마지막으로 휴대전화를 사용하여 Google 지도가 지도에서 내 정확한 위치 를 표시하도록 했을 때 멈춰서서 (Google Maps pinpoint your exact location)GPS 가 어떻게 그렇게 정확하게 작동 하는지 궁금해 한 적이 있습니까?
GPS ( Global Positioning System ) 시스템은 실제로 1973년 미 (U.S. Department)국방부(Defense) ( NAVSTAR 로 알려짐 )에서 시작되었습니다. 1993년까지 24개의 GPS 위성이 지구를 공전하고 군대가 항해 및 기타 군사 목적으로 사용할 수 있는 궤도 및 위치 데이터를 방송했습니다. 오늘 이 글을 쓰는 시점에는 28개가 있습니다.
1980년대에 GPS 위성에서 전송된 데이터가 대중에게 공개되면서 오늘날 우리가 보유하고 있는 다양한 (GPS)GPS 내비게이션 장치 에 대한 전체 시장이 열렸습니다 .
이 기사를 작성하는 시점에서 러시아(Russia) , 중국(China) , 유럽(Europe) 및 인도(India) 는 모두 자체 활성 GPS 시스템을 보유하고 있습니다. 일본(Japan) 은 2023년 가동을 목표로 자체 GPS 시스템을 개발하고 있다.(GPS)
GPS는 어떻게 작동합니까?(How Does GPS Work?)
GPS 가 기반으로 하는 위성 기술 은 매우 진보된 반면 시스템 작동 방식은 매우 간단합니다.
개별 GPS 항법 시스템에는 세 가지 구성 요소가 있습니다.
- 위성(Satellites) : GPS 위성은 지구(Earth) 궤도를 돌며 현재 시간과 궤도 위치를 행성 측면에 있는 모든 GPS 수신기에 전송합니다.(GPS)
- 사령부(Command Center) : 사령부는 궤도 데이터, 시간 보정, 다른 위성의 궤도 위치를 궤도에 있는 위성까지 전송합니다.
- GPS 수신기(GPS Receivers) : 지구 에 있는 (Earth)GPS 수신기는 범위 내의 많은 위성으로부터 궤도 시간을 수신하고 최소 4개의 GPS 위성 의 위치를 기반으로 지구(Earth) 에서의 자체 위치를 계산합니다 .
GPS 수신기는 삼각측량으로 알려진 수학적 원리를 활용하여 자체 위치를 계산합니다.
GPS 삼각 측량은 어떻게 작동합니까?(How Does GPS Triangulation Work)
지구상의 어느 지점에서든 GPS 수신기(휴대전화에 있는 것과 같은)를 들고 있으면 GPS 수신기 는(GPS) 머리 위 의 각 GPS 위성 에 있는 동기화된 시계에서 타임스탬프를 수신합니다 .
타임스탬프의 차이와 전파가 이동하는 일정한 빛의 속도를 사용하여 GPS 수신기는 사용자가 서 있는 위치와 각 위성 사이의 거리를 결정할 수 있습니다.
이것은 중심에 위성이 있는 구의 반경과 구의 가장자리에 있는 사용자의 위치를 GPS 수신기에 제공합니다.(GPS)
각 위성은 예측 가능한 지구 궤도를 따라 이동하기 때문에 수신기는 모든 GPS 위성의 현재 알려진 위치에 대한 저장된 달력을 사용하여 해당 위성이 현재 지구 위에 있는 대략적인 위치를 결정할 수 있습니다.
각 위성의 알려진 위치와 해당 위성과 사용자의 위치 사이의 측정된 거리를 사용하여 GPS 수신은 (GPS)지구(Earth) 표면에서 세 구의 교차점이 모이는 위치를 결정하여 대략적인 위치를 계산할 수 있습니다 .
그러면 수신기가 해당 위치를 지도에 표시합니다.
세 개의 위성은 대략적인 위치를 제공하며 GPS 수신기는 삼변 측량으로 알려진 또 다른 수학적 원리를 사용하여 지구 표면의 현재 고도를 결정하기 위해 다른 GPS 위성의 네 번째 신호가 필요합니다.(GPS)
휴대전화 GPS 센서 작동 방식(How Your Phone GPS Sensor Works)
오늘날 대부분의 최신 스마트폰에는 GPS 수신기 칩이 장착되어 있습니다. 이 칩은 GPS 위성의 무선 신호를 수신할 수 있습니다.
휴대전화의 시계는 원자 시계가 아니므로 시간이 궤도에 있는 위성의 원자 시계와 동기화되지 않습니다. 그러나 이러한 위성의 신호를 사용하여 위치를 계산하는 경우에는 중요하지 않습니다.
