W jaki sposób GPS skaluje i radzi sobie z potencjalnie milionami żądań na sekundę i reaguje w czasie rzeczywistym?

Obecnie prawie wszyscy, którzy mieli gdzieś smartfona lub jakieś urządzenie GPS. Te urządzenia również wydają się aktualizować w czasie rzeczywistym. W jaki sposób satelita GPS jest w stanie odpowiadać na potencjalnie miliony żądań od milionów różnych urządzeń i aktualizować wszystkie miliony urządzeń w czasie rzeczywistym bez opóźnień.

Jak rozumiem, strony internetowe, które generują ruch nawet w tysiącach, zostają spowolnione, jeśli nie są odpowiednio przygotowane, w jaki sposób GPS radzi sobie z ruchem, który wydaje się niemożliwy do opanowania, a nawet trudny dla superkomputera.

Jeśli ktoś stoi na wzgórzu nad dużym miastem i krzyczy „Mongołowie nadchodzą!” wtedy wszyscy wiedzą, co jest grane i opuszczają miasto. Obserwator nie musi mówić „Hej Timmy: Mongołowie nadchodzą! Hej John: Mongołowie nadchodzą! Hej Sarah ...”

GPS to tylko kilka satelitów na orbicie krzyczących „Jestem tutaj!” w częstotliwości radiowej. Odbiornik GPS próbuje po prostu rozpoznać różne satelity krzyczące o swoich pozycjach i zgniata liczbę dla „Jeśli satelita 1 jest tam, a satelita 2 jest TUTAJ, a satelita 3 jest prawie w TYM miejscu ... to muszę być gdzieś TUTAJ ".

Od strony technicznej odbiornik nasłuchuje sygnatury czasowej i pozycji orbity każdego satelity GPS. Oblicza czas, przez jaki sygnały różnych satelitów dotarły do ​​odbiornika, co daje odbiornikowi odległość od każdego satelity. Biorąc pod uwagę odległość do każdego satelity, znasz swoją pozycję.

W jaki sposób? Wyobraź sobie trzy satelity na orbicie, a ty na ziemi, z długimi drążkami pomiędzy nimi. Te kije spotkają się tylko w jednym miejscu. Z jednym satelitą i jednym drążkiem o stałej długości możesz być w dowolnym miejscu na kuli wokół satelity. Dzięki dwóm satelitom możesz być w dowolnym miejscu na kole pośrodku między dwoma satelitami. Dzięki trzem satelitom Twoja pozycja może być zasadniczo tylko w jednym miejscu. Zwykle jednak dla każdej precyzji wymagane są cztery satelity. (Obliczanie odległości od satelitów zwykle nie jest tak precyzyjne, więc lepiej jest znać odległość do większej liczby satelitów)

Satelita GPS jest tylko nadajnikiem (pod względem sygnału GPS), a drugi koniec to tylko odbiornik. Nie ma komunikacji dwukierunkowej, dlatego satelita nie musi dbać o liczbę urządzeń. Zasadniczo satelita przesyła swoją lokalizację w określonym czasie, a odbiornik oblicza swoją pozycję na podstawie tych informacji, więc wszystkie prace są wykonywane przez odbiornik.

Krótko mówiąc, nie ma „wniosków”, tak jak nie ma „wniosków” o tradycyjne analogowe radio i telewizję.

Satelity nie odpowiadają. Przesyłają sygnał, a klienci GPS go odbierają. Mam na myśli, że twoje urządzenie GPS nie musi wysyłać niczego do satelity, po prostu odbiera z satelity i to wystarczy. Twoje urządzenie GPS musi odbierać sygnały z większej liczby satelitów, a następnie wykonuje obliczenia matematyczne w celu obliczenia własnej pozycji.

Krótka odpowiedź brzmi: jest masowo zrównoleglona. :-)

Odległość od każdego satelity do twojej pozycji jest obliczana na podstawie czasu potrzebnego sygnałowi do pokonania 20 200 km (12 600 mil) w powietrzu, który wznosi się do 26 600 km (16 500 mil) na horyzoncie, do odbiornika. Gdy sygnał przemieszcza się z prędkością 300 000 km / s, czas ten wynosi od 89 do 67 milisekund, dlatego należy to mierzyć z dokładnością do nanosekund. Jedną z najbardziej niezwykłych rzeczy w GPS jest to, że tani i prosty zegar w odbiorniku ma taką samą dokładność jak bardzo złożone i drogie zegary w satelitach.

Darron wyjaśnił, jak uzyskać poprawkę za pomocą czterech satelitów. Jeden definiuje kulę, drugi przecina ją jako okrąg, trzeci przecina koło w dwóch punktach, a czwarty rozróżnia te dwa punkty. Jeśli przyjmie się założenie, że odbiornik znajduje się w pobliżu powierzchni Ziemi, można go użyć zamiast czwartego pomiaru satelitarnego. Idealnie powinny się one przecinać w jednym punkcie, ale w praktyce bez korekty byłyby one nieznacznie rozłożone z powodu szybkiego lub wolnego zegara odbiornika. Dostosowując częstotliwość tak, aby uzyskać jak najbliższe dopasowanie, uzyskuje się wymaganą dokładność pomiaru czasu. Pozostały spread jest miarą dokładności poprawki.

W dawnych czasach chronometru na długości geograficznej wszystko, co było naprawdę potrzebne, to wyjątkowo stabilny zegar. Chociaż zegar działałby nieco wolno lub szybko, nie miało to znaczenia, o ile znana była szybkość; łatwo było wtedy obliczyć dokładny czas na podstawie stawki i jak długo zegar był sprawdzany w stosunku do dokładnego czasu, takiego jak wystrzelenie południowego działa w porcie. Podobnie, co jest naprawdę potrzebne w odbiorniku GPS, to prosty, ale stabilny zegar, którego szybkość obliczona jest jak powyżej, aby dać ci odpowiednik „zegara atomowego w dłoni”.