Czy ostatnim razem, gdy używałeś telefonu, aby Mapy Google wskazywały Twoją dokładną lokalizację^{(Google Maps pinpoint your exact location)} na mapie, zastanawiałeś się kiedyś, jak GPS działa tak dokładnie?

System Globalnego Systemu Pozycjonowania^{(Global Positioning System)} ( GPS ) został faktycznie uruchomiony przez Departament^{(U.S. Department)} Obrony Stanów Zjednoczonych^(Defense) w 1973 roku (znany jako NAVSTAR ). Do 1993 roku wokół Ziemi krążyły 24 satelity GPS , które nadawały dane orbitalne i pozycyjne, które wojsko mogło wykorzystać do celów nawigacyjnych i innych celów wojskowych. Dziś, w chwili pisania tego tekstu, jest ich 28.

W latach 80. dane przesyłane z satelitów GPS zostały udostępnione opinii publicznej, co otworzyło cały rynek dla szerokiego asortymentu urządzeń do nawigacji GPS , które mamy dzisiaj. 

W chwili pisania tego artykułu Rosja^(Russia) , Chiny^(China) , Europa^(Europe) i Indie^(India) mają swoje własne aktywne systemy GPS . Japonia^(Japan) opracowuje własny system GPS , który ma zacząć działać w 2023 roku.

Jak działa GPS?^{(How Does GPS Work?)}

Chociaż technologia satelitarna GPS jest bardzo zaawansowana, sposób działania systemu jest imponująco prosty.

Każdy indywidualny system nawigacji GPS składa się z trzech elementów .

• Satelity^(Satellites) : satelity GPS krążą wokół Ziemi^(Earth) i przekazują swój aktualny czas i pozycję orbitalną do wszystkich odbiorników GPS po ich stronie planety.
• Centrum dowodzenia^{(Command Center)} : Centrum dowodzenia przesyła dane orbitalne, poprawki czasu i pozycję orbitalną innych satelitów do satelitów na orbicie.
• Odbiorniki GPS^{(GPS Receivers)} : Odbiornik GPS na Ziemi^(Earth) odbiera czasy orbitalne z dowolnej liczby satelitów w zasięgu i oblicza swoją własną pozycję na Ziemi^(Earth) na podstawie pozycji co najmniej czterech satelitów GPS .

Odbiorniki GPS^(GPS) wykorzystują matematyczną zasadę zwaną triangulacją do obliczania własnej lokalizacji. 

Jak działa triangulacja GPS?^{(How Does GPS Triangulation Work)}

Z dowolnego miejsca na planecie, jeśli trzymasz odbiornik GPS (taki jak w telefonie), odbiornik GPS odbiera znaczniki czasu ze zsynchronizowanych zegarów na każdym z satelitów GPS na górze.

Wykorzystując różnice w znacznikach czasu i stałą prędkość światła, z jaką rozchodzą się fale radiowe, odbiornik GPS może określić odległość między miejscem, w którym stoisz, a każdym satelitą.

Zapewnia to odbiornikowi GPS informacje o promieniu sfer z satelitami w środku oraz o Twojej lokalizacji na krawędzi sfery.

Ponieważ każdy satelita porusza się po przewidywalnej orbicie nad Ziemią, odbiornik może użyć zapisanego almanachu aktualnej znanej pozycji wszystkich satelitów GPS , aby określić, gdzie w przybliżeniu te satelity są aktualnie zlokalizowane nad Ziemią.

Mając znaną pozycję każdego satelity i zmierzoną odległość między tymi satelitami a Twoją pozycją, Twój odbiornik GPS^(GPS) jest w stanie obliczyć przybliżoną lokalizację, określając miejsce przecięcia tych trzech sfer na powierzchni Ziemi^(Earth) .

Odbiornik wyświetla następnie tę lokalizację na mapie.

Trzy satelity zapewniają przybliżoną lokalizację, a odbiorniki GPS wymagają czwartego sygnału z innego satelity GPS , aby określić aktualną wysokość na powierzchni Ziemi przy użyciu innej zasady matematycznej zwanej trilateracją.

Jak działa czujnik GPS w telefonie^{(How Your Phone GPS Sensor Works)}

Większość współczesnych smartfonów jest wyposażona w chip odbiornika GPS . Ten chip może odbierać sygnały radiowe z satelitów GPS .

Zegar w Twoim telefonie 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^(GPS) w telefonie skupia się na danych otrzymywanych z satelitów oraz na bazie danych znanych lokalizacji satelitów na Ziemi^(Earth) . 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 oraz fakt, że sygnały radiowe przemieszczają się z prędkością światła, różnice między każdym otrzymanym znacznikiem czasu pokazują odległość między telefonem a każdym z satelitów.

