GPS wie funktioniert es?

Das Global Positioning System ist ein satellitengestütztes Navigationssystem des US-Verteidigungsministeriums und ein Netzwerk aus 24 Satelliten, die sich im Orbit um die Erde befinden. Die Satelliten umkreisen die Erde bei etwa 12.000 Meilen, sind solarbetrieben, senden ein Signal von nur 50 Watt und bewegen sich mit Geschwindigkeiten von etwa 7.000 Meilen pro Stunde. Das GPS-System war ursprünglich nur für militärische Zwecke gedacht, aber in den achtziger Jahren beschloss die Regierung, den zivilen Einsatz zuzulassen. Die Satelliten bilden alle 24 Stunden eine vollständige Umlaufbahn um die Erde und sind in gleichen Abständen voneinander angeordnet.

Wie funktioniert GPS?

Nun, da wir die meisten Geräteinformationen behandelt haben, sprechen wir darüber, was ein GPS leisten kann und warum wir eine solche Technologie haben. Das GPS-System ermöglicht die Verfolgung von Satelliten, an die Sie einen Tracker anschließen können. Das GPS-System ist innerhalb von etwa 15 Metern von jedem Ort der Erde genau. Dies ist eine erstaunliche Technologie, die jedoch für den Durchschnittsverbraucher noch relativ neu ist.

Der Trick beim Betrieb dieses Systems ist die Verfolgung des Signals, wobei Formeln eingefügt werden, um die Verzögerung bei der Übertragung des Signals und atmosphärische Änderungen zu berücksichtigen. Da es andere Satelliten gibt, die eine Art Zahlenspiel für das GPS bereitstellen, kann mithilfe des GPS ein ziemlich bestimmter Ort bestimmt werden.

Welche anderen Informationen können durch die Verwendung des GPS gewonnen werden? Andere Informationen wie Geschwindigkeit, Peilung, Strecke, Entfernung, Entfernung zum Ziel, Sonnenaufgang und Sonnenuntergang. Das ist eine ziemlich erstaunliche Arbeit, wie ist dieses GPS entstanden?

Das Verteidigungsministerium gab die Arbeit ursprünglich nur für militärische Zwecke in Auftrag. In den achtziger Jahren wurde jedoch entschieden, dass die Konsum- und Handelsindustrie stark davon profitieren würde, und das Militär hatte wenig oder keine Sicherheitsprobleme. Militär und Zivilisten nutzen gleichermaßen zwei niederfrequente Kanäle für die Signalkommunikation. Das zivile GPS sendet auf L1 mit einer Frequenz von 1575 MHz. Die meisten Signale bewegen sich auf Sicht, werden jedoch nicht durch feste Gebäude oder Strukturen übertragen.

Um dies mit etwas zu verbinden, das der Durchschnittsverbraucher versteht und zu schätzen weiß, verwendet OnStar, das Kommunikationssystem, das heute in vielen der von uns gekauften Automobile zum Einsatz kommt, eine solche Technologie, um Ihren Standort in Notfallsituationen zu bestimmen. Wir halten nicht oft an, um über das GPS-System und die Vorteile nachzudenken, die uns geboten werden, bis unser Auto nicht startet und wir die OnStar-Taste drücken ... und diese nette Stimme sagt: „Dies ist OnStar, wie können wir helfen Sie? ”GPS Wie funktioniert es? Es gibt fünf Schlüssel, wie ein GPS (Global Positioning System) funktioniert:

Triangulieren

Abstand messen

Perfektes Timing bekommen

Satellitenpositionen

Fehler Korrektur

Das Präfix Tri- bedeutet drei. Triangulation bedeutet daher das Messen der Entfernungen von drei Satelliten. Obwohl ein vierter Satellit oder eine Messung theoretisch erforderlich ist, um einen genauen Standort zu bestimmen, können drei Satelliten zwei mögliche Standorte bestimmen, und einer der beiden Orte oder Messungen ist theoretisch unmöglich. Daher ist eine vierte Messung nicht erforderlich, da eine der beiden Möglichkeiten, die von den drei Satelliten erreicht wurden, undeutlich ist.

Satelliten bewegen sich zwar, oder? Wie kann also eine Entfernung gemessen werden, wenn sich drei Objekte bewegen?

Die Antwort ist einfach - Mathematik und Wissenschaft! Die Entfernung wird ermittelt, indem gemessen wird, wie lange ein Signal eines Satelliten benötigt, um zum Empfänger zu gelangen. Grundsätzlich die Lichtgeschwindigkeit. Das erklärt also den Messteil - wie sieht es mit dem Timing-Teil aus?

Wieder basiert es auf mathematischen Gleichungen, die in Wissenschaft und Mathematik verwendet werden. Ein Signal, Pseudo Random Code genannt, wird vom Empfänger und vom Satelliten abgespielt. Das Signal des Satelliten ist verzögert, da er zum Empfänger (der bereits denselben Code spielt) reisen muss. Wenn Sie beide Codes hören könnten, würden sie alle verstümmelt sein, da sie sich nicht zur selben Zeit am selben Punkt befinden würden - der Empfänger wäre schneller oder schneller als der vom Satelliten kommende Code. Der Betrag, den der Empfänger zum Anpassen des Signals benötigt, ist die Berechnung der Entfernung oder des Zeitpunkts. Sie müssen die Zeit, die der Code benötigt, um den Empfänger zu erreichen, mit der Lichtgeschwindigkeit multiplizieren, die der Entfernung entspricht. Faszinierend!

Der schwierige Teil (war es nicht schon schwierig) ist das Timing. Die Empfänger und die Satelliten müssen perfekt synchron sein, um genau berechnen zu können. Da es sich bei uns um Satelliten und große Unterschiede und erstaunliche Lichtgeschwindigkeiten handelt, führt jede Verzögerung beim Timing zu großen Fehlern. Satelliten haben Atomuhren, die ein extrem genaues Timing erzeugen. Da dies mit dem Empfänger nicht möglich ist, wird eine vierte Satellitenmessung durchgeführt, die es erlaubt, Abweichungen zu korrigieren. Dies erzeugt wiederum keine Timing-Fehler.

Da die Satelliten im Weltraum (außerhalb unserer Atmosphäre) so hoch sind, laufen sie auf sehr vorhersehbaren Umlaufbahnen. Das Verteidigungsministerium überwacht diese Umlaufbahnen, und wenn etwas aus dem Ruder läuft, sendet es ein Signal an den Satelliten, das fehlerhafte Informationen korrigiert. Daher ist das Auffinden der Satelliten der einfachste Teil.

Da alles, was bisher in Bezug auf GPS erwähnt wurde, Variablen oder eingebaute Fehler aufweist, müssen diese Fehler beseitigt oder behoben werden. Durch mathematische Variablen in der Atmosphäre können Satellitenbedingungen und Fehler in den Signalen angepasst werden.

Kurz gesagt, die GPS-Funktion besteht darin, Signale auf drei im Weltraum umlaufende Satelliten zu schießen. Aufgrund wissenschaftlicher und mathematischer Gleichungen kann das GPS-System alles berechnen, was mit Entfernung, Timing oder Ort zu tun hat.

Die Entwicklung von GPS hat es uns ermöglicht, eine Grundposition zu bestimmen, von einem Ort zum anderen zu gelangen, die Bewegung von Menschen und Dingen zu überwachen, Karten der Welt zu erstellen und der Welt ein genaues Timing zu geben.