Как работает GPS

Мы уже живём 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 именно работает GPS?

Устройства GPS фактически не связываются со спутниками и не передают им информацию. Они данные получают только со спутников — данные, которые передаются спутниками непрерывно. Однако GPS — это не единственный способ, которым устройства могут определять ваше местоположение.

От спутников до ладони

Глобальная система позиционирования была первоначально создана Соединёнными Штатами Америки 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 (на самом деле вы не можете их видеть, под «прямой видимостью» имеется ввиду прямой путь для радиопередач, то есть ваши устройства всегда получают сигнал не менее чем с 4 спутников). Это означает, что GPS не будет работать, если сигналы не доходят. Для наилучшего приёма сигналов GPS нужно находиться под открытым небом. В подземном бункере или в горной пещере вы не сможете поймать сигнал. В помещениях сигнал также ловится слабее.

Спутники GPS непрерывно передают радиосигналы на Землю. Каждая передача включает местоположение спутника GPS и время отправки сигнала. На каждом спутнике есть атомные часы, поэтому время очень точное.

Как GPS определяет ваше местоположение

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

Приёмник GPS «слушает» сигналы от четырёх или более спутников. Сигналы от ближайших спутников будут приходить раньше, а сигналы от более удалённых спутников — позже. (фактическая разница во времени очень мала, но может быть обнаружена приёмником GPS). Сравнивая время передачи сигнала и время поступления сигнала, приёмник может оценить своё относительное расстояние от всех четырёх спутников. Используя трилатерацию, получатель может затем определить своё местоположение.

Трилатерация может показаться немного сложной, но на самом деле все довольно просто. Представьте, что кто-то сказал вам, что вы в 500 километрах от Нью-Йорка, в 800 километрах от Майами и в 700 километрах 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 четвёртого города, вы могли бы оценить ваше местоположение ещё более точно. Это трилатерация в двух словах, и это то, что GPS-приемники делают, когда вы ими используете.

Альтернативы GPS

GPS — не единственный способ, которым устройства могут оценить ваше текущее местоположение. Служба 911 использует информацию о силе вышки 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 для определения своего текущего местоположения. Грузовики Google street view ездят, фиксируя названия ближайших точек доступа и их расположение. Ваш смартфон выполняет поиск ближайших беспроводных сетей, а затем отправляет список их имён и уровней сигнала на серверы Google. Google использует их базу данных и определяет, где вы находитесь. (Google — не единственный поставщик данных системы позиционирования на основе Wi-Fi, но самая популярная). 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 BDS. Европа также работает над собственной альтернативой GPS, известной как Galileo. GPS может быть отключён или ограничен во время войны или конфликта, поэтому страны хотят, чтобы их собственные спутники были самодостаточными.

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