Oto jak działa ten proces GPS:

• Wszystkie cztery satelity przesyłają ten sam dokładny znacznik czasu do telefonu o 17:12:14.
• Twój telefon odbierze ten znacznik czasu o 5:12:15 z satelity 1.
• Otrzymuje znacznik czasu o 5:12:16 z satelity 2.
• Wreszcie o 5:12:17 odbiera znacznik czasu z satelity 3.

To informuje odbiornik GPS , że dotarcie sygnału radiowego z satelity 1 zajęło 1 sekundę, 2 sekundy z satelity 2 i 3 sekundy z satelity 3.

Prędkość światła to znana stała 299 792 458 metrów na sekundę.

Korzystając z prostej matematyki, odbiornik może 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 wyszukiwania z bazy danych satelitów GPS , odbiornik ^(GPS)GPS telefonu zna przybliżoną bieżącą lokalizację wszystkich trzech satelitów na Ziemi, co zapewnia współrzędne wszystkich trzech satelitów. 

Dzięki tym informacjom Twój telefon jest w stanie obliczyć Twoje własne współrzędne długości i szerokości geograficznej^{(your own longitude and latitude coordinates)} na Ziemi.

Korzystając ze znanych współrzędnych, odbiornik GPS może następnie wykorzystać odległość zmierzoną między sobą a czwartym satelitą, aby określić, na jakiej wysokości nad Ziemią^(Earth) się znajdujesz.

Co to jest wspomagany globalny system pozycjonowania?^{(What Is An Assisted Global Positioning System?)}

Zanim smartfony zaczęły integrować obwody GPS , ludzie zwykle używali ręcznych odbiorników GPS , które działały na baterie AA. Albo instalowaliby GPS w samochodach, które były podłączone do baterii telefonu.

Wynikało to z faktu, że komunikacja radiowa wymaga większej mocy. Ograniczeniem jest to, że często trzeba było czekać kilka minut, aż odbiornik GPS „zablokuje” wystarczającą liczbę satelitów GPS , aby obliczyć Twoją pozycję.

Producenci smartfonów ominęli to ograniczenie baterii, łącząc istniejącą technologię triangulacji komórkowej. Na długo^(Long) przed tym, jak telefony miały włączony GPS , mogły wykorzystywać sygnały pochodzące z wież telefonii komórkowej do triangulacji Twojej pozycji, używając tego samego rodzaju triangulacji znaczników czasu i technologii odległości, jak w przypadku satelitów GPS . 

Niestety, ponieważ wieże telefonii komórkowej znajdują się na poziomie gruntu, te obliczenia nawigacyjne są znacznie mniej dokładne. Oprogramowanie GPS^(GPS) Twojego smartfona najpierw użyje triangulacji sygnału komórkowego, aby określić przybliżoną pozycję, a następnie zaktualizuje tę pozycję, gdy dane satelitarne GPS będą gotowe.

Dzięki temu nowoczesne smartfony mogą rezerwować energię baterii przy użyciu danych GPS tylko wtedy, gdy te aktualizacje lokalizacji są wymagane. Dlatego często możesz zobaczyć swoją lokalizację^{(see your location)} w Mapach Google^{(Google Maps)} , od czasu do czasu przeskakując do nowej lokalizacji, gdy dostępne są dokładniejsze dane.

HDG Explains : How Does GPS Work?

The lаst time you υsed your phonе to have Google Maps pinpoint your exact location on a map, did you ever stop and wonder how does GPS work so accurately?

The Global Positioning System (GPS) system was actually launched by the U.S. Department of Defense in 1973 (known as NAVSTAR). By 1993, there were 24 GPS satellites orbiting the Earth and broadcasting orbital and positional data that the military could use for navigational and other military purposes. Today, as of this writing, there are 28.

In the 1980s, data transmitted from GPS satellites were opened up to the public, which opened up an entire market for the wide assortment of GPS navigation devices we have today. 

As of the writing of this article, Russia, China, Europe, and India all have their own active GPS systems. Japan is developing its own GPS system slated to be operational in 2023.

How Does GPS Work?

While the satellite technology GPS is based on is very advanced, the way the system operates is impressively simple.

There are three components to any individual GPS navigational system.

• Satellites: GPS satellites orbit the Earth and transmit their current time and orbital position to all GPS receivers on their side of the planet.
• Command Center: The command center transmits orbital data, time corrections, and the orbital position of other satellites up to the satellites in orbit.
• GPS Receivers: A GPS receiver on Earth receives orbital times from as many satellites within range, and calculates its own position on Earth based on the positions of at least four GPS satellites.

GPS receivers utilize a mathematical principle known as triangulation to calculate its own location. 

How Does GPS Triangulation Work

From any point on the planet, if you’re holding a GPS receiver (like the one in your phone), a GPS receiver receives time stamps from the synchronized clocks on each of the GPS satellites overhead.

Using the differences in timestamps, and the constant speed of light at which radio waves travel, the GPS receiver can determine the distance between where you’re standing to each satellite.

This provides the GPS receiver with the radius of the spheres with the satellites at the center, and your location at the edge of the sphere.

