În această postare pe blog, vom explora cum funcționează GPS-ul, cum ne calculează locația și cum sateliții GPS oferă informații despre locație oriunde pe Pământ.
GPS-ul este o tehnologie cu care suntem foarte familiarizați în viața de zi cu zi, fie că este vorba de poliția care urmărește locația unui suspect sau de utilizarea navigației pe smartphone. Iată o scenă din romanul „Codul lui Da Vinci” de Dan Brown. Sophie și Langdon se ascund într-o toaletă. Sophie decide să-l ajute pe Langdon să scape; scoate dispozitivul de urmărire din buzunarul stâng al hainei lui, îl pune într-o bucată de săpun și îl aruncă spre o rulotă care trece. Poliția crede în mod eronat că Langdon a urcat în rulotă și o urmărește în zadar, permițându-le lui Langdon și Sophie să scape în siguranță din Muzeul Luvru. Cum a reușit poliția să urmărească locația lui Langdon folosind dispozitivul de urmărire? Principiul din spatele acestuia constă în GPS.
GPS (Sistem de Poziționare Globală) este un sistem de navigație prin satelit care calculează locația unui utilizator folosind semnale transmise de sateliți.
Poate fi determinată o locație folosind un singur satelit? Din păcate, nu. Acest lucru se datorează faptului că informațiile despre distanță furnizate de un singur satelit corespund nenumăratelor locații posibile la exact acea distanță. Pe măsură ce numărul de sateliți crește, locațiile suprapuse se restrâng de la o zonă la o linie și apoi la un singur punct.
Pentru a înțelege numărul optim de sateliți, trebuie mai întâi să înțelegem conceptul de dimensiuni. Dimensiunile sunt definite de numărul de direcții în care un obiect se poate mișca independent. Acest lucru se datorează faptului că, știind cât de departe și în ce direcție s-a deplasat un obiect față de un punct de referință, ne permite să determinăm poziția sa.
Într-o singură dimensiune, poziția unui obiect poate fi determinată pur și simplu știind cât de mult s-a deplasat înainte sau înapoi. În două dimensiuni, sunt necesare informații în două direcții - înainte/înapoi și stânga/dreapta. Așadar, ce se întâmplă cu spațiul tridimensional? Toate cele trei direcții - înainte/înapoi, stânga/dreapta și sus/jos - sunt necesare. Deoarece spațiul pe care îl locuim este tridimensional, informațiile referitoare la toate aceste trei direcții sunt necesare pentru a calcula o poziție.
Prin urmare, sunt necesari patru sateliți pentru a calcula o poziție exactă în spațiul tridimensional, deoarece sunt necesare informații cu privire la punctul de referință, precum și direcțiile înainte-înapoi, stânga-dreapta și sus-jos. Cu toate acestea, utilizând faptul că utilizatorul se află pe suprafața Pământului, Pământul însuși poate servi drept plan de referință, ceea ce înseamnă că, în teorie, o poziție poate fi calculată folosind doar trei sateliți. Cu toate acestea, sistemele GPS reale utilizează un total de patru semnale de la sateliți. Satelitul suplimentar este utilizat pentru a corecta erorile de timp care apar în timpul transmiterii și recepției semnalelor; acesta ajută la determinarea unei poziții mai precise prin calcularea timpului necesar luminii pentru a călători.
Acum, haideți să vedem cum se calculează informațiile despre distanță primite de la sateliți. În această secțiune, veți vedea de ce teorema lui Pitagora și funcțiile trigonometrice — pe care le-ați învățat la matematică la gimnaziu — sunt importante.
Triangulația este o metodă de calculare a coordonatelor și a distanței unui punct dat folosind proprietățile triunghiurilor. Având două puncte de referință, dacă măsurați unghiurile formate de bază și celelalte două laturi ale triunghiului format de locația necunoscută și cele două puncte de referință - și cunoașteți lungimile laturilor - puteți calcula coordonatele și distanța folosind legea sinusurilor și alte formule.
De exemplu, să presupunem că măsurăm distanța de la plajă la o navă în largul mării. Un observator măsoară unghiurile α și β din două puncte fixe, A și respectiv B. Dacă este dată distanța l dintre A și B sau dacă sunt cunoscute coordonatele celor două puncte, coordonatele navei în punctul C pot fi calculate folosind proprietățile triunghiurilor similare și legea sinusurilor, și se poate determina și distanța d de la plajă la navă. GPS-ul funcționează pe același principiu.
Calculează locația unui obiect pe Pământ combinând pozițiile sateliților cu informațiile despre distanță măsurate de aceștia.
În prezent, sistemul GPS este format din aproximativ 31 de sateliți operaționali; dintre aceștia, în general 24 sau mai mulți formează sistemul operațional principal, în timp ce restul servesc ca rezervă sau oferă îmbunătățiri de performanță. Acești sateliți orbitează Pământul de-a lungul mai multor planuri orbitale și sunt proiectați astfel încât mai mulți sateliți GPS să poată fi observați simultan de oriunde din lume. Acest lucru asigură un semnal stabil de la cel puțin patru sateliți, oferind informații de localizare mai precise. Sateliții GPS sunt alimentați de panouri solare.
Acordă-ți un moment pentru a privi cerul nopții. Dacă vezi un punct deosebit de luminos, în mișcare, ar putea fi un satelit GPS care îți calculează locația.
