Как работает GPS? 

Дима на прошлой неделе узнал, что рядом с домом построили новый тематический парк. Он очень хотел пойти туда поиграть, но ему нужно было ходить в школу. Наконец он дождался выходных и уже с нетерпением собирался выходить из дома. При этом папа дал ему мобильный телефон и сказал: «Дима, будь осторожен. Чтобы мама и папа были спокойны, возьми телефон, нам будет легко с тобой связаться, и ты можешь использовать его, чтобы найти дорогу. Помнишь, как я в прошлый раз показывал тебе, как определять свое местоположение?»

Дима кивнул и сказал: «Знаю! Знаю! И знаю не только, как определять местоположение, но и знаю, как телефон это делает! Вот вернусь и расскажу тебе, папа!»

Папа улыбнулся и отпустил Диму в парк.

Через несколько часов Дима вернулся. Видимо, парк ещё не истощил все его энергию. Он подбежал к папе, чтобы рассказать ему, как телефон может определять местоположение. Папа не очень хотел слушать, но тем не менее согласился: «Хорошо, хорошо, снова сын учит папу».

Дима взволнованно начал: «Система определения местоположения, обычно используемая в наших мобильных телефонах - это GPS, ты наверное это знаешь».

Папа ответил: «Да, конечно, я знаю это».

Дима продолжил: «GPS - это система глобального позиционирования. На высоте около 20,000 километров над землей находится группа «спутников». Они вращаются вокруг Земли и непрерывно передают сигналы на землю, которые принимаются вашим устройством и могут использоваться для определения вашего местоположения».

Папа спросил: «Дима, объясни, как же всё-таки определяется мое местоположение, в чем «секрет» этих сигналов?»

Дима сказал: «Тут нет никакой магии! Сигнал использует простой математический принцип для определения местоположения. Этот метод называется трехсторонним измерением позиционирования. Основу системы GPS составляет 24 спутника. Это гарантирует, что всегда есть четыре спутника, которые могут напрямую подключится к вашему устройству в любой точке планеты. Это означает, что информация может быть получена в трех разных позиционных координатах в любое время и в любом месте. У вашего устройства должен быть GPS-приёмник. Спутник отправляет на него важную навигационную информацию, такую как время, место и т.д. Эта информация позволяет устройству рассчитать ваше местоположение на земле. Умножив время на скорость света, вы получите расстояние между вами и спутником. Вокруг каждого спутника можно начертить одну сферу, вокруг двух - две, по аналогии с этим в итоге мы получим четыре сферы. Эти четыре сферы будут иметь единственную точку пересечения, которая и является вашим местоположением.»

«Утверждение о пересечении этих сфер кажется довольно сложным» - как будто понятно, но и как будто не понятно, сказал папа.

«Если ты не понимаешь про пересечение этих сфер, лучше давай посмотрим, как мы определяем местоположение на плоскости. Если ты хочешь определить местоположение парка, просто зная, на каком расстоянии он находится от твоего дома и на каком от школы, ты можешь нарисовать два круга с домом и школой в центре окружностей, но эти два круга будут иметь всего два пересечения. И что делать? Нам нужно найти еще одно место. Например, вы можете спросить маму, как далеко от парка находится супермаркет, куда она часто ходит, а затем нарисовать еще один круг с супермаркетом в центре. Точка пересечения трех кругов и будет вероятнее всего местоположением парка. Способ простой, но в действительности для определения точного местоположения часто требуются сложные вычисления».

«Дима знает больше, чем папа!» - произнес папа, закрывая лицо руками и делая вид, что плачет. Но на самом деле, папа был очень рад.

«Я еще не всё рассказал. В настоящее время основными системами позиционирования в мире являются американская глобальная система позиционирования GPS, российская спутниковая навигационная система ГЛОНАСС, европейская спутниковая навигационная система Галилео (Galileo satellite navigation system) и китайская навигационная система Бэйдоу (Beidou Satellite System). Глобальная американская система позиционирования GPS является наиболее широко используемой системой в мире.» - закончил Дима.

Папа сказал: «Дима, такие умные и талантливые дети как ты, когда-то прославят свою страну».

Автор: Чжу Явэн