Since each satellite travels in a predictable orbit over the earth, the receiver can use a stored almanac of the current known position of all GPS satellites to determine where, approximately, those satellites are currently located over the earth.

With the known position of each satellite, and the measured distance between those satellites and your position, your GPS receive is able to calculate your approximate location by determining where the intersection of those three spheres come together on the surface of the Earth.

The receiver then displays that location to you on a map.

Three satellites provide a rough location, and GPS receivers require a fourth signal from another GPS satellite to determine your current altitude on the Earth’s surface using another mathematical principle known as trilateration.

How Your Phone GPS Sensor Works

Most modern smartphones today come equipped with a GPS receiver chip. This chip can receive the radio signals from GPS satellites.

Your phone’s clock is not an atomic clock, so its time isn’t synced with the atomic clocks of the satellites in orbit. However, this doesn’t matter when it comes to calculating location using signals from those satellites.

This is because your phone’s GPS receiver is focusing on the data it receives from the satellites, and a database of known satellite locations over the Earth. Since all of the satellites do have an atomic clock, the current time on each satellite is exactly the same at any given moment.

However, due to distance from the satellite, and the fact that the radio signals travel at the speed of light, the differences between each received timestamp reveals the distance between your phone and each of the satellites.

Here’s how this GPS process works:

• All four satellites transmit the same exact timestamp to your phone at 5:12:14 PM.
• Your phone receives that timestamp at 5:12:15 from satellite 1.
• It receives the timestamp at 5:12:16 from satellite 2.
• Finally, at 5:12:17, it receives the timestamp from satellite 3.

This tells your GPS receiver that it took 1 second for the radio signal to reach it from satellite 1, 2 seconds from satellite 2, and 3 seconds from satellite 3.

The speed of light is a known constant of 299,792,458 meters per second.

Using simple math, the receiver can calculate that its distance is roughly 300 thousand meters from satellite 1, 600 thousand meters from satellite 2, and 900 thousand meters from satellite 3.

Using a lookup table from a GPS satellite database, your phone’s GPS receiver knows the approximate current location over the earth of all three satellites, which provides longitude and latitude coordinates of all three. 

With that information, your phone is able to calculate your own longitude and latitude coordinates on the Earth.

Using your known coordinates, your GPS receiver can then use the distance measured between itself and a fourth satellite to determine what altitude above the Earth you’re located.

What Is An Assisted Global Positioning System?

Before smartphones started integrating GPS circuitry, people typically would use handheld GPS receivers that ran off AA batteries. Or they would install GPS units in cars, which ran connected to the phone’s battery.

This was because radio communication requires more power. The limitation of this is that you often had to wait several minutes for your GPS receiver to “lock onto” enough GPS satellites to calculate your position.

Smartphone manufacturers got around this battery limitation by combining its existing technology of cellular triangulation. Long before phones were GPS enabled, they could use signals coming from cellphone towers to triangulate your position, using the same sort of triangulation timestamp and distance technology as with GPS satellites. 

Unfortunately, because cell phone towers are at ground level, this navigational calculation is far less accurate. So your smartphone GPS software will first use cell signal triangulation to determine your approximate position, and then update that position once satellite GPS data is ready.

This allows modern smartphones to reserve battery power by only using GPS data when those location updates are required. This is why you may often see your location on Google Maps occasionally jump to a new location when more accurate data is available.

Related posts

• HDG wyjaśnia: Jak działa drukowanie 3D?

• HDG wyjaśnia: Co to jest CAPTCHA i jak to działa?

• HDG wyjaśnia: Jak działa rozszerzona rzeczywistość?

• HDG wyjaśnia: Co to jest SFTP i FTP?

• HDG wyjaśnia: Co to jest serwer komputerowy?

• HDG wyjaśnia: Co to jest zaparkowana domena i jakie są jej zalety?

• Utwórz kopię zapasową obrazu systemu Windows 10

• Jak odróżnić, co jest prawdą, a co fałszem w Internecie?

• Przewodnik HDG dotyczący robienia zrzutów ekranu środowisk rozruchowych

• Najlepszy przewodnik rozwiązywania problemów z zawieszaniem się systemu Windows 7

• HDG wyjaśnia: Co to jest przepustowość?

• Hakowanie wyborcze 101: Czy głosowanie drogą elektroniczną jest bezpieczne?

• HDG wyjaśnia: Co to jest Bluetooth i do czego jest najczęściej używany?

• Najlepsze programy i filmy na Apple TV Plus już teraz

• Zdefiniowano czarny, biały i szary kapelusz hacking

• Dlaczego większość nowych telefonów rezygnuje z gniazda słuchawkowego

• HDG wyjaśnia: Jak działa Google Chromecast?

• HDG wyjaśnia: Co to jest port komputerowy i do czego są używane?

• 99 najlepszych darmowych programów Windows, których możesz nie znać

• HDG wyjaśnia: Co to jest baza danych Blockchain?