Keď ste naposledy použili svoj telefón na to, aby Mapy Google určili vašu presnú polohu^{(Google Maps pinpoint your exact location)} na mape, zastavili ste sa niekedy a čudovali ste sa, ako funguje GPS tak presne?

Systém Global Positioning System ( GPS ) v skutočnosti spustilo ministerstvo obrany USA^{(U.S. Department)} v roku^(Defense) 1973 (známy ako NAVSTAR ). Do roku 1993 obiehalo okolo Zeme 24 satelitov GPS , ktoré vysielali orbitálne a polohové údaje, ktoré mohla armáda použiť na navigačné a iné vojenské účely. Dnes, v čase písania tohto článku, je ich 28.

V 80. rokoch 20. storočia boli dáta prenášané z GPS satelitov sprístupnené verejnosti, čím sa otvoril celý trh pre široký sortiment GPS navigačných zariadení, ktoré máme dnes. 

V čase písania tohto článku majú Rusko^(Russia) , Čína^(China) , Európa^(Europe) a India svoje vlastné aktívne systémy GPS . Japonsko^(Japan) vyvíja svoj vlastný systém GPS , ktorý by mal byť funkčný v roku 2023.

Ako funguje GPS?^{(How Does GPS Work?)}

Zatiaľ čo satelitná technológia , na ktorej je GPS založený, je veľmi pokročilá, spôsob, akým systém funguje, je pôsobivo jednoduchý.

Každý jednotlivý navigačný systém GPS má tri komponenty.^(GPS)

• Satelity^(Satellites) : Satelity GPS obiehajú okolo Zeme^(Earth) a vysielajú svoj aktuálny čas a orbitálnu polohu do všetkých prijímačov GPS na ich strane planéty.
• Riadiace centrum^{(Command Center)} : Riadiace centrum prenáša údaje o obežnej dráhe, časové korekcie a orbitálnu polohu iných satelitov až k satelitom na obežnej dráhe.
• Prijímače GPS^{(GPS Receivers)} : Prijímač GPS na Zemi^(Earth) prijíma obežné časy z toľkých satelitov v dosahu a vypočítava svoju vlastnú polohu na Zemi^(Earth) na základe pozícií najmenej štyroch satelitov GPS .

Prijímače GPS^(GPS) využívajú na výpočet vlastnej polohy matematický princíp známy ako triangulácia. 

Ako funguje triangulácia GPS^{(How Does GPS Triangulation Work)}

Z akéhokoľvek bodu na planéte, ak držíte prijímač GPS (ako je ten v telefóne), prijímač GPS prijíma časové značky zo synchronizovaných hodín na každom zo satelitov GPS nad hlavou.

Pomocou rozdielov v časových známkach a konštantnej rýchlosti svetla, ktorou sa šíria rádiové vlny, dokáže prijímač GPS určiť vzdialenosť medzi miestom, kde stojíte, a jednotlivými satelitmi.

To poskytuje prijímaču GPS polomer gúľ so satelitmi v strede a vašu polohu na okraji gule.

Keďže každý satelit sa pohybuje po predvídateľnej obežnej dráhe nad zemou, prijímač môže použiť uložený almanach aktuálnej známej polohy všetkých satelitov GPS , aby určil, kde sa tieto satelity momentálne približne nachádzajú na Zemi.

So známou polohou každého satelitu a nameranou vzdialenosťou medzi týmito satelitmi a vašou polohou dokáže váš prijímač GPS vypočítať vašu približnú polohu určením miesta, kde sa na povrchu Zeme^(Earth) spájajú tieto tri gule .

Prijímač vám potom zobrazí túto polohu na mape.

Tri satelity poskytujú približnú polohu a prijímače GPS vyžadujú štvrtý signál z iného satelitu GPS na určenie vašej aktuálnej nadmorskej výšky na zemskom povrchu pomocou iného matematického princípu známeho ako trilaterácia.

Ako funguje váš GPS senzor v telefóne^{(How Your Phone GPS Sensor Works)}

Väčšina moderných smartfónov je dnes vybavená čipom GPS prijímača. Tento čip dokáže prijímať rádiové signály zo satelitov GPS .

Hodiny vášho telefónu nie sú atómové hodiny, takže ich čas nie je synchronizovaný s atómovými hodinami satelitov na obežnej dráhe. To však nevadí, pokiaľ ide o výpočet polohy pomocou signálov z týchto satelitov.

Je to preto, že prijímač GPS^(GPS) vášho telefónu sa zameriava na údaje, ktoré prijíma zo satelitov, a na databázu známych umiestnení satelitov nad Zemou^(Earth) . Keďže všetky satelity majú atómové hodiny, aktuálny čas na každom satelite je v danom okamihu úplne rovnaký.

Avšak kvôli vzdialenosti od satelitu a skutočnosti, že rádiové signály sa šíria rýchlosťou svetla, rozdiely medzi každou prijatou časovou pečiatkou odhaľujú vzdialenosť medzi vaším telefónom a každým zo satelitov.

