Την τελευταία φορά που χρησιμοποιήσατε το τηλέφωνό σας για να βάλετε τους Χάρτες Google να εντοπίσουν την ακριβή τοποθεσία σας^{(Google Maps pinpoint your exact location)} σε έναν χάρτη, σταματήσατε ποτέ και αναρωτηθήκατε πώς λειτουργεί το GPS με τόση ακρίβεια;

Το σύστημα Global Positioning System^{(Global Positioning System)} ( GPS ) ξεκίνησε στην πραγματικότητα από το Υπουργείο ^{(U.S. Department)}Άμυνας^(Defense) των ΗΠΑ το 1973 (γνωστό ως NAVSTAR ). Μέχρι το 1993, υπήρχαν 24 δορυφόροι GPS σε τροχιά γύρω από τη Γη και μετέδιδαν δεδομένα τροχιάς και θέσης που ο στρατός μπορούσε να χρησιμοποιήσει για πλοήγηση και άλλους στρατιωτικούς σκοπούς. Σήμερα, μέχρι τη στιγμή που γράφονται αυτές οι γραμμές, υπάρχουν 28.

Στη δεκαετία του 1980, τα δεδομένα που μεταδόθηκαν από δορυφόρους GPS άνοιξαν στο κοινό, γεγονός που άνοιξε μια ολόκληρη αγορά για την ευρεία γκάμα συσκευών πλοήγησης GPS που έχουμε σήμερα. 

Από τη σύνταξη αυτού του άρθρου, η Ρωσία^(Russia) , η Κίνα^(China) , η Ευρώπη^(Europe) και η Ινδία^(India) έχουν όλα τα δικά τους ενεργά συστήματα GPS . Η Ιαπωνία^(Japan) αναπτύσσει το δικό της σύστημα GPS που πρόκειται να τεθεί σε λειτουργία το 2023.

Πώς λειτουργεί το GPS;^{(How Does GPS Work?)}

Ενώ η δορυφορική τεχνολογία στην οποία βασίζεται το GPS είναι πολύ προηγμένη, ο τρόπος λειτουργίας του συστήματος είναι εντυπωσιακά απλός.

Υπάρχουν τρία στοιχεία σε κάθε μεμονωμένο σύστημα πλοήγησης GPS .

• Δορυφόροι^(Satellites) : Οι δορυφόροι GPS περιφέρονται γύρω από τη ^(GPS)Γη^(Earth) και μεταδίδουν την τρέχουσα ώρα και την τροχιακή τους θέση σε όλους τους δέκτες GPS στην πλευρά τους στον πλανήτη.
• Κέντρο εντολών^{(Command Center)} : Το κέντρο εντολών μεταδίδει τροχιακά δεδομένα, διορθώσεις χρόνου και την τροχιακή θέση άλλων δορυφόρων μέχρι τους δορυφόρους σε τροχιά.
• Δέκτες GPS^{(GPS Receivers)} : Ένας δέκτης GPS στη Γη^(Earth) λαμβάνει χρόνους τροχιάς από όσους δορυφόρους βρίσκονται εντός εμβέλειας και υπολογίζει τη δική του θέση στη Γη^(Earth) με βάση τις θέσεις τουλάχιστον τεσσάρων δορυφόρων GPS .

Οι δέκτες GPS^(GPS) χρησιμοποιούν μια μαθηματική αρχή γνωστή ως τριγωνοποίηση για να υπολογίσουν τη δική τους θέση. 

Πώς λειτουργεί το GPS Triangulation^{(How Does GPS Triangulation Work)}

Από οποιοδήποτε σημείο του πλανήτη, εάν κρατάτε έναν δέκτη GPS (όπως αυτός στο τηλέφωνό σας), ένας δέκτης GPS λαμβάνει χρονικές σημάνσεις από τα συγχρονισμένα ρολόγια σε κάθε έναν από τους δορυφόρους GPS πάνω από το κεφάλι σας.^(GPS)

Χρησιμοποιώντας τις διαφορές στις χρονικές σημάνσεις και τη σταθερή ταχύτητα του φωτός με την οποία ταξιδεύουν τα ραδιοκύματα, ο δέκτης GPS μπορεί να προσδιορίσει την απόσταση μεταξύ του σημείου που βρίσκεστε σε κάθε δορυφόρο.

Αυτό παρέχει στον δέκτη GPS την ακτίνα των σφαιρών με τους δορυφόρους στο κέντρο και τη θέση σας στην άκρη της σφαίρας.

Δεδομένου ότι κάθε δορυφόρος ταξιδεύει σε μια προβλέψιμη τροχιά πάνω από τη γη, ο δέκτης μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα αποθηκευμένο ημερολόγιο της τρέχουσας γνωστής θέσης όλων των δορυφόρων GPS για να προσδιορίσει πού, περίπου, αυτοί οι δορυφόροι βρίσκονται επί του παρόντος πάνω από τη γη.

