Senast du använde din telefon för att få Google Maps att hitta din exakta plats^{(Google Maps pinpoint your exact location)} på en karta, stannade du någonsin och undrade hur GPS fungerar så exakt?

GPS -systemet ( Global Positioning System )^(GPS) lanserades faktiskt av det amerikanska^{(U.S. Department)} försvarsdepartementet 1973^(Defense) (känd som NAVSTAR ). År 1993 fanns det 24 GPS -satelliter som kretsade runt jorden och sände omlopps- och positionsdata som militären kunde använda för navigering och andra militära ändamål. Idag, när detta skrivs, finns det 28.

På 1980-talet öppnades data som överfördes från GPS- satelliter för allmänheten, vilket öppnade upp en hel marknad för det breda sortimentet av GPS- navigeringsenheter vi har idag. 

När denna artikel skrevs har Ryssland^(Russia) , Kina^(China) , Europa^(Europe) och Indien^(India) alla sina egna aktiva GPS- system. Japan utvecklar sitt eget GPS -system som ska vara i drift 2023.

Hur fungerar GPS?^{(How Does GPS Work?)}

Även om satellittekniken GPS bygger på är mycket avancerad, är systemets sätt att fungera imponerande enkelt.

Det finns tre komponenter till varje individuellt GPS- navigationssystem.

• Satelliter^(Satellites) : GPS- satelliter kretsar runt jorden^(Earth) och sänder sin nuvarande tid och omloppsposition till alla GPS- mottagare på deras sida av planeten.
• Kommandocentral^{(Command Center)} : Kommandocentralen sänder omloppsdata, tidskorrigeringar och omloppspositionen för andra satelliter upp till satelliterna i omloppsbana.
• GPS-mottagare^{(GPS Receivers)} : En GPS- mottagare på jorden^(Earth) tar emot omloppstider från lika många satelliter inom räckhåll och beräknar sin egen position på jorden^(Earth) baserat på positionerna för minst fyra GPS- satelliter.

GPS- mottagare använder en matematisk princip som kallas triangulering för att beräkna sin egen plats. 

Hur fungerar GPS-triangulering^{(How Does GPS Triangulation Work)}

Från vilken plats som helst på planeten, om du håller en GPS- mottagare (som den i din telefon), tar en GPS - mottagare emot tidsstämplar från de synkroniserade klockorna på var och en av GPS -satelliterna ovanför.

Med hjälp av skillnaderna i tidsstämplar och den konstanta ljushastigheten med vilken radiovågor färdas, kan GPS - mottagaren bestämma avståndet mellan var du står och varje satellit.

Detta ger GPS- mottagaren sfärernas radie med satelliterna i mitten och din position vid kanten av sfären.

Eftersom varje satellit färdas i en förutsägbar omloppsbana över jorden, kan mottagaren använda en lagrad almanacka över den aktuella kända positionen för alla GPS- satelliter för att bestämma ungefär var dessa satelliter för närvarande befinner sig över jorden.

Med den kända positionen för varje satellit och det uppmätta avståndet mellan dessa satelliter och din position, kan din GPS- mottagning beräkna din ungefärliga position genom att bestämma var skärningspunkten mellan dessa tre sfärer möts på jordens^(Earth) yta .

Mottagaren visar sedan den platsen för dig på en karta.

Tre satelliter ger en grov position, och GPS- mottagare kräver en fjärde signal från en annan GPS -satellit för att bestämma din nuvarande höjd på jordens yta med hjälp av en annan matematisk princip som kallas trilateration.

Hur din telefons GPS-sensor fungerar^{(How Your Phone GPS Sensor Works)}

De flesta moderna smartphones är idag utrustade med ett GPS -mottagarchip. Detta chip kan ta emot radiosignaler från GPS - satelliter.

Telefonens klocka är inte en atomklocka, så dess tid synkroniseras inte med atomklockorna för satelliterna i omloppsbana. Detta spelar dock ingen roll när det gäller att beräkna plats med hjälp av signaler från dessa satelliter.

Detta beror på att din telefons GPS - mottagare fokuserar på data den tar emot från satelliterna och en databas med kända satellitplatser över jorden^(Earth) . Eftersom alla satelliter har en atomklocka, är den aktuella tiden på varje satellit exakt densamma vid varje givet ögonblick.

Men på grund av avståndet från satelliten och det faktum att radiosignalerna färdas med ljusets hastighet, avslöjar skillnaderna mellan varje mottagen tidsstämpel avståndet mellan din telefon och var och en av satelliterna.

