HDG อธิบาย: GPS ทำงานอย่างไร

ครั้งสุดท้ายที่คุณใช้โทรศัพท์ของคุณเพื่อให้มี Google แผนที่ระบุตำแหน่งที่แน่นอนของคุณ บนแผนที่คุณเคยหยุดและสงสัยว่า GPS ทำงานได้อย่างถูกต้องอย่างไร

ระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก (GPS) ) ระบบเปิดตัวจริงโดยกระทรวงกลาโหมสหรัฐในปี 1973 (รู้จักกันในชื่อ NAVSTAR) ในปี 1993 มีดาวเทียม GPS 24 ดวงที่โคจรรอบโลกและกระจายข้อมูลวงโคจรและตำแหน่งที่กองทัพสามารถใช้เพื่อการเดินเรือและจุดประสงค์ทางทหารอื่น ๆ วันนี้จากการเขียนนี้มี 28

ในปี 1980 ข้อมูลที่ส่งจากดาวเทียม GPS ถูกเปิดสู่สาธารณะซึ่งเปิดตลาดทั้งหมดสำหรับอุปกรณ์นำทาง GPS ที่หลากหลายที่เรามี ในวันนี้

<รูป class = "lazy aligncenter">

ณ วันที่เขียน บทความนี้รัสเซียจีนยุโรปและอินเดียต่างก็มีระบบ GPS ที่ใช้งานอยู่ ญี่ปุ่นกำลังพัฒนาระบบ GPS ของตัวเองซึ่งกำหนดให้เปิดใช้งานในปี 2566

GPS ทำงานอย่างไร

ในขณะที่เทคโนโลยีดาวเทียม GPS นั้นใช้งานได้ดีมาก ขั้นสูงวิธีที่ระบบใช้งานง่ายอย่างน่าประทับใจ

ระบบนำทาง GPS มีสามองค์ประกอบ

In_content_1 all: [300x250] / dfp: [ 640x360]->

ดาวเทียม: ดาวเทียม GPS โคจรรอบโลกและส่งเวลาปัจจุบันและตำแหน่งการโคจรไปยังเครื่องรับ GPS ทั้งหมดที่ด้านข้างของดาวเคราะห์

ศูนย์บัญชาการ: ศูนย์บัญชาการส่งข้อมูลวงโคจรการแก้ไขเวลาและตำแหน่งการโคจรของดาวเทียมอื่น ๆ จนถึงดาวเทียมในวงโคจร

ตัวรับสัญญาณ GPS: เครื่องรับสัญญาณ GPS บนโลกรับช่วงเวลาการโคจรจากดาวเทียมหลายดวงในระยะและคำนวณตำแหน่งของตัวเองบนโลกตามตำแหน่งของดาวเทียม GPS อย่างน้อยสี่ตัว

ตัวรับสัญญาณ GPS ใช้คณิตศาสตร์ หลักการที่รู้จักกันว่าสมการคำนวณตำแหน่งของตัวเอง

การวิเคราะห์ตำแหน่ง GPS ทำงานอย่างไร

จากจุดใดบนโลกถ้าคุณถือเครื่องรับสัญญาณ GPS (เช่นที่อยู่ในโทรศัพท์ของคุณ) เครื่องรับ GPS ได้รับการประทับเวลาจากนาฬิกาที่ซิงค์บนดาวเทียม GPS แต่ละดวง

การใช้ความแตกต่างในการประทับเวลาและความเร็วคงที่ของแสงที่คลื่นวิทยุเคลื่อนที่เครื่องรับ GPS สามารถกำหนดระยะทางได้ ระหว่างที่คุณยืนอยู่กับดาวเทียมแต่ละดวง

สิ่งนี้จะช่วยให้เครื่องรับ GPS มีรัศมีของทรงกลมที่มีดาวเทียมอยู่ตรงกลางและตำแหน่งของคุณที่ขอบของทรงกลม

<รูป class = "lazy aligncenter">

เนื่องจากดาวเทียมแต่ละดวงเดินทางได้อย่างคาดเดาได้ วงโคจรเหนือพื้นโลกเครื่องรับสามารถใช้ปูมบันทึกของตำแหน่ง GPS ที่รู้จักในปัจจุบันของดาวเทียม GPS ทุกเครื่องเพื่อพิจารณาว่าดาวเทียมเหล่านั้นอยู่ที่ใดในโลกโดยประมาณ

ด้วยตำแหน่งที่ทราบของดาวเทียมแต่ละดวงและระยะทางที่วัดได้ระหว่างดาวเทียมเหล่านั้นกับตำแหน่งของคุณ GPS ที่ได้รับของคุณจะสามารถคำนวณตำแหน่งโดยประมาณของคุณได้โดยการกำหนดว่าจุดตัดของทรงกลมทั้งสามนี้มารวมกันที่พื้นผิวโลก

เครื่องรับจะแสดงตำแหน่งนั้นให้คุณบนแผนที่

ดาวเทียมสามดวงให้ตำแหน่งที่ขรุขระและตัวรับสัญญาณ GPS ต้องการสัญญาณที่สี่จากดาวเทียม GPS อื่นเพื่อกำหนดระดับความสูงปัจจุบันของคุณ พื้นผิวโลกโดยใช้หลักการทางคณิตศาสตร์อื่นที่รู้จักกันในนาม trilateration

