В последний раз, когда вы использовали свой телефон, чтобы Google Maps определил ваше точное местоположение^{(Google Maps pinpoint your exact location)} на карте, вы когда-нибудь останавливались и задавались вопросом, как GPS работает так точно?

Система Глобальной системы позиционирования^{(Global Positioning System)} ( GPS ) фактически была запущена Министерством^{(U.S. Department)} обороны США^(Defense) в 1973 году (известная как NAVSTAR ). К 1993 году вокруг Земли вращалось 24 спутника GPS , которые передавали орбитальные и позиционные данные, которые военные могли использовать для навигационных и других военных целей. Сегодня, на момент написания этой статьи, их 28.

В 1980-х годах данные, передаваемые со спутников GPS , были открыты для общественности, что открыло целый рынок для широкого ассортимента устройств GPS - навигации, которые мы имеем сегодня. 

На момент написания этой статьи Россия^(Russia) , Китай^(China) , Европа^(Europe) и Индия^(India) имеют свои собственные активные системы GPS . Япония^(Japan) разрабатывает собственную систему GPS , запуск которой намечен на 2023 год.

Как работает GPS?^{(How Does GPS Work?)}

В то время как спутниковая технология , на которой основана система GPS , является очень продвинутой, система работает поразительно просто.

Любая индивидуальная навигационная система GPS состоит из трех компонентов .

• Спутники^(Satellites) : спутники GPS вращаются вокруг Земли^(Earth) и передают свое текущее время и орбитальное положение всем приемникам GPS на своей стороне планеты.
• Командный центр^{(Command Center)} : Командный центр передает орбитальные данные, временные поправки и орбитальное положение других спутников вплоть до спутников на орбите.
• Приемники GPS^{(GPS Receivers)} : Приемник GPS на Земле^(Earth) получает время обращения от максимально возможного количества спутников в пределах досягаемости и вычисляет свое собственное положение на Земле^(Earth) на основе положений не менее четырех спутников GPS .

Приемники GPS^(GPS) используют математический принцип, известный как триангуляция, для расчета собственного местоположения. 

Как работает GPS-триангуляция^{(How Does GPS Triangulation Work)}

Из любой точки планеты, если вы держите GPS -приемник (например, в телефоне), GPS - приемник получает временные метки от синхронизированных часов на каждом из спутников GPS над головой.

Используя разницу во временных метках и постоянную скорость света, с которой распространяются радиоволны, приемник GPS может определить расстояние между вашим положением и каждым спутником.

Это предоставляет 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.

Имея известное положение каждого спутника и измеренное расстояние между этими спутниками и вашим положением, ваш GPS -приемник может рассчитать ваше приблизительное местоположение, определив, где пересекаются эти три сферы на поверхности Земли^(Earth) .

Затем приемник отображает это местоположение на карте.

Три спутника обеспечивают примерное местоположение, а приемникам GPS требуется четвертый сигнал от другого спутника GPS , чтобы определить вашу текущую высоту на поверхности Земли, используя другой математический принцип, известный как трилатерация.

Как работает GPS-датчик вашего телефона^{(How Your Phone GPS Sensor Works)}

Большинство современных смартфонов сегодня оснащены чипом GPS -приемника. ^(GPS)Этот чип может принимать радиосигналы от спутников GPS .

Часы вашего телефона не являются атомными часами, поэтому их время не синхронизировано с атомными часами спутников на орбите. Однако это не имеет значения, когда речь идет о вычислении местоположения с использованием сигналов этих спутников.

Это связано с тем, что GPS - приемник вашего телефона использует данные, которые он получает со спутников, и базу данных известных местоположений спутников на Земле^(Earth) . Поскольку на всех спутниках есть атомные часы, текущее время на каждом спутнике точно одинаково в любой момент времени.

Однако из-за расстояния до спутника и того факта, что радиосигналы распространяются со скоростью света, разница между каждой полученной отметкой времени показывает расстояние между вашим телефоном и каждым из спутников.

