Как на самом деле работает GPS

Мы уже живем в будущем. У нас есть портативные устройства, которые используют спутники, чтобы точно определять наши точные местоположения почти в любой точке планеты. Но вы когда-нибудь задумывались, как работает GPS??

Устройства GPS фактически не связываются со спутниками и не передают информацию им. Они только получают данные со спутников - данные, которые всегда передаются. Тем не менее, GPS не единственный способ, которым устройства могут определить ваше местоположение.

Изображение предоставлено НАСА

От спутников до ладони

Глобальная система позиционирования была первоначально создана Соединенными Штатами для военного использования, но в конечном итоге была открыта для гражданского использования. По крайней мере 24 спутника GPS всегда находятся на орбите вокруг Земли, и они постоянно передают данные.

Спутники расположены на орбите так, что четыре спутника видны на небе из любой точки на Земле. (Вы не можете видеть их, но есть прямой путь для радиопередач.) Это означает, что GPS не будет работать, если сигналы блокируются - вы захотите довольно прямой путь между вами и небом. В подземном бункере или в пещере под горой это не сработает.

Спутники GPS постоянно передают радиосигналы на Землю. Каждая передача включает местоположение спутника GPS и время отправки сигнала. Каждый спутник имеет атомные часы на борту, поэтому время очень точное.

Изображение предоставлено: Cliff on Flickr

Как GPS определяет ваше местоположение

Устройство со встроенным GPS - будь то выделенный автомобильный GPS-навигатор или смартфон - работает только как GPS-приемник. Устройство с GPS на самом деле не «связывается» со спутниками, чтобы определить его местоположение. Вместо этого он просто слушает радиосигналы, которые все время транслируются с этих спутников..

Приемник GPS «слушает» сигналы от четырех или более спутников. Сигналы от ближайших спутников будут приходить раньше, а сигналы от более удаленных спутников - позже. (Фактическая разница во времени очень мала, но может быть обнаружена приемником GPS.) Сравнивая время передачи сигнала и время поступления сигнала, приемник может оценить свое относительное расстояние от всех четырех спутников. Используя трилатерацию, получатель может затем определить свое местоположение.

Трилатерация может показаться немного сложной, но на самом деле это довольно просто. Представьте, что кто-то сказал вам, что вы в 500 милях от Нью-Йорка, в 800 милях от Майами и в 700 милях от Канзас-Сити. С помощью этой информации вы можете определить регион, который является правильным расстоянием от всех этих городов, и оценить ваше текущее местоположение. Если мы скажем вам ваше расстояние от четвертого города, вы сможете оценить ваше местоположение еще точнее. Это трилатерация в двух словах, и это то, что делают приемники GPS, когда вы их используете.

Изображение предоставлено: Alpha на Flickr

Альтернативы GPS

GPS не единственный способ, которым устройства могут оценить ваше текущее местоположение. Служба 911 использует информацию о мощности вышек сотовой связи для триангуляции положения мобильных телефонов. Это работает аналогичным образом - измеряя разницу уровней сигнала между несколькими вышками сотовой связи, ваше устройство может оценить ваше текущее местоположение.

Некоторые устройства также могут использовать систему определения местоположения на основе Wi-Fi (WPS) для определения своего текущего местоположения. Грузовики Google с видом на улицу ездят, фиксируя названия ближайших точек доступа и их относительные преимущества в определенных местах. Ваш смартфон сканирует ближайшие беспроводные сети, а затем отправляет список их имен и уровней сигнала на серверы Google. Google использует их базу данных и оценки, где вы находитесь. (Google - не единственный поставщик данных системы позиционирования на основе Wi-Fi, но это тот, с которым большинство людей знакомо.) Это может быть особенно удобно в помещениях, где GPS-сигналы недоступны.

Система GPS - не единственная сеть спутников, которую можно использовать для определения местоположения. У России своя система ГЛОНАСС, а у Китая БДС. Европа также работает над собственной альтернативой GPS, известной как Galileo. GPS может быть отключен или ограничен во время войны или конфликта, поэтому страны хотят, чтобы их собственные спутники были самодостаточными.

Изображение предоставлено: Ричард Смит на Flickr

Сам по себе GPS не является проблемой конфиденциальности - например, если у вас есть старое устройство GPS для вашего автомобиля, оно, вероятно, не способно передавать ваше местоположение. Тем не менее, GPS может быть проблемой конфиденциальности в сочетании с передающей технологией. Устройства GPS слежения не просто используют приемники GPS - они хранят данные GPS для последующего поиска или передачи данных GPS.