การทำงานของเซ็นเซอร์ GPS ในโทรศัพท์ของคุณ

สมาร์ทโฟนที่ทันสมัยที่สุดในปัจจุบันมาพร้อมกับชิปตัวรับสัญญาณ GPS ชิปนี้สามารถรับสัญญาณวิทยุจากดาวเทียม GPS ได้

นาฬิกาในโทรศัพท์ของคุณไม่ใช่นาฬิกาอะตอมดังนั้นเวลาจะไม่ซิงค์กับนาฬิกาอะตอมของดาวเทียมในวงโคจร อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่สำคัญเมื่อมาถึงการคำนวณตำแหน่งโดยใช้สัญญาณจากดาวเทียมเหล่านั้น

<รูป class = "lazy aligncenter">

นี่เป็นเพราะตัวรับสัญญาณ GPS ของโทรศัพท์ของคุณมุ่งเน้นไปที่ข้อมูลที่ได้รับจากดาวเทียมและฐานข้อมูลของตำแหน่งดาวเทียมที่รู้จักทั่วโลก เนื่องจากดาวเทียมทุกดวงมีนาฬิกาอะตอมเวลาปัจจุบันของดาวเทียมแต่ละดวงจึงเหมือนกันทุกช่วงเวลา

อย่างไรก็ตามเนื่องจากระยะห่างจากดาวเทียมและความจริงที่ว่าสัญญาณวิทยุเดินทาง ด้วยความเร็วแสงความแตกต่างระหว่างการประทับเวลาที่ได้รับแต่ละครั้งจะเผยระยะห่างระหว่างโทรศัพท์ของคุณกับดาวเทียมแต่ละดวง

นี่คือวิธีการทำงานของ GPS นี้:

สิ่งนี้จะบอกตัวรับสัญญาณ GPS ของคุณ ใช้เวลา 1 วินาทีสำหรับสัญญาณวิทยุที่จะเข้าถึงจากดาวเทียม 1, 2 วินาทีจากดาวเทียม 2 และ 3 วินาทีจากดาวเทียม 3

ความเร็วของแสงเป็นค่าคงที่ที่ทราบกันดีคือ 299,792,458 เมตรต่อวินาที

การใช้คณิตศาสตร์อย่างง่ายผู้รับจะได้รับ n คำนวณว่าระยะทางอยู่ที่ประมาณ 300,000 เมตรจากดาวเทียม 1, 600,000 เมตรจากดาวเทียม 2 และ 900,000 เมตรจากดาวเทียม 3

<รูป class = "lazy aligncenter">

การใช้ตารางการค้นหาจากฐานข้อมูลดาวเทียม GPS ตัวรับสัญญาณ GPS ในโทรศัพท์ของคุณจะรู้ตำแหน่งปัจจุบันโดยประมาณของดาวเทียมทั้งสามดวง ซึ่งให้พิกัดลองจิจูดและละติจูดของทั้งสาม

ด้วยข้อมูลดังกล่าวโทรศัพท์ของคุณสามารถคำนวณ ลองจิจูดและละติจูดของคุณเอง บนโลก

เมื่อใช้พิกัดที่คุณรู้จักตัวรับสัญญาณ GPS ของคุณจะสามารถใช้ระยะทางที่วัดได้ ระหว่างตัวมันเองกับดาวเทียมดวงที่สี่เพื่อกำหนดระดับความสูงเหนือโลกที่คุณอยู่

ระบบกำหนดตำแหน่งสากลที่ช่วยเหลือคืออะไร

ก่อนที่สมาร์ทโฟนจะเริ่มรวมวงจร GPS ผู้คนมักจะใช้ตัวรับสัญญาณ GPS แบบพกพาที่ใช้แบตเตอรี่ AA หรือพวกเขาจะติดตั้งหน่วย GPS ในรถยนต์ซึ่งวิ่งเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ของโทรศัพท์

เนื่องจากการสื่อสารทางวิทยุต้องใช้พลังงานมากกว่า ข้อ จำกัด ของเรื่องนี้คือคุณมักจะต้องรอเป็นเวลาหลายนาทีเพื่อให้ตัวรับสัญญาณ GPS "ล็อคเข้าสู่" ดาวเทียม GPS ที่เพียงพอในการคำนวณตำแหน่งของคุณ

ผู้ผลิตสมาร์ทโฟนมีข้อ จำกัด แบตเตอรี่นี้ด้วยการรวมเทคโนโลยีที่มีอยู่ สมการเซลล์ นานก่อนที่โทรศัพท์จะเปิดใช้งาน GPS พวกเขาสามารถใช้สัญญาณที่มาจากเสาสัญญาณโทรศัพท์มือถือเพื่อระบุตำแหน่งของคุณโดยใช้ Timestamp Triangulation และเทคโนโลยีระยะทางแบบเดียวกับดาวเทียม GPS

<รูป class = "lazy aligncenter">