Komma in i GPS-dummies

GPS står för Global Positioning System. En särskild radiomottagare mäter avståndet från din plats till satelliter som omger jordens radiosignaler. GPS kan ställa in din position var som helst i världen. Ganska coolt va? Bortsett från att köpa mottagaren är systemet gratis för alla.

Du kan köpa en billig GPS-mottagare, slå några batterier i den, slå på den och presto! Din plats visas på skärmen. Ingen karta, kompass, sextant eller sundial krävs. Precis som magi. Det är dock inte riktigt magiskt, men har utvecklats från några stora praktiska tillämpningar av vetenskap som har kommit samman de senaste 50 åren.

Hur GPS fungerar

GPS-komplexen är bromsade i matematik, fysik och teknik, men du behöver inte vara en raketforskare för att förstå hur GPS fungerar. GPS består av tre delar:

• Satelliter
• Markstationer
• Mottagare

Eyeing satellites

I GPS-jargong är en satellit rymdsegmentet. En konstellation av 24 GPS-satelliter (21 operativa och 3 reservdelar) kretsar omkring 12 000 mil över jorden. Satelliterna zoomar genom himlen på cirka 7 000 kilometer per timme. Det tar ungefär 12 timmar för en satellit att helt ombana jorden och passera över samma plats ungefär var 24: e timme. Satelliterna är placerade där en GPS-mottagare kan när som helst ta emot signaler från minst sex av satelliterna, var som helst på jorden (om ingenting hindrar signalerna).

En satellit har tre nyckeldelar av hårdvara:

• Dator: Denna inbyggda dator styr dess flygning och andra funktioner.
• Atomklocka: Detta håller noggrann tid inom tre nanosekunder (cirka tre miljarder sekundar).
• Radiosändare: Detta skickar signaler till jorden.

GPS-satelliter hjälper dig inte bara att stanna kvar. Alla GPS-satelliter sedan 1980 har NUDET-sensorer. Nej, det här är inte något högteknologiskt pornografiskt detekteringssystem. NUDET är en akronym för NUclear DETONation; GPS-satelliter har sensorer för att upptäcka atomvapen explosioner, bedöma hotet om kärnvapenattack och hjälpa till att utvärdera skador på kärnvapen.

De soldrivna GPS-satelliterna har en begränsad livslängd (cirka 10 år). När de börjar misslyckas, reservdelar aktiveras eller nya satelliter skickas till bana för att ersätta de gamla. Detta ger regeringen en chans att uppgradera GPS-systemet genom att lägga till maskinvara med nya funktioner i rymden.

GPS-satelliter sänder två typer av radiosignaler: C / A-kod och P-kod. Grov förvärv (C / A-kod) är den typ av signal som konsument GPS-enheter mottar. Precisionskod (P-kod) ger mycket exakt platsinformation. P-kod är svår att sylt och spionera. USA: s militär är den primära användaren av P-kodöverföringar, och den använder en krypterad form av data så att endast särskilda mottagare kan komma åt informationen.

Täckning av markstationer

Markstationer är kontrollsegmentet för GPS. Fem obemannade jordstationer runt jorden övervakar satelliterna. Information från stationerna skickas till en mästerkontrollstation - CSOC (Consolidated Space Operations Center) vid Schriever Air Force Base i Colorado - där data bearbetas för att bestämma varje satellits efemer och tidsfel.

En ephemeris är en lista över de förutsagda positionerna hos astronomiska kroppar, såsom planeterna eller månen. Ephemerides (flertalet av ephemeris ) har funnits i tusentals år på grund av deras betydelse för celestial navigering. Ephemerider sammanställs för att spåra positionerna hos de många satelliterna som kretsar runt jorden.

Den behandlade data skickas till satelliterna en gång dagligen med jordantenner runt om i världen. Det här är typiskt att synkronisera en personlig digital assistent (PDA) med din dator för att säkerställa att alla data är synkroniserade mellan de två enheterna. Eftersom satelliterna har små inbyggda raketer kan CSOC styra dem för att säkerställa att de håller sig i rätt bana.

GPS-mottagare

Den som har en GPS-mottagare kan ta emot satellitsignalerna för att bestämma var han eller hon befinner sig. Konsumenterna kan köpa praktiska GPS-mottagare i sportvaruaffärer. De är lätta att använda och är mestadels inriktade på rekreations- och andra användningsområden som inte kräver en hög precisionsnivå. De tre största tillverkarna på marknaden för konsument GPS är Garmin, Magellan och Lowrance. Konsument GPS-mottagare är rimligt prissatta, från mindre än $ 100 till $ 400 i USA.

Hur exakt är en GPS-mottagare?

Enligt regeringen och GPS-mottagare tillverkare, förvänta din GPS-enhet att vara korrekt inom 49 fot (det är 15 meter för metriska kunniga personer). Om din GPS rapporterar att du är på en viss plats kan du vara ganska säker på att du befinner dig inom 49 fot av den exakta uppsättningen koordinater.

GPS-mottagare berättar hur exakt din position är. Baserat på kvaliteten på de satellitsignaler som enheten mottar visar skärmen uppskattad noggrannhet i meter eller meter. Noggrannhet beror på

• Mottagarens plats

Obstruktioner som blockerar satellitsignaler

Även om GPS-mottagare av undersökningsgrad kan ge noggrannhet mindre än två centimeter, de är mycket specialiserade och dyra, kräver mycket träning och aren ' t väldigt bärbar. Deras noggrannhet uppnås med DGPS och efterbehandling av uppsamlade data för att minska platsfel. Den genomsnittliga GPS-användaren behöver inte denna precisionsnivå.

Moln, regn, snö och väder minskar inte styrkan på GPS-signalerna för att minska noggrannheten.Det enda sättet att väder kan försvaga signaler är när en betydande mängd regn eller snö ackumuleras på GPS-antennens antenn eller på en takhögtak.