Så här fungerar den här GPS-processen:

• Alla fyra satelliterna sänder exakt samma tidsstämpel till din telefon klockan 17:12:14.
• Din telefon tar emot den tidsstämpeln 5:12:15 från satellit 1.
• Den tar emot tidsstämpeln 5:12:16 från satellit 2.
• Slutligen, klockan 5:12:17, tar den emot tidsstämpeln från satellit 3.

Detta talar om för din GPS -mottagare att det tog 1 sekund för radiosignalen att nå den från satellit 1, 2 sekunder från satellit 2 och 3 sekunder från satellit 3.

Ljusets hastighet är en känd konstant på 299 792 458 meter per sekund.

Med hjälp av enkel matematik kan mottagaren beräkna att dess avstånd är ungefär 300 tusen meter från satellit 1, 600 tusen meter från satellit 2 och 900 tusen meter från satellit 3.

Med hjälp av en uppslagstabell från en GPS -satellitdatabas vet din telefons GPS - mottagare den ungefärliga aktuella positionen över jorden för alla tre satelliterna, vilket ger longitud- och latitudkoordinater för alla tre. 

Med den informationen kan din telefon beräkna dina egna longitud- och latitudkoordinater^{(your own longitude and latitude coordinates)} på jorden.

Med hjälp av dina kända koordinater kan din GPS- mottagare sedan använda det uppmätta avståndet mellan sig själv och en fjärde satellit för att bestämma vilken höjd över jorden^(Earth) du befinner dig.

Vad är ett assisterat globalt positioneringssystem?^{(What Is An Assisted Global Positioning System?)}

Innan smartphones började integrera GPS -kretsar, använde folk vanligtvis handhållna GPS- mottagare som tog slut på AA-batterier. Eller så skulle de installera GPS -enheter i bilar, som kördes kopplade till telefonens batteri.

Detta berodde på att radiokommunikation kräver mer kraft. Begränsningen med detta är att du ofta fick vänta flera minuter på att din GPS- mottagare skulle "låsa på" tillräckligt många GPS- satelliter för att beräkna din position.

Smartphonetillverkare kom runt denna batteribegränsning genom att kombinera sin befintliga teknik för cellulär triangulering. Långt^(Long) innan telefoner var GPS- aktiverade kunde de använda signaler från mobiltelefontorn för att triangulera din position, med samma sorts trianguleringstidsstämpel och avståndsteknik som med GPS - satelliter. 

Tyvärr, eftersom mobiltelefontorn är på marknivå, är denna navigeringsberäkning mycket mindre exakt. Så din smartphones GPS -programvara kommer först att använda cellsignaltriangulering för att bestämma din ungefärliga position och uppdaterar sedan den positionen när satellit -GPS- data är redo.

Detta gör att moderna smartphones kan reservera batteriström genom att endast använda GPS- data när dessa platsuppdateringar krävs. Det är därför du ofta kan se din plats^{(see your location)} på Google Maps då och då hoppa till en ny plats när mer exakta data är tillgängliga.

HDG Explains : How Does GPS Work?

Thе laѕt 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 förklarar: Hur fungerar 3D-utskrift?

• HDG förklarar: Vad är CAPTCHA och hur fungerar det?

• HDG förklarar: Hur fungerar Augmented Reality?

• HDG förklarar: Vad är SFTP och FTP?

• HDG förklarar: Vad är en datorserver?

• Hämta din trådlösa nätverkssäkerhetsnyckel i Windows

• HDG förklarar: Vad är Bluetooth och vad används det oftast för?

• Black, White & Grey Hat Hacking Defined

• De bästa program och filmer på Apple TV Plus just nu

• 12 Chromebook tips och tricks

• HDG förklarar: Vad är SQL, T-SQL, MSSQL, PL/SQL och MySQL?

• Hur man tar bort mappen Windows.old i Windows 7/8/10

• HDG förklarar: Vad är BIOS?

• Bästa tiden att köpa en dator för fantastiska erbjudanden

• 5 gratis program för att helt torka en hårddisk

• HDG förklarar: Vad är en Keylogger och hur tar jag bort den från min dator?

• Hur fungerar trådlös laddning?

• Valhackning 101: Är det säkert att rösta elektroniskt?

• HDG förklarar: Vad är JavaScript och vad används det till online?

• HDG förklarar: Hur fungerar Google Chromecast?