Hvordan håndholdte GPS-systemer til å fungere?

Funksjon

Alle håndholdte GPS-enheter starte med det samme grunnleggende funksjon. De inneholder en mottaker som er i stand til å motta radiobølger sendinger fra GPS-satellitter. Mottakeren bruker deretter informasjonen i disse sendingene for å beregne din posisjon og gir deg med dine koordinater.

GPS mottaker

Informasjonen sendes fra flere satellitter. Global Positioning System består av 24 individuelle satellitter på seks orbital baner rundt jorda. Hver satellitt fullfører to fulle omløp rundt Jorden hver dag. Banene har blitt nøye utformet slik at alle som bruker en GPS på jorden vil ha en klar linje til minst fire individuelle satellitter på et gitt sted og tid; Dette er svært viktig, som vi skal se senere. Alle satellittene sender ut radiobølgesignaler med hyppige mellomrom.

signaler

Informasjonen i satellittsignalet omfatter identifikasjon for den enkelte satellitt, beliggenheten og tidspunktet for overføringen. Tidspunktet for overføringen er ganske viktig fordi det vil være en forskjell mellom tidspunktet signalet ble sendt og tiden den ble mottatt av GPS. Denne forskjellen i tid kan lett brukes til å beregne avstanden at satellitten er borte fra deg. Det er kjent at radiobølgene ved lysets hastighet. Speed ​​multiplisert med tid tilsvarer avstanden. Så ved å sammenligne tider, er GPS-enheten i stand til å beregne avstanden til satellitten.

trilateration

Nå tenker du kanskje at du er flink til å gå. Du vet hvor langt satellitten er, og nå kan du finne ut hvor du er. Men det er ikke så enkelt. Å vite hvor langt du er fra satellitten er egentlig ikke så nyttig for å bestemme hvor du er på jorden. Tenk deg at du og din kompis Paul blir skilt i tåke. Paul er fast i en grøft, og trenger litt hjelp. Han kan se deg, men du kan ikke se ham. Han roper ut for å hjelpe, og sier at han er 50 fot bort fra deg. Flott, jeg skal hente ham, tror du. Så du spinner rundt i en sirkel, men kan ikke se ham gjennom tåke; han kunne være i hvilken som helst retning (la oss anta at du ikke kan fortelle hvor stemmen hans er på reise fra). Nå Paul forteller deg at han er 50 fot fra deg og 30 fot fra den store eviggrønt tre. Du ser treet og vet at Paul er 30 fot fra det og 50 fot fra deg. Du har en bedre idé om hvor han er, men han kan fortsatt være på hver side av deg og treet. Til slutt, i desperasjon, lar Paul du vet at han er bare 20 fot fra foten av fjellet til venstre. Nå bruker de tre distanser Paul ga deg, vet du hvilken retning å reise inn og du finner ham raskt. Dette er hvordan GPS fungerer; den bruker avstander og plassering av flere forskjellige satellitter som en referanse for å gi deg din posisjon. Som i eksempelet ovenfor, tar det tre separate satellitter for å gi deg en referanse på et todimensjonalt plan (lengdegrad og breddegrad). Det tar minst fire satellitter for å gi en tredimensjonal referanse, som inkluderer høyde. Jo flere satellitter som brukes, er det mer nøyaktig plassering.

timing

En iboende problem i GPS-systemet gjelder selve grunnlaget for sin drift: tid. Hver GPS er utstyrt med et atomur som er nøyaktig til nanosekund. Men atomklokkene er altfor dyrt å bygges inn i en GPS-mottaker, slik at GPS bruker en mye mindre nøyaktig klokke. Når signalet går ved lysets hastighet, kommer det i en brøkdel av et sekund, slik at det er vesentlig at klokken er i stand til å gjenkjenne denne forskjell. På grunn av unøyaktighet av mottakerens klokke, trilateration omtalt ovenfor er ikke presis. Men eksisterer denne unøyaktighet i beregningene til alle satellittene og blir en variabel i ligningen. GPS-enheten justerer for den iboende unøyaktighet og bruker informasjon fra så mange satellitter som er tilgjengelige for å gi en mer nøyaktig posisjon. Mens systemet er ikke perfekt, og vil ikke gi deg en 100 prosent nøyaktig nøyaktig posisjon, er GPS nøyaktig innen 10 til 20 meter, noe som gir deg en veldig god ide om hvor du er.

Navigasjon

GPS er stadig mottar overføringer, oppdaterer din posisjon som du reiser, og slik at du kan følge utviklingen din. Kartlegging GPS-enheter inkluderer programvare topografiske kart der du kan visuelt se din posisjon på kartet og naviger deretter. Enklere GPS-enheter gir koordinatene og lar deg omtrent navigere mot pre-utpekt steder kjent som waypoints.You kan se din fremgang mot et gitt sett av koordinater og sette lageret deretter.