Bagaimana skala GPS dan menangani jutaan permintaan per detik dan merespons secara real time?

Saat ini hampir semua orang yang memiliki smartphone atau beberapa jenis perangkat GPS di suatu tempat. Perangkat ini juga tampaknya diperbarui secara waktu nyata. Bagaimana satelit GPS mampu merespons jutaan permintaan potensial dari jutaan perangkat berbeda, dan memperbarui semua jutaan perangkat secara real time tanpa jeda.

Seperti yang saya pahami, situs web yang mendapatkan traffic bahkan dalam ribuan akan melambat jika tidak dipersiapkan dengan baik untuk itu, bagaimana GPS mengatasi jumlah lalu lintas yang tampaknya tidak mungkin dihadapi, bahkan sulit untuk komputer super.

Jika seseorang berdiri di puncak bukit di atas kota besar dan berteriak, "Bangsa Mongol akan datang!" maka semua orang tahu apa yang terjadi dan mereka keluar kota. Pengawasan tidak harus mengatakan "Hei Timmy: Orang-orang Mongol datang! Hei John: Orang-orang Mongol datang! Hei Sarah ..."

GPS hanyalah sekelompok satelit di orbit yang berteriak, "Aku di sini!" dalam frekuensi radio. Penerima GPS hanya mencoba untuk melihat satelit yang berbeda menjerit posisi mereka dan apakah angka berderak untuk "Jika satelit 1 ada di sana, dan satelit 2 ada di sana, dan satelit 3 hanya ada di tempat itu ... maka saya harus ada di SINI di suatu tempat ".

Secara teknis, penerima mendengarkan untuk stempel waktu dan posisi orbit setiap satelit GPS. Ini menghitung waktu sinyal satelit yang berbeda untuk mencapai penerima, yang memberi jarak penerima dari setiap satelit. Mengingat jarak ke setiap satelit, Anda tahu posisi Anda sendiri.

Bagaimana? Bayangkan tiga satelit di orbit dan Anda di bumi, dengan tongkat panjang di antaranya. Tongkat itu hanya akan bertemu di satu tempat. Dengan satu satelit dan satu tongkat panjang tetap, Anda bisa berada di mana saja di sekitar satelit. Dengan dua satelit, Anda bisa berada di mana saja di lingkaran yang berpusat di antara dua satelit. Dengan tiga satelit, posisi Anda umumnya hanya dapat berada di satu tempat. Biasanya, empat satelit diperlukan untuk presisi apa pun. (Perhitungan jarak dari satelit biasanya tidak begitu akurat, jadi mengetahui jarak ke satelit lebih baik)

Satelit GPS hanya pemancar (sejauh menyangkut sinyal GPS) dan ujung lainnya hanya penerima. Tidak ada komunikasi dua arah dan oleh karena itu tidak perlu satelit untuk peduli dengan jumlah perangkat. Pada dasarnya satelit mentransmisikan lokasinya sendiri pada waktu tertentu dan penerima menghitung posisinya dengan menggunakan informasi itu, sehingga semua pekerjaan dilakukan oleh penerima.

Singkatnya, tidak ada "permintaan", sama seperti tidak ada "permintaan" untuk radio dan televisi analog tradisional.

Satelit tidak merespons. Mereka mengirimkan sinyal dan klien GPS menerimanya. Maksud saya perangkat GPS Anda tidak perlu mengirim apa pun ke satelit, hanya menerima dari satelit dan itu sudah cukup. Perangkat GPS Anda perlu menerima sinyal dari lebih banyak satelit dan kemudian melakukan perhitungan untuk menghitung posisinya sendiri.

Jadi jawaban singkatnya adalah: Paralel secara paralel. :-)

Jarak dari setiap satelit ke posisi Anda dihitung dari waktu yang diperlukan sinyal untuk menempuh 20.200 km (12.600 mil) saat overhead, yang mencapai 26.600 km (16.500 mil) saat di cakrawala, ke penerima Anda. Dengan sinyal yang bergerak pada 300.000 km / detik, waktu yang dibutuhkan adalah antara 89 dan 67 milidetik, jadi ini harus diukur dengan akurasi nanodetik. Salah satu hal yang paling luar biasa tentang GPS adalah bagaimana jam yang murah dan sederhana di penerima dibuat memiliki akurasi yang sama dengan jam yang sangat kompleks dan mahal di satelit.

Darron menjelaskan bagaimana cara memperbaikinya diperoleh menggunakan empat satelit. Satu mendefinisikan bola, yang kedua memotong ini sebagai lingkaran, yang ketiga memotong lingkaran menjadi dua titik dan yang keempat membedakan dua titik ini. Jika asumsi dibuat bahwa penerima berada di dekat permukaan bumi, maka ini dapat digunakan sebagai pengganti pengukuran satelit keempat. Idealnya ini semua harus berpotongan pada satu titik, tetapi dalam praktiknya, tanpa koreksi, mereka akan menyebar sedikit karena jam penerima berjalan cepat atau lambat. Dengan menyesuaikan laju jam untuk mendapatkan kecocokan sedekat mungkin, akurasi waktu yang dibutuhkan diperoleh. Spread yang tersisa adalah ukuran ketepatan perbaikan.

Di masa lalu navigasi dengan kronometer untuk bujur, semua yang benar-benar diperlukan adalah jam yang sangat stabil. Meskipun jam akan berjalan sedikit lambat atau cepat, ini tidak masalah asalkan kursinya diketahui; mudah kemudian untuk menghitung waktu yang tepat dari laju dan berapa lama sejak jam diperiksa terhadap waktu yang akurat, seperti penembakan senjata siang hari di pelabuhan. Demikian pula apa yang benar-benar dibutuhkan dalam penerima GPS adalah jam yang sederhana namun stabil, dengan laju yang bekerja seperti di atas, untuk memberikan Anda yang setara dengan "jam atom di tangan Anda".