Dalam catatan blog ini, kita akan meneroka cara GPS berfungsi, cara ia mengira lokasi kita dan bagaimana satelit GPS memberikan maklumat lokasi di mana-mana sahaja di Bumi.
GPS merupakan teknologi yang kita biasa gunakan dalam kehidupan seharian kita, sama ada polis mengesan lokasi suspek atau menggunakan navigasi telefon pintar. Berikut adalah babak daripada novel Dan Brown 'The Da Vinci Code'. Sophie dan Langdon sedang bersembunyi di dalam tandas. Sophie memutuskan untuk membantu Langdon melarikan diri; dia mengambil alat pengesan dari poket kiri kotnya, meletakkannya di dalam sebatang sabun, dan melemparkannya ke arah treler yang lalu lalang. Polis tersilap percaya Langdon telah menaiki treler itu dan mengejarnya tetapi sia-sia, membolehkan Langdon dan Sophie melarikan diri dari Muzium Louvre dengan selamat. Bagaimanakah polis dapat menjejaki lokasi Langdon menggunakan alat pengesan itu? Prinsip di sebaliknya terletak pada GPS.
GPS (Sistem Penentududukan Global) ialah sistem navigasi satelit yang mengira lokasi pengguna menggunakan isyarat yang dihantar oleh satelit.
Bolehkah sesuatu lokasi ditentukan hanya menggunakan satu satelit? Malangnya, tidak. Ini kerana maklumat jarak yang diberikan oleh satu satelit sahaja sepadan dengan banyak lokasi yang mungkin pada jarak yang tepat itu. Apabila bilangan satelit meningkat, lokasi yang bertindih akan menyempit dari satu kawasan ke satu garisan, dan kemudian ke satu titik.
Untuk memahami bilangan satelit yang optimum, kita mesti terlebih dahulu memahami konsep dimensi. Dimensi ditakrifkan oleh bilangan arah di mana sesuatu objek boleh bergerak secara bebas. Ini kerana mengetahui sejauh mana dan ke arah mana sesuatu objek telah bergerak dari titik rujukan membolehkan kita menentukan kedudukannya.
Dalam satu dimensi, kedudukan sesuatu objek boleh ditentukan hanya dengan mengetahui sejauh mana ia telah bergerak ke hadapan atau ke belakang. Dalam dua dimensi, maklumat dalam dua arah—ke hadapan/ke belakang dan kiri/kanan—diperlukan. Jadi, bagaimana pula dengan ruang tiga dimensi? Ketiga-tiga arah—ke hadapan/ke belakang, kiri/kanan, dan atas/bawah—adalah perlu. Memandangkan ruang yang kita diami adalah tiga dimensi, maklumat mengenai ketiga-tiga arah ini diperlukan untuk mengira kedudukan.
Oleh itu, empat satelit diperlukan untuk mengira kedudukan yang tepat dalam ruang tiga dimensi, kerana maklumat diperlukan mengenai titik rujukan serta arah hadapan-belakang, kiri-kanan dan atas-bawah. Walau bagaimanapun, dengan menggunakan fakta bahawa pengguna berada di permukaan Bumi, Bumi itu sendiri boleh berfungsi sebagai satah rujukan, yang bermaksud, secara teori, kedudukan boleh dikira hanya menggunakan tiga satelit. Walau bagaimanapun, sistem GPS sebenar menggunakan sejumlah empat isyarat satelit. Satelit tambahan digunakan untuk membetulkan ralat masa yang berlaku semasa penghantaran dan penerimaan isyarat; ia membantu menentukan kedudukan yang lebih tepat dengan mengira masa yang diperlukan untuk cahaya bergerak.
Sekarang, mari kita lihat bagaimana maklumat jarak yang diterima daripada satelit dikira. Dalam bahagian ini, anda akan melihat mengapa teorem Pythagoras dan fungsi trigonometri—yang anda pelajari dalam matematik sekolah menengah—adalah penting.
Triangulasi ialah kaedah mengira koordinat dan jarak sesuatu titik tertentu menggunakan sifat-sifat segi tiga. Jika diberi dua titik rujukan, jika anda mengukur sudut yang dibentuk oleh tapak dan dua sisi segitiga yang lain yang dibentuk oleh lokasi yang tidak diketahui dan dua titik rujukan—dan mengetahui panjang sisi—anda boleh mengira koordinat dan jarak menggunakan hukum sinus dan formula lain.
Sebagai contoh, katakan kita sedang mengukur jarak dari pantai ke sebuah kapal di laut. Seorang pemerhati mengukur sudut α dan β dari dua titik tetap, A dan B, masing-masing. Jika jarak l antara A dan B diberikan, atau jika koordinat kedua-dua titik diketahui, koordinat kapal pada titik C boleh dikira menggunakan sifat-sifat segi tiga yang serupa dan hukum sinus, dan jarak d dari pantai ke kapal juga boleh ditentukan. GPS beroperasi berdasarkan prinsip yang sama.
Ia mengira lokasi sesuatu objek di Bumi dengan menggabungkan kedudukan satelit dengan maklumat jarak yang diukur daripadanya.
Pada masa ini, sistem GPS terdiri daripada kira-kira 31 satelit operasi; daripada jumlah ini, secara amnya 24 atau lebih membentuk sistem operasi teras, manakala selebihnya berfungsi sebagai sandaran atau menyediakan peningkatan prestasi. Satelit ini mengorbit Bumi di sepanjang pelbagai satah orbit dan direka bentuk supaya pelbagai satelit GPS boleh diperhatikan serentak dari mana-mana sahaja di dunia. Ini memastikan isyarat yang stabil daripada sekurang-kurangnya empat satelit, memberikan maklumat lokasi yang lebih tepat. Satelit GPS dikuasakan oleh panel solar.
Luangkan masa sebentar untuk melihat langit malam. Jika anda melihat titik yang sangat terang dan bergerak, ia mungkin satelit GPS yang mengira lokasi anda.