Вот как работает этот процесс GPS:

• Все четыре спутника передают на ваш телефон одинаковую отметку времени в 17:12:14.
• Ваш телефон получает эту метку времени в 5:12:15 со спутника 1.
• Он получает отметку времени 5:12:16 со спутника 2.
• Наконец, в 5:12:17 он получает отметку времени со спутника 3.

Это сообщает вашему GPS -приемнику, что радиосигналу потребовалась 1 секунда, чтобы достичь его со спутника 1, 2 секунды со спутника 2 и 3 секунды со спутника 3.

Скорость света — известная константа, равная 299 792 458 метров в секунду.

Используя простую математику, приемник 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 , GPS -приемник вашего телефона знает приблизительное текущее местоположение над землей всех трех спутников, что обеспечивает координаты долготы и широты всех трех. 

С помощью этой информации ваш телефон может рассчитать ваши собственные координаты долготы и широты^{(your own longitude and latitude coordinates)} на Земле.

Используя ваши известные координаты, ваш GPS -приемник может затем использовать расстояние, измеренное между ним и четвертым спутником, чтобы определить, на какой высоте над Землей^(Earth) вы находитесь.

Что такое вспомогательная система глобального позиционирования?^{(What Is An Assisted Global Positioning System?)}

До того, как смартфоны начали интегрировать схему GPS , люди обычно использовали портативные GPS - приемники, работающие от батареек типа АА. Или они устанавливали в автомобили GPS -модули, которые подключались к аккумулятору телефона.

Это было связано с тем, что радиосвязь требует большей мощности. Ограничение этого заключается в том, что вам часто приходилось ждать несколько минут, пока ваш GPS -приемник «зафиксировался» на достаточном количестве спутников GPS для расчета вашего положения.

Производители смартфонов обошли это ограничение батареи, объединив существующую технологию сотовой триангуляции. Задолго^(Long) до того, как телефоны получили поддержку GPS , они могли использовать сигналы, исходящие от вышек сотовой связи, для триангуляции вашего местоположения, используя ту же технологию триангуляции временных меток и расстояния, что и со спутниками GPS . 

К сожалению, поскольку вышки сотовой связи находятся на уровне земли, этот навигационный расчет гораздо менее точен. Таким образом, программное обеспечение GPS^(GPS) вашего смартфона сначала будет использовать триангуляцию сотового сигнала, чтобы определить ваше приблизительное положение, а затем обновить это положение, как только будут готовы спутниковые данные GPS .

Это позволяет современным смартфонам резервировать заряд батареи, используя данные GPS только тогда, когда требуются эти обновления местоположения. Вот почему вы часто можете видеть, что ваше местоположение^{(see your location)} на Картах Google^{(Google Maps)} время от времени перескакивает на новое место, когда доступны более точные данные.

HDG Explains : How Does GPS Work?

The laѕt time you used your phone to hаve 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 объясняет: как работает 3D-печать?

• HDG объясняет: что такое CAPTCHA и как это работает?

• HDG объясняет: как работает дополненная реальность?

• HDG объясняет: что такое SFTP и FTP?

• HDG объясняет: что такое компьютерный сервер?

• Лучшие шоу и фильмы на Apple TV Plus прямо сейчас

• Как удалить папку Windows.old в Windows 7/8/10

• HDG объясняет: что такое метаданные и как они используются?

• HDG объясняет: что такое Thunderbolt?

• HDG объясняет: что такое припаркованный домен и каковы его преимущества?

• HDG объясняет: что такое UNIX?

• HDG объясняет: что такое кейлоггер и как его удалить с моего компьютера?

• HDG объясняет: что такое API?

• HDG объясняет: есть ли у меня вирус? Вот предупреждающие знаки

• Как работает беспроводная зарядка?

• HDG объясняет: что такое BIOS?

• HDG объясняет: как работает Google Chromecast?

• 99 лучших бесплатных программ для Windows, о которых вы могли не знать

• Руководство HDG по созданию скриншотов загрузочных сред

• Почему большинство новых телефонов отказываются от разъема для наушников