У овом блог посту ћемо истражити како GPS функционише, како израчунава нашу локацију и како GPS сателити пружају информације о локацији било где на Земљи.
ГПС је технологија са којом смо веома упознати у свакодневном животу, било да је у питању полиција која прати локацију осумњиченог или коришћење навигације за паметне телефоне. Ево сцене из романа Дена Брауна „Да Винчијев код“. Софи и Ленгдон се крију у тоалету. Софи одлучује да помогне Ленгдону да побегне; она вади уређај за праћење из левог џепа његовог капута, ставља га у комад сапуна и баца га према приколици која пролази. Полиција погрешно верује да се Ленгдон укрцао у приколицу и узалуд га јури, омогућавајући Ленгдону и Софи да безбедно побегну из музеја Лувр. Како је полиција успела да прати Ленгдонову локацију помоћу уређаја за праћење? Принцип који стоји иза тога лежи у ГПС-у.
ГПС (Глобални систем за позиционирање) је сателитски навигациони систем који израчунава локацију корисника користећи сигнале које емитују сателити.
Да ли се локација може одредити помоћу само једног сателита? Нажалост, не. То је зато што информације о удаљености које пружа само један сателит одговарају безброј могућих локација на тој тачној удаљености. Како се број сателита повећава, преклапајуће локације се сужавају са подручја на линију, а затим на једну тачку.
Да бисмо разумели оптималан број сателита, прво морамо разумети концепт димензија. Димензије су дефинисане бројем праваца у којима се објекат може кретати независно. То је зато што нам познавање колико далеко и у ком правцу се објекат померио од референтне тачке омогућава да одредимо његов положај.
У једној димензији, положај објекта може се одредити једноставним знањем колико се померио напред или назад. У две димензије, потребне су информације у два смера - напред/назад и лево/десно. Дакле, шта је са тродимензионалним простором? Сва три смера - напред/назад, лево/десно и горе/доле - су неопходна. Пошто је простор који насељавамо тродимензионалан, потребне су информације о сва три ова смера да би се израчунао положај.
Стога су потребна четири сателита да би се израчунала тачна позиција у тродимензионалном простору, јер су потребне информације о референтној тачки, као и о правцима напред-назад, лево-десно и горе-доле. Међутим, користећи чињеницу да се корисник налази на површини Земље, сама Земља може послужити као референтна раван, што значи да се, теоретски, позиција може израчунати помоћу само три сателита. Међутим, стварни ГПС системи користе укупно четири сателитска сигнала. Додатни сателит се користи за корекцију временских грешака које се јављају током преноса и пријема сигнала; помаже у одређивању тачније позиције израчунавањем времена потребног да светлост пређе пут.
Сада, хајде да погледамо како се израчунавају информације о удаљености примљене од сателита. У овом одељку ћете видети зашто су Питагорина теорема и тригонометријске функције — које сте учили на часу математике у основној школи — важне.
Триангулација је метод израчунавања координата и растојања дате тачке коришћењем својстава троуглова. Ако су дате две референтне тачке, ако измерите углове које формирају основа и друге две странице троугла које формира непозната локација и две референтне тачке — и знате дужине страница — можете израчунати координате и растојање користећи синусни закон и друге формуле.
На пример, претпоставимо да меримо растојање од плаже до брода на мору. Посматрач мери углове α и β од две фиксне тачке, А и Б, респективно. Ако је дато растојање l између А и Б, или ако су познате координате две тачке, координате брода у тачки C могу се израчунати коришћењем својстава сличних троуглова и синусне теореме, а може се одредити и растојање d од плаже до брода. ГПС ради на истом принципу.
Израчунава локацију објекта на Земљи комбиновањем положаја сателита са информацијама о удаљености измереној од њих.
Тренутно, GPS систем се састоји од приближно 31 оперативног сателита; од њих, генерално 24 или више чине језгро оперативног система, док остали служе као резервне копије или пружају побољшања перформанси. Ови сателити круже око Земље дуж више орбиталних равни и дизајнирани су тако да се више GPS сателита може истовремено посматрати са било ког места у свету. Ово обезбеђује стабилан сигнал са најмање четири сателита, пружајући тачније информације о локацији. GPS сателити се напајају соларним панелима.
Одвојите тренутак да погледате у ноћно небо. Ако видите посебно светлу, покретну тачку, то би могао бити ГПС сателит који израчунава вашу локацију.
