Jak działają odbiorniki GPS?
Odbiorniki globalnego systemu pozycjonowania (GPS) wykorzystują interesującą technikę, aby uchronić ludzi przed zgubieniem. Jednak nie wszystkie odbiorniki GPS są równe. Niektóre tańsze „kieszonkowe” odbiorniki GPS mogą mieć większe trudności z określeniem miejsca pobytu, na przykład w gęsto zalesionych obszarach. Jednak większość odbiorników GPS może dość dokładnie uchronić się przed zgubieniem lub pomóc znaleźć wyjście, jeśli się zgubi.
Odbiorniki GPS są połączone w system 27 satelitów krążących wokół Ziemi. Każdy z nich ma elektroniczny almanach, który mówi im, gdzie powinien być każdy satelita w danym momencie. Odbierają dane z satelitów o tym, gdzie znajduje się odbiornik. Działa to poprzez technikę zwaną trójwymiarową trilateracją.
Gdy dana osoba próbuje znaleźć swoją lokalizację, odbiornik GPS odbiera sygnały z trzech lub więcej najbliższych satelitów. Każdy satelita mierzy odbiorniki GPS jako odległość od satelity. Im więcej pomiarów, tym większa dokładność, ponieważ każdy nowy pomiar pomaga precyzyjnie określić dokładną lokalizację osoby na ziemi.
Pomaga to zrozumieć, oceniając dwuwymiarowe tryilateracje. Zgubiona osoba prosi trzy osoby o wskazówki. Pierwsza osoba mówi mu: „Jesteś 80 mil od Sacramento”. Druga osoba mówi mu: „Jesteś 40 mil od San Jose.” Trzecia osoba mówi: „Jesteś 60 mil od Santa Rosa”. porównując te wartości, osoba może dojść do wniosku, że jest w San Francisco. Więcej informacji ułatwiłoby te porównania.
Satelity i odbiorniki GPS stosują trójwymiarową trójwartościowość, ponieważ nie mierzą płaskich odległości, ale odległości od satelitów do ziemi. Większość osób znajduje się w zasięgu co najmniej trzech odbiorników GPS w danym momencie, a to pomaga dokładnie określić, gdzie się znajdują. Najwyższą dokładność osiąga się, gdy odbiorniki GPS mogą dotrzeć do co najmniej czterech satelitów.
Odbiorniki GPS mierzą odległość poprzez pomiar czasu potrzebnego na dotarcie sygnału do danego satelity. Zwykle, aby uzyskać najlepszą dokładność, zarówno odbiornik GPS, jak i satelita wymagałyby zegarów atomowych dla ekstremalnej dokładności. Jednak zegary atomowe są niezwykle drogie. Tak więc tylko satelita jest wyposażony w zegar atomowy. Odbiorniki GPS mają zegar kwarcowy, który resetuje się zgodnie z odczytami satelitarnymi z zegara atomowego.
Niektóre niedokładności występują w odbiornikach GPS, ponieważ opierają się na założeniu, że wszystkie fale radiowe będą podróżować z tą samą prędkością. Nie o to chodzi. W miastach fale radiowe mogą odbijać się od drapaczy chmur i pochylać wyniki. Jednym z rozwiązań tego problemu jest posiadanie stacjonarnych stacji GPS na ziemi, które mogą przeglądać wyniki GPS i naprawiać znane problemy.
Wprowadzane są ciągłe modyfikacje nowszych odbiorników GPS, aby odbierać sygnały z większej liczby satelitów i uwzględniać niewielkie zmiany, które mogą wpływać na pomiary. Jednak dzięki odbiornikom GPS jesteśmy w stanie postawić się na pozycji, aby nigdy więcej się nie zgubić.