Kun viimeksi käytit puhelintasi Google Mapsin määrittämään tarkan sijaintisi^{(Google Maps pinpoint your exact location)} kartalla, pysähdytkö koskaan miettimään, kuinka GPS toimii niin tarkasti?

GPS - järjestelmän ( Global Positioning System ) käynnisti itse asiassa Yhdysvaltain ^{(U.S. Department)}puolustusministeriö^(Defense) vuonna 1973 (tunnetaan nimellä NAVSTAR ). Vuoteen 1993 mennessä Maata kiertää 24 GPS -satelliittia, jotka lähettivät kiertorata- ja sijaintitietoja, joita armeija saattoi käyttää navigointiin ja muihin sotilaallisiin tarkoituksiin. Tänään tätä kirjoitettaessa niitä on 28.

1980-luvulla GPS^(GPS) -satelliiteista siirretty data avattiin yleisölle, mikä avasi kokonaiset markkinat nykypäivän laajalle GPS - navigointilaitteiden valikoimalle. 

Tätä artikkelia kirjoitettaessa Venäjällä^(Russia) , Kiinalla^(China) , Euroopalla^(Europe) ja Intialla^(India) on kaikilla omat aktiiviset GPS - järjestelmänsä. Japani^(Japan) kehittää omaa GPS -järjestelmäänsä, joka on tarkoitus ottaa käyttöön vuonna 2023.

Kuinka GPS toimii?^{(How Does GPS Work?)}

Vaikka satelliittiteknologia, johon GPS perustuu, on erittäin edistynyt, järjestelmän toimintatapa on vaikuttavan yksinkertainen.

Jokaisessa yksittäisessä GPS - navigointijärjestelmässä on kolme osaa.

• Satelliitit^(Satellites) : GPS -satelliitit kiertävät maata^(Earth) ja lähettävät nykyisen aikansa ja kiertoradansa kaikille GPS -vastaanottimille planeetan puolella.
• Komentokeskus^{(Command Center)} : Komentokeskus lähettää kiertoradan tiedot, aikakorjaukset ja muiden satelliittien kiertoradan sijainnit kiertoradalla oleville satelliiteille.
• GPS-vastaanottimet^{(GPS Receivers)} : Maan päällä oleva ^(Earth)GPS -vastaanotin vastaanottaa kiertoaikaa niin monelta kantaman sisällä olevalta satelliitilta ja laskee oman sijaintinsa maan päällä^(Earth) vähintään neljän GPS - satelliitin sijainnin perusteella.

GPS -vastaanottimet käyttävät matemaattista periaatetta, joka tunnetaan nimellä triangulaatio laskeakseen oman sijaintinsa. 

Kuinka GPS-triangulaatio toimii^{(How Does GPS Triangulation Work)}

Jos pidät GPS -vastaanotinta (kuten puhelimessasi olevaa), GPS -vastaanotin vastaanottaa aikaleimat jokaisen yläpuolella olevan GPS -satelliitin synkronoiduista kelloista mistä tahansa planeetan pisteestä.^(GPS)

Käyttämällä aikaleimojen eroja ja radioaaltojen jatkuvaa valonnopeutta GPS - vastaanotin voi määrittää etäisyyden sijaintisi ja kunkin satelliitin välillä.

Tämä antaa GPS - vastaanottimelle niiden pallojen säteen, joissa satelliitit ovat keskellä, ja sijaintisi pallon reunalla.

Koska jokainen satelliitti kulkee ennustettavalla kiertoradalla maan päällä, vastaanotin voi käyttää tallennettua almanakkia kaikkien GPS -satelliittien nykyisestä tunnetusta sijainnista määrittääkseen, missä suunnilleen kyseiset satelliitit tällä hetkellä sijaitsevat maan päällä.

Kunkin satelliitin tunnetun sijainnin sekä näiden satelliittien ja sijaintisi välisen mitatun etäisyyden perusteella GPS -vastaanottimesi pystyy laskemaan likimääräisen sijaintisi määrittämällä, missä näiden kolmen pallon leikkauspisteet kohtaavat maan pinnalla^(Earth) .

Vastaanotin näyttää sitten kyseisen sijainnin sinulle kartalla.

Kolme satelliittia tarjoavat karkean sijainnin, ja GPS -vastaanottimet tarvitsevat neljännen signaalin toisesta GPS -satelliitista määrittääkseen nykyisen korkeutesi maan pinnalla käyttämällä toista matemaattista periaatetta, joka tunnetaan nimellä trilateration.

Kuinka puhelimesi GPS-sensori toimii^{(How Your Phone GPS Sensor Works)}

Useimmat nykyaikaiset älypuhelimet on varustettu GPS -vastaanottimella. Tämä siru voi vastaanottaa radiosignaaleja GPS - satelliiteista.

Puhelimesi kello ei ole atomikello, joten sen aikaa ei synkronoida kiertoradalla olevien satelliittien atomikellojen kanssa. Tällä ei kuitenkaan ole väliä laskettaessa sijaintia kyseisten satelliittien signaalien perusteella.

Tämä johtuu siitä, että puhelimesi GPS - vastaanotin keskittyy tietoihin, jotka se vastaanottaa satelliiteista, ja tietokantaan tunnetuista satelliittien sijainnista maan päällä^(Earth) . Koska kaikilla satelliiteilla on atomikello, kunkin satelliitin nykyinen aika on täsmälleen sama kulloinkin.