Με τη γνωστή θέση κάθε δορυφόρου και τη μετρούμενη απόσταση μεταξύ αυτών των δορυφόρων και της θέσης σας, η λήψη GPS σας είναι σε θέση να υπολογίσει την κατά προσέγγιση τοποθεσία σας προσδιορίζοντας πού συναντώνται η τομή αυτών των τριών σφαιρών στην επιφάνεια της Γης^(Earth) .

Στη συνέχεια, ο δέκτης εμφανίζει αυτήν την τοποθεσία σε έναν χάρτη.

Τρεις δορυφόροι παρέχουν μια πρόχειρη τοποθεσία και οι δέκτες GPS απαιτούν ένα τέταρτο σήμα από άλλο δορυφόρο GPS για να καθορίσουν το τρέχον υψόμετρο στην επιφάνεια της Γης χρησιμοποιώντας μια άλλη μαθηματική αρχή γνωστή ως τριπλάσιο.

Πώς λειτουργεί ο αισθητήρας GPS του τηλεφώνου σας^{(How Your Phone GPS Sensor Works)}

Τα περισσότερα σύγχρονα smartphone σήμερα είναι εξοπλισμένα με τσιπ δέκτη GPS . Αυτό το τσιπ μπορεί να λάβει τα ραδιοφωνικά σήματα από δορυφόρους GPS .

Το ρολόι του τηλεφώνου σας δεν είναι ατομικό ρολόι, επομένως η ώρα του δεν συγχρονίζεται με τα ατομικά ρολόγια των δορυφόρων σε τροχιά. Ωστόσο, αυτό δεν έχει σημασία όταν πρόκειται για τον υπολογισμό της τοποθεσίας χρησιμοποιώντας σήματα από αυτούς τους δορυφόρους.

Αυτό συμβαίνει επειδή ο δέκτης GPS του τηλεφώνου σας εστιάζει στα δεδομένα που λαμβάνει από τους δορυφόρους και σε μια βάση δεδομένων με γνωστές τοποθεσίες δορυφόρων πάνω από τη Γη^(Earth) . Δεδομένου ότι όλοι οι δορυφόροι έχουν ατομικό ρολόι, η τρέχουσα ώρα σε κάθε δορυφόρο είναι ακριβώς η ίδια σε κάθε δεδομένη στιγμή.

Ωστόσο, λόγω της απόστασης από τον δορυφόρο και του γεγονότος ότι τα ραδιοφωνικά σήματα ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός, οι διαφορές μεταξύ κάθε λαμβανόμενης χρονικής σφραγίδας αποκαλύπτουν την απόσταση μεταξύ του τηλεφώνου σας και καθενός από τους δορυφόρους.

Δείτε πώς λειτουργεί αυτή η διαδικασία GPS:

• Και οι τέσσερις δορυφόροι εκπέμπουν την ίδια ακριβή χρονική σήμανση στο τηλέφωνό σας στις 5:12:14 μ.μ.
• Το τηλέφωνό σας λαμβάνει αυτήν τη χρονική σήμανση στις 5:12:15 από τον δορυφόρο 1.
• Λαμβάνει τη χρονική σήμανση στις 5:12:16 από τον δορυφόρο 2.
• Τέλος, στις 5:12:17, λαμβάνει τη χρονική σήμανση από τον δορυφόρο 3.

Αυτό λέει στον δέκτη GPS σας ότι χρειάστηκε 1 δευτερόλεπτο για να φτάσει το ραδιοφωνικό σήμα από τον δορυφόρο 1, 2 δευτερόλεπτα από τον δορυφόρο 2 και 3 δευτερόλεπτα από τον δορυφόρο 3.

Η ταχύτητα του φωτός είναι μια γνωστή σταθερά 299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.

Χρησιμοποιώντας απλά μαθηματικά, ο δέκτης μπορεί να υπολογίσει ότι η απόστασή του είναι περίπου 300 χιλιάδες μέτρα από τον δορυφόρο 1, 600 χιλιάδες μέτρα από τον δορυφόρο 2 και 900 χιλιάδες μέτρα από τον δορυφόρο 3.

Χρησιμοποιώντας έναν πίνακα αναζήτησης από μια βάση δεδομένων δορυφόρου GPS , ο δέκτης ^(GPS)GPS του τηλεφώνου σας γνωρίζει την κατά προσέγγιση τρέχουσα θέση πάνω από τη γη και των τριών δορυφόρων, η οποία παρέχει συντεταγμένες γεωγραφικού μήκους και γεωγραφικού πλάτους και των τριών. 

Με αυτές τις πληροφορίες, το τηλέφωνό σας μπορεί να υπολογίσει τις δικές σας συντεταγμένες γεωγραφικού μήκους και γεωγραφικού πλάτους^{(your own longitude and latitude coordinates)} στη Γη.

Χρησιμοποιώντας τις γνωστές σας συντεταγμένες, ο δέκτης GPS σας μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιήσει την απόσταση που μετρήθηκε μεταξύ του και ενός τέταρτου δορυφόρου για να προσδιορίσει σε ποιο υψόμετρο πάνω από τη Γη^(Earth) βρίσκεστε.