Tento proces GPS funguje takto:

• Všetky štyri satelity vysielajú do vášho telefónu rovnakú presnú časovú značku o 17:12:14.
• Váš telefón dostane túto časovú pečiatku o 5:12:15 zo satelitu 1.
• Časovú pečiatku prijíma o 5:12:16 zo satelitu 2.
• Nakoniec o 5:12:17 dostane časovú pečiatku zo satelitu 3.

To oznámi vášmu prijímaču GPS , že rádiovému signálu trvalo 1 sekundu, kým ho dosiahol zo satelitu 1, 2 sekundy zo satelitu 2 a 3 sekundy zo satelitu 3.

Rýchlosť svetla je známa konštanta 299 792 458 metrov za sekundu.

Pomocou jednoduchej matematiky môže prijímač vypočítať, že jeho vzdialenosť je približne 300 tisíc metrov od satelitu 1, 600 tisíc metrov od satelitu 2 a 900 tisíc metrov od satelitu 3.

Pomocou vyhľadávacej tabuľky zo satelitnej databázy GPS prijímač GPS vášho telefónu pozná ^(GPS)približnú^(GPS) aktuálnu polohu všetkých troch satelitov nad zemou, čo poskytuje súradnice zemepisnej dĺžky a šírky všetkých troch. 

S týmito informáciami je váš telefón schopný vypočítať vaše vlastné súradnice zemepisnej dĺžky a šírky^{(your own longitude and latitude coordinates)} na Zemi.

Pomocou vašich známych súradníc môže váš prijímač GPS použiť vzdialenosť nameranú medzi ním a štvrtým satelitom na určenie nadmorskej výšky nad Zemou^(Earth) , v ktorej sa nachádzate.

Čo je to asistovaný globálny polohovací systém?^{(What Is An Assisted Global Positioning System?)}

Predtým, ako smartfóny začali integrovať obvody GPS , ľudia zvyčajne používali ručné prijímače GPS , ktoré vybíjali batérie typu AA. Alebo by do áut inštalovali GPS jednotky, ktoré boli pripojené k batérii telefónu.

Bolo to preto, že rádiová komunikácia vyžaduje viac energie. Obmedzenie je v tom, že ste často museli čakať niekoľko minút, kým váš GPS prijímač „zachytil“ dostatok GPS satelitov na výpočet vašej polohy.

Výrobcovia smartfónov obišli toto obmedzenie batérie kombináciou existujúcej technológie bunkovej triangulácie. Dávno^(Long) predtým, ako boli telefóny aktivované GPS , mohli využívať signály prichádzajúce z mobilných telefónov na trianguláciu vašej polohy pomocou rovnakého druhu triangulačnej časovej pečiatky a technológie vzdialenosti ako v prípade satelitov GPS . 

Bohužiaľ, pretože veže mobilných telefónov sú na úrovni zeme, tento navigačný výpočet je oveľa menej presný. Softvér GPS^(GPS) vášho smartfónu teda najprv použije trianguláciu mobilného signálu na určenie vašej približnej polohy a potom túto polohu aktualizuje, keď budú údaje satelitného GPS pripravené.

To umožňuje moderným smartfónom rezervovať si energiu batérie pomocou údajov GPS iba vtedy, keď sú potrebné tieto aktualizácie polohy. To je dôvod, prečo môžete často vidieť svoju polohu^{(see your location)} v Mapách Google^{(Google Maps)} , keď sú k dispozícii presnejšie údaje.

HDG Explains : How Does GPS Work?

The last time you used your 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

• HDG vysvetľuje: Ako funguje 3D tlač?

• HDG vysvetľuje: Čo je to CAPTCHA a ako to funguje?

• HDG vysvetľuje: Ako funguje rozšírená realita?

• HDG vysvetľuje: Čo je SFTP a FTP?

• HDG vysvetľuje: Čo je to počítačový server?

• HDG vysvetľuje: Čo je Ethernet a je lepší ako Wifi?

• HDG vysvetľuje: Čo je UNIX?

• HDG vysvetľuje: Čo je Bluetooth a na čo sa najčastejšie používa?

• HDG vysvetľuje: Čo je blockchain databáza?

• HDG vysvetľuje: Čo je RFID a na čo sa dá použiť?

• HDG vysvetľuje: Čo je to počítačový port a na čo sa používa?

• HDG vysvetľuje: Čo je Thunderbolt?

• HDG vysvetľuje: Čo je to šírka pásma?

• 5 bezplatných programov na úplné vymazanie pevného disku

• HDG vysvetľuje: Čo je režim v lietadle na vašom smartfóne alebo tablete?

• HDG vysvetľuje: Čo je SQL, T-SQL, MSSQL, PL/SQL a MySQL?

• 4 situácie, kedy by živé zdieľanie polohy mohlo zachrániť život

• 99 najlepších bezplatných programov pre Windows, o ktorých ste možno nevedeli

• Ako funguje bezdrôtové nabíjanie?

• HDG vysvetľuje: Mám vírus? Tu sú varovné signály