GPS.
В последний раз, когда вы использовали телефон, чтобы точно определить своё местоположение на карте, вы задавались вопросом, как GPS может работать так точно?
Система Глобальной Системы Позиционирования (GPS) была фактически запущена в 1973 году. К 1993 году над Землёй было 24 спутника GPS, которые передавали орбитальные и позиционные данные, военные использовали их для навигационных и других целей. Сегодня на момент написания статьи, над планетой на средней орбите кружит 32 спутника, часть из них периодически либо в резерве, либо на техобслуживании.
С 1980-х годов данные, передаваемые со спутников GPS, были открыты для общественности, что позволило создать целый рынок широкого ассортимента навигационных устройств GPS, которыми мы сегодня пользуемся.
В 2020 году Россия, Китай, Европа и Индия имеют свои собственные активные системы GPS. Япония разрабатывает для себя систему GPS, которую планируется ввести в эксплуатацию в 2023 году.
Как работает GPS?
Несмотря на то, что спутниковая технология GPS основана на самых передовых технологиях, система работает впечатляюще просто.
Есть три компонента любой отдельной навигационной системы GPS.
🚩 Спутники: спутники GPS вращаются вокруг Земли и передают свое текущее время и положение на орбите всем приемникам GPS на своей стороне планеты.
🚩 Командный центр: Командный центр передает орбитальные данные, временные поправки и орбитальную позицию других спутников вплоть до спутников на орбите.
🚩 Приемники GPS: Приемник GPS на Земле получает орбитальные времена от как можно большего числа спутников в пределах диапазона и вычисляет свое собственное положение на Земле на основе положений по крайней мере четырех спутников GPS.
Приемники GPS используют математический принцип, известный как триангуляция, для расчета своего местоположения.
В любой точке планеты, GPS-приемник получает отметки времени от синхронизированных часов на каждом из спутников GPS.
Данные точного времени – один из самых важных факторов для определения географических координат: ориентируясь на разницу между отдачей и приемом радиосигнала, спутники вычисляют расстояние между собой и навигатором.
Используя разницу во временных метках и постоянную скорость света, на которой распространяются радиоволны, приемник GPS может определять расстояние между тем, где вы находитесь, и каждым спутником.
Это обеспечивает приемнику GPS радиус сфер со спутниками в центре и ваше местоположение на краю сферы.
Поскольку каждый спутник движется по предсказуемой орбите над землей, приемник может использовать сохраненный альманах текущего известного положения всех спутников GPS, чтобы приблизительно определить где эти спутники в настоящее время расположены над землей.
С известным местоположением каждого спутника и измеренным расстоянием между этими спутниками и вашим положением, GPS-приемник может рассчитать ваше приблизительное место, определяя где пересечение этих трех сфер сходится на поверхности Земли.
Затем получатель отобразит это местоположение на карте.
Три спутника обеспечивают приблизительное местоположение, а приемникам GPS требуется четвертый сигнал от другого спутника GPS, чтобы определить текущую высоту над поверхностью Земли, используя другой математический принцип, известный как трилатерацияТрилатерация (от лат. trilaterus — трёхсторонний) метод определения положения геодезических пунктов путём построения на местности системы смежных треугольников, в которых измеряются длины их сторон
© Википедия
.
Большинство современных смартфонов сегодня оснащены чипом GPS-приемника. Этот чип может принимать радиосигналы со спутников GPS.
Часы вашего телефона явно не атомные, поэтому их время не синхронизируется с атомными часами спутников на орбите. Тем не менее, это не имеет значения, когда дело доходит до расчета местоположения с использованием сигналов от этих спутников.
Это связано с тем, что GPS-приемник вашего телефона фокусируется на данных, которые он получает от спутников, и на базе данных известных местоположений спутников над Землей. Поскольку все спутники имеют атомные часы, текущее время на каждом спутнике в любой момент времени точно одинаковое.
Однако из-за расстояния от спутника и того факта, что радиосигналы распространяются со скоростью света, различия между каждой полученной отметкой времени показывают расстояние между вашим телефоном и каждым из спутников.
Вот как работает процесс GPS:
Используя простую математику, получатель (GPS-приемник) рассчитывает, что его расстояние составляет, примерно, 300 тысяч метров от спутника ①, 600 тысяч метров от спутника ② и 900 тысяч метров от спутника ③.
Используя справочную таблицу из базы данных спутников, приемник Джи Пи Эс вашего телефона знает примерное текущее местоположение над землей всех трех спутников, которое обеспечивает их координаты долготы и широты.
С помощью этой информации ваш телефон может рассчитать ваши собственные координаты долготы и широты на Земле.
Используя полученные координаты, ваш GPS-приемник затем использует расстояние, измеренное между собой и четвертым спутником, чтобы определить, на какой высоте над Землей вы находитесь.
До того, как смартфоны начали интегрировать GPS-схемы, люди обычно использовали портативные GPS-приемники, работающие от батареек. Или они устанавливали GPS-модули в автомобили, которые подключали к аккумулятору.
Всё потому, что радиосвязь требует много энергии. Основным тормозом являлось то, что часто приходилось ждать несколько минут, пока ваш GPS-приемник «захватит» достаточное количество спутников GPS для расчета вашего местоположения.
Производители смартфонов обошли это объединив существующую технологию сотовой триангуляции. Задолго до того, как телефоны получили джипиэс, они могли использовать сигналы, поступающие от вышек сотовой связи, для триангуляции вашего местоположения, используя те же метки времени и расстояния для триангуляции, что и для спутников GPS.
К сожалению, поскольку вышки сотовой связи находятся на уровне земли, этот навигационный расчет гораздо менее точен. Таким образом, программное обеспечение GPS вашего смартфона сначала использует триангуляцию сигнала сотовой связи для определения приблизительного местоположения, а затем обновляет это положение, как только будут готовы данные спутникового GPS.
Это позволяет современным смартфонам резервировать заряд батареи, используя только данные GPS, когда требуются обновления местоположения. Вот почему вы можете часто видеть свое старое местоположение на Картах Google, переходя на новое место.
|
| |