Τι είναι ένα υποβοηθούμενο παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης;^{(What Is An Assisted Global Positioning System?)}

Πριν ξεκινήσουν τα smartphone να ενσωματώνουν κύκλωμα GPS , οι άνθρωποι συνήθως χρησιμοποιούσαν δέκτες ^(GPS)GPS χειρός που εξαντλούσαν τις μπαταρίες AA. Ή θα εγκαθιστούσαν μονάδες GPS σε αυτοκίνητα, τα οποία λειτουργούσαν συνδεδεμένα με την μπαταρία του τηλεφώνου.

Αυτό συνέβη επειδή η ραδιοεπικοινωνία απαιτεί περισσότερη ισχύ. Ο περιορισμός αυτού είναι ότι συχνά έπρεπε να περιμένετε αρκετά λεπτά για να «κλειδώσει» ο δέκτης GPS σας σε αρκετούς δορυφόρους ^(GPS)GPS για να υπολογίσετε τη θέση σας.

Οι κατασκευαστές smartphone ξεπέρασαν αυτόν τον περιορισμό της μπαταρίας συνδυάζοντας την υπάρχουσα τεχνολογία κυψελοειδούς τριγωνισμού. Πολύ^(Long) πριν τα τηλέφωνα ενεργοποιήσουν το GPS , μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν σήματα που προέρχονταν από πύργους κινητών τηλεφώνων για να τριγωνοποιήσουν τη θέση σας, χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνολογία τριγωνισμού χρονικής σήμανσης και απόστασης όπως και με τους δορυφόρους GPS . 

Δυστυχώς, επειδή οι πύργοι κινητής τηλεφωνίας βρίσκονται στο επίπεδο του εδάφους, αυτός ο υπολογισμός πλοήγησης είναι πολύ λιγότερο ακριβής. Έτσι, το λογισμικό GPS του smartphone σας θα χρησιμοποιήσει πρώτα τον τριγωνισμό σήματος κυψέλης για να προσδιορίσει την κατά προσέγγιση θέση σας και, στη συνέχεια, θα ενημερώσει αυτήν τη θέση μόλις είναι έτοιμα τα δορυφορικά δεδομένα GPS .

Αυτό επιτρέπει στα σύγχρονα smartphone να δεσμεύουν την ισχύ της μπαταρίας χρησιμοποιώντας μόνο δεδομένα GPS όταν απαιτούνται αυτές οι ενημερώσεις τοποθεσίας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο μπορεί συχνά να βλέπετε την τοποθεσία σας^{(see your location)} στους Χάρτες Google^{(Google Maps)} περιστασιακά να μεταπηδά σε μια νέα τοποθεσία όταν υπάρχουν διαθέσιμα πιο ακριβή δεδομένα.

HDG Explains : How Does GPS Work?

The last time you υsed yоur 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

• Η HDG εξηγεί : Πώς λειτουργεί η 3D εκτύπωση;

• Το HDG εξηγεί: Τι είναι το CAPTCHA και πώς λειτουργεί;

• Η HDG εξηγεί : Πώς λειτουργεί η επαυξημένη πραγματικότητα;

• Το HDG εξηγεί : Τι είναι το SFTP και το FTP;

• Το HDG εξηγεί : Τι είναι ένας διακομιστής υπολογιστή;

• Πώς να αφαιρέσετε τον ιό συντόμευσης σε USB χρησιμοποιώντας CMD

• Πώς να διαγράψετε το φάκελο Windows.old στα Windows 7/8/10

• Γιατί τα περισσότερα νέα τηλέφωνα χάνουν την υποδοχή ακουστικών

• Το HDG εξηγεί : Τι είναι το Thunderbolt;

• Ανακτήστε το κλειδί ασφαλείας ασύρματου δικτύου στα Windows

• Η HDG εξηγεί : Τι είναι ένας δεσμευμένος τομέας και ποια είναι τα πλεονεκτήματά του;

• Το HDG εξηγεί: Έχω ιό; Εδώ είναι τα προειδοποιητικά σημάδια

• Οδηγός HDG για λήψη στιγμιότυπων οθόνης περιβαλλόντων εκκίνησης

• Η HDG εξηγεί: Τι είναι η λειτουργία προγραμματιστή Chromebook και ποιες είναι οι χρήσεις της;

• Καθορίζεται η παραβίαση καπέλων μαύρου, λευκού και γκρι

• Τι σημαίνει το τέλος της ζωής για το λογισμικό και πρέπει να σας ενδιαφέρει;

• Το HDG εξηγεί: Πώς λειτουργεί το WiFi;

• Το HDG εξηγεί : Τι είναι η λειτουργία πτήσης στο smartphone ή στο tablet σας;

• Πώς λειτουργεί η ασύρματη φόρτιση;

• Το HDG εξηγεί: Τι είναι το Ethernet και είναι καλύτερο από το Wi-Fi;