Als Sie Ihr Telefon das letzte Mal verwendet haben, um Google Maps lokalisiert Ihren genauen Standort auf einer Karte zu haben, haben Sie sich jemals gefragt, wie GPS so genau funktioniert?
Das Global Positioning System (GPS) ) System wurde tatsächlich vom US-Verteidigungsministerium im Jahr 1973 (bekannt als NAVSTAR) ins Leben gerufen. 1993 umkreisten 24 GPS-Satelliten die Erde und sendeten Orbital- und Positionsdaten, die das Militär für Navigations- und andere militärische Zwecke verwenden konnte. Zum heutigen Zeitpunkt sind es 28.
In den 1980er Jahren wurden Daten, die von GPS-Satelliten übertragen wurden, der Öffentlichkeit zugänglich gemacht, was einen ganzen Markt für das breite Sortiment an GPS-Navigationsgeräten eröffnete, die wir haben heute.
Stand der Erstellung von In diesem Artikel haben Russland, China, Europa und Indien ihre eigenen aktiven GPS-Systeme. Japan entwickelt ein eigenes GPS-System, das 2023 betriebsbereit sein soll.
Wie funktioniert GPS?
Obwohl die Satellitentechnologie, auf der GPS basiert, sehr verbreitet ist Die fortschrittliche Funktionsweise des Systems ist beeindruckend einfach.
Jedes einzelne GPS-Navigationssystem besteht aus drei Komponenten.
In_content_1 all: [300x250] / dfp: [ 640 x 360]->GPS-Empfänger verwenden eine mathematische Methode Prinzip als Triangulation bekannt, um seinen eigenen Standort zu berechnen.
Wie funktioniert die GPS-Triangulation?
Wenn Sie einen GPS-Empfänger (wie den in Ihrem Telefon) in der Hand haben, Ein GPS-Empfänger empfängt Zeitstempel von den synchronisierten Uhren auf jedem der GPS-Satelliten.
Der GPS-Empfänger kann anhand der Zeitstempeldifferenzen und der konstanten Lichtgeschwindigkeit, mit der sich Funkwellen fortbewegen, die Entfernung bestimmen zwischen der Position zu jedem Satelliten.
Damit erhält der GPS-Empfänger den Radius der Kugeln mit den Satelliten in der Mitte und Ihren Standort am Rand der Kugel.
Da sich jeder Satellit in einer vorhersehbaren Richtung bewegt Bei einer Umlaufbahn über der Erde kann der Empfänger anhand eines gespeicherten Almanachs der derzeit bekannten Position aller GPS-Satelliten ermitteln, wo sich diese Satelliten derzeit ungefähr über der Erde befinden.
Mit der bekannten Position jedes Satelliten und der gemessenen Entfernung zwischen diesen Satelliten und Ihrer Position kann Ihr GPS-Empfänger Ihren ungefähren Standort berechnen, indem er ermittelt, wo die Schnittpunkte dieser drei Kugeln auf der Erdoberfläche zusammenkommen.
Der Empfänger zeigt Ihnen dann diesen Standort auf einer Karte an.
Drei Satelliten liefern einen ungefähren Standort, und GPS-Empfänger benötigen ein viertes Signal von einem anderen GPS-Satelliten, um Ihre aktuelle Höhe zu bestimmen Die Erdoberfläche nach einem anderen mathematischen Prinzip: der Trilateration.
Funktionsweise des GPS-Sensors Ihres Telefons
Die meisten modernen Smartphones sind heute mit einem GPS-Empfängerchip ausgestattet. Dieser Chip kann die Funksignale von GPS-Satelliten empfangen.
Die Uhr Ihres Telefons ist keine Atomuhr, daher ist ihre Zeit nicht mit den Atomuhren der Satelliten in der Umlaufbahn synchronisiert. Dies spielt jedoch keine Rolle, wenn es um die Berechnung des Standorts mithilfe von Signalen dieser Satelliten geht.
Dies liegt daran, dass sich der GPS-Empfänger Ihres Telefons auf die von den Satelliten empfangenen Daten und eine Datenbank mit bekannten Satellitenstandorten auf der Erde konzentriert. Da alle Satelliten über eine Atomuhr verfügen, ist die aktuelle Zeit auf jedem Satelliten zu jedem Zeitpunkt exakt gleich.
Aufgrund der Entfernung zum Satelliten und der Tatsache, dass die Funksignale übertragen werden Bei Lichtgeschwindigkeit zeigen die Unterschiede zwischen den empfangenen Zeitstempeln die Entfernung zwischen Ihrem Telefon und den einzelnen Satelliten an.
So funktioniert dieser GPS-Prozess:
Dies teilt Ihrem GPS-Empfänger mit Es dauerte 1 Sekunde, bis das Funksignal von Satellit 1, 2 Sekunden von Satellit 2 und 3 Sekunden von Satellit 3 empfangen wurde.
Die Lichtgeschwindigkeit ist eine bekannte Konstante von 299.792.458 Metern pro Sekunde.
Mit einfachen Berechnungen kann der Empfänger ca n Berechnen Sie, dass seine Entfernung ungefähr 300.000 Meter von Satellit 1, 600.000 Meter von Satellit 2 und 900.000 Meter von Satellit 3 beträgt.
Mithilfe einer Nachschlagetabelle aus einer GPS-Satellitendatenbank erkennt der GPS-Empfänger Ihres Telefons den ungefähren aktuellen Standort aller drei Satelliten auf der Erde , die Längen- und Breitengradkoordinaten aller drei liefert.
Mit diesen Informationen kann Ihr Telefon Ihre eigenen Längen- und Breitengradkoordinaten auf der Erde berechnen.
Mit Ihren bekannten Koordinaten kann Ihr GPS-Empfänger die gemessene Entfernung verwenden zwischen sich und einem vierten Satelliten, um zu bestimmen, in welcher Höhe Sie sich über der Erde befinden.
Was ist ein unterstütztes globales Positionsbestimmungssystem?
Bevor Smartphones mit der Integration von GPS-Schaltkreisen begannen, verwendeten Benutzer normalerweise tragbare GPS-Empfänger, die mit AA-Batterien betrieben wurden. Oder sie installierten GPS-Geräte in Autos, die an den Akku des Telefons angeschlossen waren.
Dies lag daran, dass für die Funkkommunikation mehr Strom benötigt wird. Die Einschränkung dabei ist, dass Sie oft mehrere Minuten warten mussten, bis Ihr GPS-Empfänger genügend GPS-Satelliten „erfasst“ hat, um Ihre Position zu berechnen zelluläre Triangulation. Lange bevor Telefone GPS-fähig waren, konnten sie Signale von Handytürmen verwenden, um Ihre Position zu triangulieren. Dabei wurden die gleichen Triangulationszeitstempel und Entfernungstechnologien wie bei GPS-Satelliten verwendet.
Leider, weil Handy Türme sind auf Bodenniveau, diese Navigationsberechnung ist weit weniger genau. Die GPS-Software Ihres Smartphones verwendet daher zunächst die Triangulation von Zellsignalen, um Ihre ungefähre Position zu bestimmen. Anschließend wird diese Position aktualisiert, sobald die GPS-Satellitendaten verfügbar sind.
Auf diese Weise können moderne Smartphones Batterieleistung reservieren, indem sie nur GPS-Daten verwenden, wenn Diese Standortaktualisierungen sind erforderlich. Aus diesem Grund können Sie bei Google Maps gelegentlich Sehen Sie Ihren Standort zu einem neuen Standort springen, wenn genauere Daten verfügbar sind.