Kuitenkin johtuen etäisyydestä satelliitista ja siitä, että radiosignaalit kulkevat valon nopeudella, kunkin vastaanotetun aikaleiman väliset erot paljastavat puhelimesi ja kunkin satelliitin välisen etäisyyden.

Näin tämä GPS-prosessi toimii:

• Kaikki neljä satelliittia lähettävät saman tarkan aikaleiman puhelimeesi klo 17.12.14.
• Puhelimesi vastaanottaa aikaleiman klo 5:12:15 satelliitista 1.
• Se vastaanottaa aikaleiman 5:12:16 satelliitilta 2.
• Lopulta kello 5:12:17 se vastaanottaa aikaleiman satelliitilta 3.

Tämä kertoo GPS -vastaanottimellesi, että kesti 1 sekunti ennen kuin radiosignaali saavutti sen satelliitilta 1, 2 sekuntia satelliitilta 2 ja 3 sekuntia satelliitilta 3.

Valon nopeus tunnetaan vakiona 299 792 458 metriä sekunnissa.

Yksinkertaisen matematiikan avulla vastaanotin voi laskea, että sen etäisyys on noin 300 tuhatta metriä satelliitista 1, 600 tuhatta metriä satelliitista 2 ja 900 tuhatta metriä satelliitista 3.

Käyttämällä hakutaulukkoa GPS -satelliittitietokannasta puhelimesi GPS - vastaanotin tietää kaikkien kolmen satelliitin likimääräisen nykyisen sijainnin maan päällä, mikä antaa kaikkien kolmen satelliitin pituus- ja leveysastekoordinaatit. 

Näiden tietojen avulla puhelimesi pystyy laskemaan omat pituus- ja leveysasteen koordinaatit^{(your own longitude and latitude coordinates)} maan päällä.

Käyttämällä tunnettuja koordinaattejasi GPS -vastaanottimesi voi sitten käyttää mitattua etäisyyttä itsensä ja neljännen satelliitin välillä määrittääkseen, missä korkeudessa maapallon^(Earth) yläpuolella olet.

Mikä on avustettu globaali paikannusjärjestelmä?^{(What Is An Assisted Global Positioning System?)}

Ennen kuin älypuhelimet alkoivat integroida GPS -piirejä, ihmiset yleensä käyttivät kädessä pidettäviä GPS -vastaanottimia, jotka käyttivät AA-paristoja. Tai he asentaisivat autoihin GPS -yksiköitä, jotka toimivat puhelimen akkuun kytkettynä.

Tämä johtui siitä, että radioviestintä vaatii enemmän tehoa. Tämän rajoituksena on, että jouduit usein odottamaan useita minuutteja, jotta GPS -vastaanotin "lukitsi" tarpeeksi GPS -satelliitteihin sijaintisi laskemiseksi.

Älypuhelinvalmistajat pääsivät kiertämään tämän akun rajoituksen yhdistämällä olemassa olevan solukkokolmioteknologiansa. Kauan^(Long) ennen kuin puhelimet olivat GPS -käytössä, ne saattoivat käyttää matkapuhelintorneista tulevia signaaleja sijaintisi kolmiomittaukseen käyttämällä samanlaista kolmiomittausaikaleimaa ja etäisyystekniikkaa kuin GPS - satelliiteissa. 

Valitettavasti tämä navigointilaskenta on paljon epätarkempi, koska matkapuhelintornit ovat maan tasolla. Joten älypuhelimesi GPS -ohjelmisto käyttää ensin solun signaalin kolmiomittausta määrittääkseen likimääräisen sijaintisi ja päivittää sitten sijainnin, kun satelliitti- GPS - tiedot ovat valmiita.

Tämän ansiosta nykyaikaiset älypuhelimet voivat varata akkuvirtaa käyttämällä GPS - tietoja vain silloin, kun kyseisiä sijaintipäivityksiä tarvitaan. Tästä syystä saatat usein nähdä sijaintisi^{(see your location)} Google Mapsissa^{(Google Maps)} ajoittain hyppäämään uuteen sijaintiin, kun tarkempaa tietoa on saatavilla.

HDG Explains : How Does GPS Work?

Thе last tіme you used your phone 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 selittää: Kuinka 3D-tulostus toimii?

• HDG selittää: Mikä on CAPTCHA ja miten se toimii?

• HDG selittää: Kuinka lisätty todellisuus toimii?

• HDG selittää: Mikä on SFTP ja FTP?

• HDG selittää: Mikä on tietokonepalvelin?

• HDG selittää: Mikä on Ethernet ja onko se parempi kuin Wifi?

• Windows.old-kansion poistaminen Windows 7/8/10:ssä

• HDG selittää: Mikä on SQL, T-SQL, MSSQL, PL/SQL ja MySQL?

• Vaalihakkerointi 101: Onko turvallista äänestää sähköisesti?

• HDG selittää: Mikä on API?

• Paras aika ostaa tietokone upeilla tarjouksilla

• HDG selittää: Kuinka Google Chromecast toimii?

• HDG-opas käynnistysympäristöjen kuvakaappausten ottamiseen

• HDG selittää: Mikä on Keylogger ja kuinka voin poistaa sen tietokoneeltani?

• 99 parhaista Windows-ilmaisohjelmista, joita et ehkä tiedä

• Prosessorien vertailu – Intel Core i9 vs i7 vs i5 vs i3

• Kuinka poistaa pikakuvakevirus USB:stä CMD:n avulla

• HDG selittää: Mikä on Thunderbolt?

• HDG selittää: Mikä on Blockchain-tietokanta?

• Lopullinen opas akun lataamiseen