radiowa wymaga więcej energii. Ograniczeniem tego jest to, że często musiałeś czekać kilka minut, aż odbiornik GPS „zablokuje się” wystarczającą liczbą satelitów GPS, aby obliczyć Twoją pozycję.
Producenci smartfonów obejrzeli to ograniczenie baterii, łącząc swoją istniejącą technologię triangulacja komórkowa. Na długo zanim telefony były wyposażone w GPS, mogły wykorzystywać sygnały pochodzące z wież telefonii komórkowej do triangulacji pozycji przy użyciu tego samego rodzaju sygnatury czasowej triangulacji i technologii odległości jak w przypadku satelitów GPS.
Niestety, ponieważ telefon komórkowy wieże znajdują się na poziomie gruntu, to obliczenia nawigacyjne są znacznie mniej dokładne. Dlatego oprogramowanie GPS w smartfonie najpierw użyje triangulacji sygnału komórkowego, aby określić przybliżoną pozycję, a następnie zaktualizuje tę pozycję, gdy dane satelitarne GPS będą gotowe.
Umożliwia to nowoczesnym smartfonom rezerwowanie energii baterii tylko przy użyciu danych GPS, gdy te aktualizacje lokalizacji są wymagane. Dlatego często możesz zobacz swoją lokalizację w Mapach Google czasami przeskakiwać w nowe miejsce, gdy dostępne są dokładniejsze dane.