이는 휴대전화의 GPS 수신기가 위성에서 수신하는 데이터와 (GPS)지구상(Earth) 의 알려진 위성 위치 데이터베이스에 초점을 맞추고 있기 때문입니다 . 모든 위성에는 원자 시계가 있기 때문에 각 위성의 현재 시간은 주어진 순간에 정확히 동일합니다.
그러나 위성으로부터의 거리와 무선 신호가 빛의 속도로 이동한다는 사실로 인해 수신된 각 타임스탬프의 차이는 휴대전화와 각 위성 사이의 거리를 나타냅니다.
이 GPS 프로세스가 작동하는 방식은 다음과 같습니다.
- 4개의 위성 모두 오후 5:12:14에 동일한 정확한 타임스탬프를 휴대전화로 전송합니다.
- 휴대전화는 위성 1에서 5:12:15에 해당 타임스탬프를 수신합니다.
- 위성 2에서 5:12:16의 타임스탬프를 수신합니다.
- 마지막으로 5:12:17에 위성 3에서 타임스탬프를 수신합니다.
이것은 무선 신호가 위성 1에서 도달하는 데 1초, 위성 2에서 2초, 위성 3에서 3초가 소요되었음을 GPS 수신기에 알려줍니다.(GPS)
빛의 속도는 초당 299,792,458미터의 알려진 상수입니다.
간단한 수학을 사용하여 수신기는 위성 1에서 약 300,000m, 위성 2에서 600,000m, 위성 3에서 900,000m 떨어진 거리를 계산할 수 있습니다.
GPS 위성 데이터베이스 의 조회 테이블을 사용 하여 휴대전화의 GPS 수신기는 세 위성 모두의 지구 상의 대략적인 현재 위치를 알고 있으며 이 세 위성의 경도 및 위도 좌표를 제공합니다.
이 정보를 사용하여 휴대전화는 지구의 경도와 위도 좌표(your own longitude and latitude coordinates) 를 계산할 수 있습니다.
알려진 좌표를 사용하여 GPS 수신기는 자신과 네 번째 위성 사이에서 측정된 거리를 사용하여 사용자가 있는 (GPS)지구(Earth) 위의 고도를 결정할 수 있습니다.
보조 글로벌 포지셔닝 시스템이란 무엇입니까?(What Is An Assisted Global Positioning System?)
스마트폰이 GPS(GPS) 회로를 통합하기 전에 사람들은 일반적으로 AA 배터리로 작동되는 휴대용 GPS 수신기를 사용했습니다. (GPS)또는 휴대폰 배터리에 연결하여 작동하는 GPS 장치를 자동차에 설치했습니다.
무선 통신에는 더 많은 전력이 필요하기 때문입니다. 이것의 한계는 GPS(GPS) 수신기가 위치를 계산하기에 충분한 GPS 위성 에 "잠금"될 때까지 몇 분을 기다려야 한다는 것 입니다.
스마트폰 제조업체는 기존의 셀룰러 삼각 측량 기술을 결합하여 이러한 배터리 한계를 극복했습니다. 전화가 GPS 를 사용하기 (GPS)훨씬 이전에 (Long)GPS 위성 에서와 같은 종류의 삼각 측량 타임스탬프 및 거리 기술을 사용하여 휴대폰 타워에서 오는 신호를 사용하여 위치를 삼각 측량할 수 있었습니다 .
불행히도, 휴대폰 타워는 지상에 있기 때문에 이 탐색 계산은 훨씬 덜 정확합니다. 따라서 스마트폰 GPS 소프트웨어는 먼저 셀 신호 삼각 측량을 사용하여 대략적인 위치를 결정한 다음 위성 (GPS)GPS 데이터가 준비 되면 해당 위치를 업데이트합니다 .
이를 통해 최신 스마트폰 은 위치 업데이트가 필요할 때만 GPS 데이터 를 사용하여 배터리 전원을 예약할 수 있습니다 . 그렇기 때문에 더 정확한 데이터를 사용할 수 있을 때 Google 지도(Google Maps) 에서 내 위치 가 새 위치로 이동하는 경우가 종종 있습니다.(see your location)
HDG Explains : How Does GPS Work?
The last time you uѕed your phone to have Google Maps pinpoint your exact location on a map, did you ever stop and wonder how does GPS work so accurately?
The Global Positioning System (GPS) system was actually launched by the U.S. Department of Defense in 1973 (known as NAVSTAR). By 1993, there were 24 GPS satellites orbiting the Earth and broadcasting orbital and positional data that the military could use for navigational and other military purposes. Today, as of this writing, there are 28.
