Co to jest GPS

Jak działa system GPS?

System GPS to konstelacja 27 zasilanych energią słoneczną satelitów, które poruszają się wokół ziemi po orbitach zbliżonych do kołowych na wysokości około 20 000 km. Orbity są wytyczone w taki sposób, że w dowolnym miejscu na powierzchni planety można uzyskać łączność z co najmniej czterema spośród 24 działających satelitów. Trzy z 27 satelitów znajdujących się na orbicie to satelity zapasowe, które mogą zostać włączone w przypadku awarii innych satelitów.

Każdy satelita wysyła sygnał elektromagnetyczny — impuls mikrofalowy — który informuje o obecności nadajnika użytkowników wszystkich urządzeń odbiorczych, które są w stanie odebrać sygnał. Każdy z odbiorników GPS odbiera zatem przez cały czas sygnały z czterech satelitów równocześnie. Na podstawie tych danych wbudowany komputer precyzyjnie określa odległość użytkownika od każdego z czterech satelitów, a następnie oblicza jego dokładną pozycję na powierzchni planety z dokładnością do kilku metrów.

W rzeczywistości procedura trilateracji używana do określania pozycji użytkownika wymaga sygnałów jedynie z trzech satelitów. Sygnał czwartego satelity jest nadmiarowy i służy do potwierdzania wyników początkowych obliczeń. Jeśli na przykład pozycja obliczona na podstawie odległości od satelitów A, B i C nie jest zgodna z obliczeniami dla satelitów A, B i D, testowane są inne połączenia do momentu uzyskania spójnych wyników.

Procedura pomiaru odległości między satelitą a odbiornikiem GPS jest oparta na sygnałach taktowanych. Na przykład satelity mogą rozpocząć nadawanie sygnałów dokładnie o godzinie 16:45. Odbiornik GPS również uruchomi taką samą sekwencję losową o godzinie 16:45 czasu lokalnego, ale nie będzie jej nadawać. Podczas uzyskiwania przez odbiornik sygnałów z różnych satelitów wystąpią opóźnienia, ponieważ pokonanie przez mikrofale odległości do odbiornika z prędkością światła zajmuje ułamki sekund. Na podstawie takich opóźnień można łatwo ustalić odległość od poszczególnych satelitów. Niewielkie różnice między sygnałami nadajników umożliwiają następnie obliczenie pozycji odbiornika.