GPS saniyede potansiyel olarak milyonlarca istekle nasıl ölçeklenir ve ilgilenir ve gerçek zamanlı olarak yanıt verir?

Günümüzde bir yerde bir akıllı telefon veya bir tür GPS cihazı olan neredeyse herkes. Bu cihazlar da gerçek zamanlı olarak güncelleniyor gibi görünüyor. GPS uydusu, milyonlarca farklı cihazdan potansiyel olarak milyonlarca talebe cevap verebilir ve tüm milyonlarca cihazı gecikmeden gerçek zamanlı olarak güncelleyebilir.

Anladığım kadarıyla, binlerce bile trafik alan web siteleri, düzgün bir şekilde hazırlanmamışsa yavaşlar, GPS, süper bir bilgisayar için bile zor, başa çıkmak imkansız gibi görünen trafik miktarlarıyla nasıl başa çıkmaktadır.

Birisi büyük bir kasabanın tepesinde durup "Moğollar geliyor!" Diye bağırıyorsa. o zaman herkes ne olduğunu biliyor ve şehirden çıkıyor. Gözcü, "Hey Timmy: Moğollar geliyor! Hey John: Moğollar geliyor! Hey Sarah ..." demek zorunda değil.

GPS, yörüngede "Ben buradayım!" Diye çığlık atan bir grup uydu. radyo frekansında. Bir GPS alıcısı sadece konumlarını çığlık atan farklı uyduları çıkarmaya çalışır ve "Uydu 1 oradaysa ve uydu 2 VARSA ve uydu 3 hemen hemen BU noktadadır ... BURADA bir yerde olmak ".

Teknik olarak, alıcı her GPS uydusunun zaman damgasını ve yörünge konumunu dinliyor. Farklı uyduların sinyallerinin alıcıya ulaşması için geçen süreyi hesaplar, bu da alıcıya her uydudan uzaklığı verir. Her uyduya olan mesafe göz önüne alındığında, kendi konumunuzu bilirsiniz.

Nasıl? Yörüngede ve yeryüzünde, arasında uzun çubuklar bulunan üç uydu düşünün. Bu çubuklar sadece bir noktada buluşacak. Bir uydu ve bir sabit uzunluklu çubuk ile, uydunun etrafında herhangi bir yerde olabilirsiniz. İki uydu ile, iki uydu arasında ortalanmış bir dairenin herhangi bir yerinde olabilirsiniz. Üç uydu ile pozisyonunuz genellikle sadece bir noktada olabilir. Yine de, herhangi bir hassasiyet için dört uydu gereklidir. (Uydulardan mesafenin hesaplanması genellikle o kadar kesin değildir, bu nedenle daha fazla uyduya olan mesafenin bilinmesi daha iyidir)

GPS uydusu sadece bir vericidir (GPS sinyali söz konusu olduğunda) ve diğer ucu sadece bir alıcıdır. İki yönlü iletişim yoktur ve bu nedenle cihazların sayısını dikkate almak için uyduya gerek yoktur. Temel olarak uydu belirli bir zamanda kendi konumunu iletir ve alıcı bu bilgiyi kullanarak konumunu hesaplar, böylece tüm işler alıcı tarafından yapılır.

Kısacası, geleneksel analog radyo ve televizyon için herhangi bir "talep" olmadığı gibi "talep" yoktur.

Uydular yanıt vermiyor. Sinyal iletir ve GPS istemcileri alır. GPS cihazınızın uyduya hiçbir şey göndermesine gerek yok, sadece uydudan alıyor ve bu yeterli. GPS cihazınızın daha fazla uydudan sinyal alması gerekir ve ardından kendi konumunu hesaplamak için biraz matematik yapar.

Yani kısa cevap: Büyük ölçüde paraleldir. :-)

Her bir uydudan konumunuza olan mesafe, sinyalin ufukta 20.200 km (12.600 mil) seyahat etmesinden, ufukta iken 26.600 km'ye (16.500 mil) alıcıya ulaşması için hesaplanır. Sinyal 300.000 km / s'de hareket ederken, geçen süre 89 ila 67 milisaniye arasındadır ve bu nedenle nanosaniye doğruluğu ile ölçülmelidir. GPS ile ilgili en dikkat çekici şeylerden biri, alıcıdaki ucuz ve basit saatin, uydulardaki çok karmaşık ve pahalı saatlerle aynı doğruluğa sahip olması için nasıl yapıldığıdır.

Darron, düzeltmenin dört uydu kullanılarak nasıl elde edildiğini açıkladı. Biri bir küreyi tanımlar, ikincisi bunu bir daire olarak keser, üçüncüsü daireyi iki noktada keser ve dördüncüsü bu iki noktayı ayırt eder. Alıcının Dünya yüzeyine yakın olduğu varsayımı yapılırsa, dördüncü uydu ölçümü yerine bu kullanılabilir. İdeal olarak, bunların hepsi tek bir noktada kesişmelidir, ancak pratikte, düzeltme yapılmadan, alıcı saatinin hızlı veya yavaş çalışması nedeniyle hafifçe yayılacaktır. Bir kibriti mümkün olduğunca yaklaştırmak için saat hızını ayarlayarak, gerekli zamanlama doğruluğu elde edilir. Kalan yayılma, düzeltmenin doğruluğunun bir ölçüsüdür.

Boylam için kronometre ile navigasyonun eski günlerinde, gerçekten gerekli olan son derece kararlı bir saatti. Saat biraz yavaş veya hızlı çalışmasına rağmen, oran bilindiği sürece bu önemli değildi; o zaman orandan tam zamanı ve saatin limanda bir öğleden sonra silahının ateşlenmesi gibi doğru bir zamana karşı ne kadar süre kontrol edildiğini hesaplamak kolaydı. Benzer şekilde, GPS alıcısında gerçekten ihtiyaç duyulan şey, "elinizdeki atomik saatin" eşdeğerini vermek için, oranın yukarıdaki gibi çalıştığı basit ama kararlı bir saattir.