In the 1980s, data transmitted from GPS satellites were opened up to the public, which opened up an entire market for the wide assortment of GPS navigation devices we have today.
As of the writing of this article, Russia, China, Europe, and India all have their own active GPS systems. Japan is developing its own GPS system slated to be operational in 2023.
How Does GPS Work?
While the satellite technology GPS is based on is very advanced, the way the system operates is impressively simple.
There are three components to any individual GPS navigational system.
- Satellites: GPS satellites orbit the Earth and transmit their current time and orbital position to all GPS receivers on their side of the planet.
- Command Center: The command center transmits orbital data, time corrections, and the orbital position of other satellites up to the satellites in orbit.
- GPS Receivers: A GPS receiver on Earth receives orbital times from as many satellites within range, and calculates its own position on Earth based on the positions of at least four GPS satellites.
GPS receivers utilize a mathematical principle known as triangulation to calculate its own location.
How Does GPS Triangulation Work
From any point on the planet, if you’re holding a GPS receiver (like the one in your phone), a GPS receiver receives time stamps from the synchronized clocks on each of the GPS satellites overhead.
Using the differences in timestamps, and the constant speed of light at which radio waves travel, the GPS receiver can determine the distance between where you’re standing to each satellite.
This provides the GPS receiver with the radius of the spheres with the satellites at the center, and your location at the edge of the sphere.
Since each satellite travels in a predictable orbit over the earth, the receiver can use a stored almanac of the current known position of all GPS satellites to determine where, approximately, those satellites are currently located over the earth.
With the known position of each satellite, and the measured distance between those satellites and your position, your GPS receive is able to calculate your approximate location by determining where the intersection of those three spheres come together on the surface of the Earth.
The receiver then displays that location to you on a map.
Three satellites provide a rough location, and GPS receivers require a fourth signal from another GPS satellite to determine your current altitude on the Earth’s surface using another mathematical principle known as trilateration.
How Your Phone GPS Sensor Works
Most modern smartphones today come equipped with a GPS receiver chip. This chip can receive the radio signals from GPS satellites.
Your phone’s clock is not an atomic clock, so its time isn’t synced with the atomic clocks of the satellites in orbit. However, this doesn’t matter when it comes to calculating location using signals from those satellites.
This is because your phone’s GPS receiver is focusing on the data it receives from the satellites, and a database of known satellite locations over the Earth. Since all of the satellites do have an atomic clock, the current time on each satellite is exactly the same at any given moment.
However, due to distance from the satellite, and the fact that the radio signals travel at the speed of light, the differences between each received timestamp reveals the distance between your phone and each of the satellites.
Here’s how this GPS process works:
- All four satellites transmit the same exact timestamp to your phone at 5:12:14 PM.
- Your phone receives that timestamp at 5:12:15 from satellite 1.
- It receives the timestamp at 5:12:16 from satellite 2.
- Finally, at 5:12:17, it receives the timestamp from satellite 3.
This tells your GPS receiver that it took 1 second for the radio signal to reach it from satellite 1, 2 seconds from satellite 2, and 3 seconds from satellite 3.
The speed of light is a known constant of 299,792,458 meters per second.
Using simple math, the receiver can calculate that its distance is roughly 300 thousand meters from satellite 1, 600 thousand meters from satellite 2, and 900 thousand meters from satellite 3.
Using a lookup table from a GPS satellite database, your phone’s GPS receiver knows the approximate current location over the earth of all three satellites, which provides longitude and latitude coordinates of all three.
With that information, your phone is able to calculate your own longitude and latitude coordinates on the Earth.
Using your known coordinates, your GPS receiver can then use the distance measured between itself and a fourth satellite to determine what altitude above the Earth you’re located.
What Is An Assisted Global Positioning System?
Before smartphones started integrating GPS circuitry, people typically would use handheld GPS receivers that ran off AA batteries. Or they would install GPS units in cars, which ran connected to the phone’s battery.
This was because radio communication requires more power. The limitation of this is that you often had to wait several minutes for your GPS receiver to “lock onto” enough GPS satellites to calculate your position.
Smartphone manufacturers got around this battery limitation by combining its existing technology of cellular triangulation. Long before phones were GPS enabled, they could use signals coming from cellphone towers to triangulate your position, using the same sort of triangulation timestamp and distance technology as with GPS satellites.
Unfortunately, because cell phone towers are at ground level, this navigational calculation is far less accurate. So your smartphone GPS software will first use cell signal triangulation to determine your approximate position, and then update that position once satellite GPS data is ready.
This allows modern smartphones to reserve battery power by only using GPS data when those location updates are required. This is why you may often see your location on Google Maps occasionally jump to a new location when more accurate data is available.
