L'ultima volta che hai usato il tuo telefono per avere Google Maps individua la tua posizione esatta su una mappa, ti sei mai fermato e ti chiedi come funziona il GPS in modo così preciso?
Il sistema di posizionamento globale (GPS) ) il sistema fu effettivamente lanciato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti nel 1973 (noto come NAVSTAR). Nel 1993 c'erano 24 satelliti GPS in orbita attorno alla Terra e trasmettevano dati orbitali e posizionali che i militari potevano usare per scopi di navigazione e altri scopi militari. Oggi, al momento della stesura di questo documento, ce ne sono 28.
Negli anni '80, i dati trasmessi dai satelliti GPS sono stati aperti al pubblico, il che ha aperto un intero mercato per l'ampio assortimento di dispositivi di navigazione GPS che abbiamo oggi.
Al momento della stesura di questo articolo, Russia, Cina, Europa e India hanno tutti i loro sistemi GPS attivi. Il Giappone sta sviluppando il proprio sistema GPS che dovrebbe essere operativo nel 2023.
Come funziona il GPS?
Mentre la tecnologia satellitare su cui si basa il GPS è molto avanzato, il modo in cui il sistema funziona è incredibilmente semplice.
Esistono tre componenti per ogni singolo sistema di navigazione GPS.
In_content_1 all: [300x250] / dfp: [ 640x360]->I ricevitori GPS utilizzano un valore matematico principio noto come triangolazione per calcolare la propria posizione.
Come funziona la triangolazione GPS
Da qualsiasi punto del pianeta, se si tiene in mano un ricevitore GPS (come quello nel telefono), un ricevitore GPS riceve i timestamp dagli orologi sincronizzati su ciascuno dei satelliti GPS in testa.
Utilizzando le differenze nei timestamp e la velocità costante della luce alla quale viaggiano le onde radio, il ricevitore GPS può determinare la distanza tra dove ti trovi su ciascun satellite.
Questo fornisce al ricevitore GPS il raggio delle sfere con i satelliti al centro e la tua posizione sul bordo della sfera.
Poiché ogni satellite viaggia in modo prevedibile orbita sopra la terra, il ricevitore può usare un almanacco memorizzato della posizione corrente nota di tutti i satelliti GPS per determinare dove, approssimativamente, quei satelliti si trovano attualmente sulla terra.
Con la posizione nota di ciascun satellite e la distanza misurata tra quei satelliti e la tua posizione, il tuo GPS ricevuto è in grado di calcolare la tua posizione approssimativa determinando dove si intersecano queste tre sfere sulla superficie della Terra.
Il ricevitore visualizza quindi quella posizione su una mappa.
Tre satelliti forniscono una posizione approssimativa e i ricevitori GPS richiedono un quarto segnale da un altro satellite GPS per determinare la tua altitudine attuale su la superficie terrestre utilizzando un altro principio matematico noto come trilaterazione.
Funzionamento del sensore GPS del telefono
La maggior parte degli smartphone moderni oggi sono dotati di un chip ricevitore GPS. Questo chip può ricevere i segnali radio dai satelliti GPS.
L'orologio del tuo telefono non è un orologio atomico, quindi il suo tempo non è sincronizzato con gli orologi atomici dei satelliti in orbita. Tuttavia, questo non importa quando si tratta di calcolare la posizione usando i segnali di quei satelliti.
Questo perché il ricevitore GPS del tuo telefono si sta concentrando sui dati che riceve dai satelliti e su un database di posizioni satellitari conosciute sulla Terra. Poiché tutti i satelliti hanno un orologio atomico, l'ora corrente su ciascun satellite è esattamente la stessa in un dato momento.
Tuttavia, a causa della distanza dal satellite e del fatto che i segnali radio viaggiano alla velocità della luce, le differenze tra ciascun timestamp ricevuto rivelano la distanza tra il telefono e ciascuno dei satelliti.
Ecco come funziona questo processo GPS:
Questo dice al tuo ricevitore GPS che il segnale radio impiegava 1 secondo per raggiungerlo dal satellite 1, 2 secondi dal satellite 2 e 3 secondi dal satellite 3.
La velocità della luce è una costante nota di 299.792.458 metri al secondo.
Usando la matematica semplice, il ricevitore ca n calcola che la sua distanza è di circa 300 mila metri dal satellite 1, 600 mila metri dal satellite 2 e 900 mila metri dal satellite 3.
Utilizzando una tabella di ricerca da un database satellitare GPS, il ricevitore GPS del telefono conosce la posizione approssimativa corrente sulla terra di tutti e tre i satelliti , che fornisce le coordinate di longitudine e latitudine di tutti e tre.
Con queste informazioni, il telefono è in grado di calcolare le tue coordinate di longitudine e latitudine sulla Terra.
Utilizzando le coordinate conosciute, il ricevitore GPS può quindi utilizzare la distanza misurata tra se stesso e un quarto satellite per determinare quale altitudine sopra la Terra ti trovi.
Che cos'è un sistema di posizionamento globale assistito?
Prima che gli smartphone iniziassero a integrare i circuiti GPS, le persone usavano in genere ricevitori GPS portatili che esaurivano le batterie AA. Oppure avrebbero installato unità GPS in auto, che erano collegate alla batteria del telefono.
Questo perché le comunicazioni radio richiedevano più energia. Il limite è che spesso hai dovuto attendere diversi minuti affinché il ricevitore GPS si "agganciasse" a sufficienti satelliti GPS per calcolare la tua posizione.
I produttori di smartphone hanno aggirato questa limitazione della batteria combinando la tecnologia esistente di triangolazione cellulare. Molto prima che i telefoni fossero abilitati al GPS, potevano usare i segnali provenienti dalle torri dei cellulari per triangolare la tua posizione, usando lo stesso tipo di timestamp di triangolazione e la tecnologia della distanza dei satelliti GPS.
Sfortunatamente, perché il cellulare le torri sono a livello del suolo, questo calcolo della navigazione è molto meno accurato. Quindi il software GPS del tuo smartphone utilizzerà prima la triangolazione del segnale cellulare per determinare la posizione approssimativa, quindi aggiornerà quella posizione una volta che i dati GPS satellitari sono pronti.
Ciò consente agli smartphone moderni di riservare la carica della batteria utilizzando solo i dati GPS quando sono richiesti tali aggiornamenti di posizione. Questo è il motivo per cui spesso vedi la tua posizione su Google Maps occasionalmente passa a una nuova posizione quando sono disponibili dati più accurati.