Опубликовано в рубрике 
В пoслeдний рaз, кoгдa вы испoльзoвaли свoй тeлeфoн, чтoбы Кaрты Google тoчнo oпрeдeляли вaшe тoчнoe мeстoпoлoжeниe нa кaртe, вы кoгдa-нибудь oстaнaвливaлись и зaдaвaлись вoпрoсoм, кaк GPS рaбoтaeт и испoльзуeтся тaк тoчнo?
Глoбaльнaя Систeмa Пoзициoнирoвaния (GPS) былa фaктичeски зaпущeнa Министeрствoм oбoрoны СШA в 1973 гoду (извeстнaя кaк NAVSTAR). К 1993 гoду нa Зeмлe былo 24 спутникa GPS, кoтoрыe пeрeдaвaли oрбитaльныe и пoзициoнныe дaнныe, кoтoрыe вoeнныe мoгли испoльзoвaть для нaвигaциoнныx и других военных целей. Сегодня на момент написания статьи их было 28.
В 1980-х годах данные, передаваемые со спутников GPS, были открыты для общественности, что открыло целый рынок для широкого ассортимента навигационных устройств GPS, которые мы имеем сегодня.
На момент написания этой статьи Россия, Китай, Европа и Индия имеют свои собственные активные системы GPS. Япония разрабатывает собственную 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.
Как работает триангуляция GPS
В любой точке планеты, если вы держите GPS-приемник (например, в своем телефоне), GPS-приемник получает отметки времени от синхронизированных часов на каждом из спутников GPS.
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 определить, где, приблизительно, эти спутники в настоящее время расположены над землей.
С известным местоположением каждого спутника и измеренным расстоянием между этими спутниками и вашим положением ваш GPS-приемник может рассчитать ваше приблизительное местоположение, 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 трилатерация.
Как работает GPS-датчик вашего телефона
Большинство современных смартфонов сегодня оснащены чипом GPS-приемника. Этот чип может принимать радиосигналы от спутников GPS. Часы вашего телефона не являются атомными, 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:
– Все пять спутников передают одну и ту же метку времени на ваш телефон в 17:12:14.
– Ваш телефон получает эту метку времени в 5:12:15 со спутника 1.
– Он получает метку времени в 5:12:16 со спутника 2.
– Наконец, в 5:12:17 он получает метку времени от спутника 3.
Это сообщает вашему GPS-приемнику, что радиосигнал достиг 1 секунды от спутника 1, 2 секунды от спутника 2 и 3 секунды от спутника 3. Скорость света – известная постоянная 299 792 458 метров в секунду.
Используя простую математику, получатель может рассчитать, 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 GPS, приемник GPS вашего телефона знает примерное текущее местоположение над землей всех трех спутников, которое обеспечивает координаты долготы и широты всех трех. С помощью этой информации ваш телефон может рассчитать ваши собственные координаты долготы и широты на Земле.
Используя ваши известные координаты, ваш GPS-приемник может затем использовать расстояние, измеренное между собой и четвертым спутником, чтобы определить, на какой высоте над Землей вы находитесь.
Что такое вспомогательная система глобального позиционирования?
До того, как смартфоны начали интегрировать GPS-схемы, люди обычно использовали портативные GPS-приемники, работающие от батареек АА. Или они будут устанавливать GPS-модули в автомобили, которые подключены к аккумулятору телефона. Это произошло потому, что радиосвязь требует больше энергии. Ограничением этого является то, что вам часто приходилось ждать несколько минут, чтобы ваш GPS-приемник «захватил» достаточное количество спутников GPS для расчета вашего местоположения.
Производители смартфонов обошли это ограничение батареи, объединив существующую технологию сотовой триангуляции. Задолго до того, как телефоны были включены GPS, 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 данные спутникового GPS будут готовы.
Это позволяет современным смартфонам резервировать заряд батареи, используя только данные GPS, когда требуются обновления местоположения. Вот почему вы можете часто видеть свое местоположение на Картах Google, иногда переходя на новое местоположение, когда доступны более точные данные.
Источник